HYDROLYSE: WAARUIT HET BESTAAT EN VOORBEELDEN VAN REACTIES - CHEMIE

De hydrolyse is een chemische reactie die kan plaatsvinden in moleculen of ionen, zowel anorganisch als organisch, en omvat de deelname van water aan het verbreken van zijn bindingen. De naam is afkomstig van het Grieks, 'hydro' van water en 'lysis' van breuk.

Het watermolecuul, H ₂ O, brengt een evenwicht tot stand met de ionen van zouten van zwakke zuren en basen, dit concept komt voor het eerst naar voren in algemene studies van scheikunde en analytische chemie. Het is daarom een van de eenvoudigste chemische reacties.

Algemene vergelijking voor een hydrolysereactie. Bron: Gabriel Bolívar.

In verschillende voorbeelden van hydrolyse is water alleen niet in staat een bepaalde covalente binding te verbreken. Wanneer dit gebeurt, wordt het proces versneld of gekatalyseerd door aanzuren of alkaliseren van het medium; dat wil zeggen, in aanwezigheid van respectievelijk H ₃ O ⁺ of OH ^- ionen . Er zijn ook enzymen die hydrolyse katalyseren.

Hydrolyse neemt een speciale plaats in met betrekking tot biomoleculen, omdat de bindingen die hun monomeren bij elkaar houden onder bepaalde omstandigheden gevoelig zijn voor hydrolyse. Suikers worden bijvoorbeeld gehydrolyseerd om polysacchariden af te breken tot hun samenstellende monosacchariden dankzij de werking van glucosidase-enzymen.

Wat is hydrolyse?

De afbeelding hierboven legt uit wat hydrolyse is. Merk op dat niet alleen het molecuul of substraat (als enzymen mediëren) zijn binding verbreekt, maar ook het water zelf, dat 'breekt' in H ⁺ en OH ^- , waar H ⁺ eindigt met A en OH ^- met B. AB Het reageert daarom met een watermolecuul, waardoor twee producten ontstaan, AH en B-OH.

Hydrolyse is dus de tegenovergestelde reactie op condensatie. Bij de condensatie worden twee producten, te weten AH en B-OH, verenigd door het vrijkomen van een klein molecuul: het water. Bij hydrolyse wordt een molecuul verbruikt, terwijl het bij condensatie wordt vrijgegeven of geproduceerd.

Terugkomend op het voorbeeld van suikers, stel dat AB overeenkomt met een sucrosedimeer, waarbij A staat voor glucose en B staat voor fructose. De glucosidebinding AB kan worden gehydrolyseerd om de twee monosacchariden afzonderlijk en in oplossing te doen ontstaan, en hetzelfde gebeurt met oligo en polysacchariden als enzymen dergelijke reacties bemiddelen.

Merk op dat in deze reactie, die van AB, de pijl maar één richting heeft; dat wil zeggen, het is een onomkeerbare hydrolyse. Veel hydrolyse zijn echter in feite omkeerbare reacties die een evenwicht bereiken.

Voorbeelden van hydrolysereacties

- ATP

ATP is stabiel tussen pH-waarden van 6,8 en 7,4. Bij extreme pH-waarden hydrolyseert het echter spontaan. Bij levende wezens wordt hydrolyse gekatalyseerd door enzymen die bekend staan als ATPases:

ATP + H ₂ O => ADP + Pi

Deze reactie is sterk exergonisch, aangezien de entropie van ADP groter is dan die van ATP. De variatie van de Gibbs-vrije energie (ΔGº) is - 30,5 kJ / mol. De energie die wordt geproduceerd door de hydrolyse van ATP wordt gebruikt in tal van endergonische reacties.

Gekoppelde reacties

In sommige gevallen wordt hydrolyse van ATP gebruikt voor de omzetting van een verbinding (A) in een verbinding (B).

A + ATP + H ₂ O <=> B + ADP + Pi + H ⁺

- Water

Twee watermoleculen kunnen met elkaar reageren bij schijnbare hydrolyse:

H ₂ O + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + OH ^-

Het is alsof men deze watermoleculen gebroken in H ⁺ en OH ^- de H ⁺ zal binden aan het zuurstofatoom van de andere watermolecule, die tot het hydroniumion, geeft H ₃ O ⁺ . Deze reactie gaat, in plaats van hydrolyse, over de auto-ionisatie of autoprotolyse van water.

- Eiwitten

Eiwitten zijn stabiele macromoleculen en om hun volledige hydrolyse te bereiken, in de aminozuren waaruit ze bestaan, zijn extreme omstandigheden vereist; zoals een concentratie zoutzuur (6 M) en hoge temperaturen.

Levende wezens zijn echter begiftigd met een enzymatisch arsenaal dat de hydrolyse van eiwitten tot aminozuren in de twaalfvingerige darm mogelijk maakt. De enzymen die betrokken zijn bij de vertering van eiwitten, worden bijna volledig uitgescheiden door de alvleesklier.

Er zijn exopeptidase-enzymen die eiwitten afbreken, beginnend bij hun uiteinden: aminopeptidase aan het amino-uiteinde en carboxypeptidase aan het carboxyl-uiteinde. Endopeptidase-enzymen oefenen hun werking uit in de eiwitketen, bijvoorbeeld: trypsine, pepsine, chymotrypsine, enz.

- Amiden en esters

Amiden geven bij verhitting in een alkalisch milieu aanleiding tot een carbonzuur en een amine:

RCONH ₂ + H ₂ O => RCOO ^- + NH ₂

Esters in een waterig medium worden gehydrolyseerd tot een carbonzuur en een alcohol. Het proces wordt gekatalyseerd door een base of een zuur:

RCO-OR '+ H ₂ O => RCOOH + R'OH

Dit is de beroemde verzepingsreactie.

- Zuur-base

In water worden verschillende soorten gehydrolyseerd om het waterige medium te verzuren of alkaliseren.

Een basiszout toevoegen

Natriumacetaat, een basisch zout, dissocieert in water om Na ⁺ (natrium) en CH ₃ COO ^- (acetaat) ionen te geven . De basiciteit ervan is te wijten aan het feit dat acetaat wordt gehydrolyseerd om OH ^- ionen te genereren , terwijl natrium onveranderd blijft:

CH ₃ COO ^- + H ₂ O <=> CH ₃ COOH + OH ^-

OH ^- zorgt ervoor dat de pH stijgt en basisch wordt.

Een zuur zout toevoegen

Ammoniumchloride (NH ₄ Cl) wordt gevormd door het chloride-ion (Cl ^- ) uit zoutzuur (HCl), een sterk zuur, en het ammoniumkation (NH ₄⁺ ) uit ammoniumhydroxide (NH ₄ OH) , een zwakke basis. Cl ^- dissocieert niet in water, maar het ammoniumkation wordt op de volgende manier in water omgezet:

NH ₄⁺ + H ₂ O <=> NH ₃ + H ₃ O ⁺

De hydrolyse van het ammoniumkation levert protonen op die de zuurgraad van een waterig medium verhogen, waarbij geconcludeerd wordt dat NH ₄ Cl een zuur zout is.

Een neutraal zout toevoegen

Natriumchloride (NaCl) is een zoutproduct van de reactie van een sterke base (NaOH) met een sterk zuur (HCl). Door natriumchloride op te lossen in water, ontstaan het natriumkation (Na ⁺ ) en het anion (Cl ^- ). Beide ionen dissociëren niet in water, dus voegen ze geen H ⁺ of OH ^{- toe} , waardoor hun pH constant blijft.

Daarom wordt gezegd dat natriumchloride een neutraal zout is.

Referenties

Mathews, CK, van Holde, KE en Ahern, KG (2002). Biochemie. (Derde editie). Bewerk. Pearson-Addison Wesley.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (13 januari 2019). Hydrolyse: definitie en voorbeelden. Hersteld van: thoughtco.com
Theresa Phillips. (28 april 2019). Een uitleg van het hydrolyseproces. Hersteld van: thebalance.com
De redactie van Encyclopaedia Britannica. (2016, 16 november). Hydrolyse. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
Wikipedia. (2019). Hydrolyse. Hersteld van: en.wikipedia.org

HYDROLYSE: WAARUIT HET BESTAAT EN VOORBEELDEN VAN REACTIES - CHEMIE - 2026