הידרוליזה: ממה היא מורכבת ודוגמאות לתגובות - כִּימִיָה - 2025

הידרוליזה היא תגובה כימית שיכול להתרחש מולקולות או יונים הם אורגניים ואורגניים, והיא כרוך בהשתתפות מים כדי ניתוק הקשרים שלה. מקורו ביוונית, 'הידרו' של מים, ו'תמוגה 'של קרע.

מולקולת המים, H ₂ O, מייצרת שיווי משקל עם יוני המלחים של חומצות ובסיסים חלשים, מושג זה מופיע לראשונה במחקרים כלליים של כימיה וכימיה אנליטית. לכן זו אחת התגובות הכימיות הפשוטות ביותר.

משוואה כללית לתגובת הידרוליזה. מקור: גבריאל בוליבר.

בכמה דוגמאות להידרוליזה, מים בלבד אינם מסוגלים לשבור קשר קוולנטי מסוים. כאשר זה מתרחש, התהליך מואץ או מזרז אותו על ידי החמצה או התייבשות של המדיום; כלומר, בנוכחות H ₃ O ⁺ או OH ^- יונים , בהתאמה. כמו כן, ישנם אנזימים המזרזים את הידרוליזה.

ההידרוליזה תופסת מקום מיוחד בכל הנוגע לביו-מולקולות, מכיוון שהקשרים המחזיקים את המונומרים שלהם יחד רגישים להידרוז בתנאים מסוימים. לדוגמא, סוכרים מיוצרים הידרוליזה לפירוק פוליסכרידים למונוסכרידים המרכיבים אותם בזכות פעולתם של אנזימי הגלוקוזידאז.

מהי הידרוליזה?

התמונה למעלה מסבירה מהי הידרוליזה. שימו לב שלא רק המולקולה או המצע (אם אנזימים מתווכים) שוברים את הקשר שלהם, אלא גם המים עצמם, ש"שברים "ל- H ⁺ ו- OH ^- , שם H ⁺ מסתיים ב- A, ו- OH ^- עם B. AB לפיכך היא מגיבה עם מולקולת מים, ומולידה שני מוצרים, AH ו- B-OH.

לפיכך הידרוליזה היא התגובה ההפוכה להתעבות. בעיבוי שני מוצרים, אומרים AH ו- B-OH, מאוחדים באמצעות שחרור מולקולה קטנה: המים. בהידרוליזה נצרכת מולקולה ואילו בעיבוי היא משתחררת או מיוצרת.

בחזרה לדוגמא של סוכרים, נניח ש- AB תואם דימר סוכרוז, בו A מייצג גלוקוז, ו- B מייצג פרוקטוז. ניתן להמיס את הקשר הגליקוזיד AB AB כדי להביא לשני המונוסכרידים בנפרד ובתמיסה, וזה קורה גם לאוליגו ופוליסכרידים אם אנזימים מתווכים תגובות כאלה.

שים לב שבתגובה זו, זו של AB, לחץ יש כיוון אחד בלבד; כלומר מדובר בהידרוליזה בלתי הפיכה. עם זאת, הידרוליזה רבות הן למעשה תגובות הפיכות המגיעות לשיווי משקל.

דוגמאות לתגובות הידרוליזה

- ATP

ATP יציב בין ערכי pH של 6.8 ו- 7.4. עם זאת, בערכי pH קיצוניים הוא מתייבש באופן ספונטני. אצל יצורים חיים, הידרוליזה מנותזת על ידי אנזימים המכונים ATPases:

ATP + H ₂ O => ADP + Pi

תגובה זו היא אקרגונית מאוד, מכיוון שהאנטרופיה של ADP גדולה מזו של ATP. הווריאציה של האנרגיה החופשית של ג'יבס (ΔGº) היא - 30.5 kJ / mol. האנרגיה המיוצרת על ידי הידרוליזה של ATP משמשת בתגובות אנדרגוניות רבות.

תגובות צמודות

בחלק מהמקרים משתמשים בהידרוליזה של ATP להמרה של תרכובת (A) לתרכובת (B).

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

- מים

שתי מולקולות מים יכולות להגיב זו עם זו בהידרוליזה לכאורה:

H ₂ O + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + OH ^-

זה נראה כאילו אחת ממולקולות המים הללו נשברות בתוך H ⁺ ו- OH ^- , ה- H ⁺ הולך להיקשר לאטום החמצן של מולקולת המים האחרת, שמוליד את היון ההידרוניום, H ₃ O ⁺ . תגובה זו, ולא הידרוליזה, נוגעת לאוטומיזציה או לאוטו-פרוטוליזה של מים.

- חלבונים

חלבונים הם מקרומולקולות יציבות וכדי להשיג את ההידרוליזה המלאה שלהם, בחומצות האמיניות המרכיבות אותן, יש צורך בתנאים קיצוניים; כמו ריכוז של חומצה הידרוכלורית (6 מ ') וטמפרטורות גבוהות.

עם זאת, יצורים חיים ניחנים בארסנל אנזימטי המאפשר הידרוליזה של חלבונים לחומצות אמינו בתריסריון. האנזימים המעורבים בעיכול חלבון מופרשים כמעט לחלוטין על ידי הלבלב.

ישנם אנזימים של אקסופפטידז אשר משפילים חלבונים, החל מקצותיהם: אמינופפטידאז בסוף האמינו, וקרבוקסיפפטידאז בסוף הקארבוקסיל. אנזימי אנדופפטידז מפעילים את פעולתם בתוך שרשרת החלבון, למשל: טריפסין, פפסין, צ'ימוטריפסין וכו '.

- עמידים ואסטרים

אמידים, כאשר הם מחוממים במדיום אלקליין, מולידים חומצה קרבוקסילית ואמין:

RCONH ₂ + H ₂ O => RCOO ^- + NH ₂

אסטרים במדיום מימי מיוצרים הידרוליזה לחומצה קרבוקסילית ואלכוהול. התהליך מזרז בסיס או חומצה:

RCO-OR '+ H ₂ O => RCOOH + R'OH

זוהי תגובת ההפציה המפורסמת.

- בסיס חומצה

במים מספר מינים מונעים הידרוליזה על מנת להחמיר או לייבש את המדיום המימי.

הוספת מלח בסיסי

נתרן אצטט, מלח בסיסי, מתנתק במים בכדי לתת יוני ⁺ Na (נתרן) ו- CH ₃ COO ^- (אצטט). בְּסִיסִיוּת שלה הוא בשל העובדה כי אצטט הוא הידרוליזה ליצור OH ^- יונים , תוך נתרן נותר ללא שינוי:

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

OH ^- אחראי לכך שה- pH יעלה ויהפוך לבסיסי.

הוספת מלח חומצי

אמוניום כלוריד (NH ₄ Cl) נוצר על ידי יון כלוריד (Cl ^- ) מ חומצה הידרוכלורית (HCl), חומצה חזקה, ואת קטיון אמוניום (NH ₄ ⁺ ) מ אמוניום הידרוקסיד (NH ₄ OH) , בסיס חלש. Cl ^- לא מתנתק במים, אך קטיון האמוניום הופך במים באופן הבא:

NH ₄ ⁺ + H ₂ O <=> NH ₃ + H ₃ O ⁺

ההידרוליזה של קטיון האמוניום מייצרת פרוטונים המגדילים את החומציות של מדיום מימי, כך שהמסקנה היא ש- NH ₄ Cl הוא מלח חומצי.

הוספת מלח ניטרלי

נתרן כלוריד (NaCl) הוא תוצר מלח של תגובת בסיס חזק (NaOH) עם חומצה חזקה (HCl). על ידי המסת נתרן כלוריד במים, נוצרים קטיון הנתרן (Na ⁺ ) והאניון (Cl ^- ). שני היונים אינם מתנתקים במים, ולכן הם אינם מוסיפים H ⁺ או OH ^- ושומרים על pH קבוע.

לכן נאמר כי נתרן כלוריד הוא מלח ניטרלי.

הפניות

1. Mathews, CK, van Holde, KE ו- Ahern, KG (2002). בִּיוֹכִימִיָה. (מהדורה שלישית). לַעֲרוֹך. פירסון-אדיסון ווסלי.
2. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
3. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (13 בינואר, 2019). הידרוליזה: הגדרה ודוגמאות. התאושש מ: thoughtco.com
4. תרזה פיליפס. (28 באפריל, 2019). הסבר על תהליך ההידרוליזה. התאושש מ: thebalance.com
5. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2016, 16 בנובמבר). הִידרוֹלִיזָה. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
6. ויקיפדיה. (2019). הִידרוֹלִיזָה. התאושש מ: en.wikipedia.org