水解

水解（Hydrolysis）.原圖鏈接

水解｛Hydrolysis）是任何化學反應，其中一個水分子破裂一個或多個，這種水解反應，來自古希臘的hydro- （“水”）和lysis（“解開”）。該術語廣泛用於水是親核試劑的取代 ，消除和裂解反應。

目录

概述

水解反應可以與縮合反應相反，在縮合反應中，兩個分子結合在一起成為一個較大的分子，並噴射出水分子。 因此，水解增加了水的分解能力，而冷凝則通過除去水和任何其他溶劑而增加。 一些水合反應是水解。生物水解是生物分子的裂解，其中消耗水分子以將較大的分子分離為組成部分。當碳水化合物通過水解分解成其糖分子成分時（例如，蔗糖分解成葡萄糖和果糖 ），這被認為是糖化作用。

類型

通常水解是將水分子添加到物質中的化學過程。 有時，這種添加會導致物質和水分子分裂為兩部分。在這種反應中，靶分子（或母體分子）的一個片段獲得氫離子。它破壞了化合物中的化學鍵。

鹽

當弱酸或弱鹼（或兩者）的鹽溶解在水中時，會發生一種常見的水解反應。 水自發地離子化為氫氧根陰離子和水合氫陽離子 。該鹽還分解成其組成陰離子和陽離子。例如，乙酸鈉在水中分解成鈉和乙酸根離子。鈉離子與氫氧根離子反應極少，而乙酸根離子與水合氫氧根離子結合生成乙酸 。在這種情況下，最終結果是氫氧根離子相對過量，產生了鹼性溶液 。強酸也會水解。 例如，將硫酸（H2SO4 ）溶解在水中會伴隨水解而生成水合氫合硫酸氫鹽和硫酸氫鹽的共軛鹼 。

酯和酰胺

酸鹼催化的水解非常普遍。 一個例子是酰胺或酯的水解。 當親核試劑 （尋求核的物質，例如水或氫氧根離子）攻擊酯或酰胺的羰基碳原子時，它們就會發生水解。在水性鹼中，氫氧根離子比極性分子（例如水）是更好的親核試劑。在酸中，羰基被質子化，這導致親核攻擊更加容易。兩種水解的產物都是具有羧酸基的化合物。商業上最古老的酯水解實例是皂化 （肥皂的形成）。 它是用水性鹼（如氫氧化鈉 （NaOH）水解三酸甘油酯（脂肪）。在此過程中，形成甘油 ，並且脂肪酸與鹼反應，將其轉化為鹽。 這些鹽被稱為肥皂，通常在家庭中使用。

另外，在生物系統中，大多數生化反應（包括ATP水解）發生在酶的催化過程中。 酶的催化作用使蛋白質 ，脂肪，油和碳水化合物水解 。例如，可以考慮蛋白酶（通過引起蛋白質中肽鍵水解而有助於消化的酶）。與外肽酶（另一類酶，催化末端肽鍵的水解，一次釋放一個游離氨基酸）相反，它們催化肽鏈中內部肽鍵的水解。

但是，蛋白酶不能催化所有蛋白質的水解。 它們的作用是立體選擇性的：僅靶向具有特定三級結構的蛋白質，因為需要某種定向力才能將酰胺基團置於合適的位置進行催化。在酶及其底物（蛋白質）之間建立了必要的接觸，因為該酶以形成適合底物的縫隙的方式折疊。 縫隙還包含催化基團。 因此，不適合縫隙的蛋白質將不會水解。 這種特異性保留了其他蛋白質（如激素）的完整性，因此生物系統繼續正常運行。

水解後，酰胺轉化為羧酸和胺或氨（在酸存在下會立即轉化為銨鹽）。 羧酸上的兩個氧基之一來自水分子，胺（或氨）獲得氫離子。 肽的水解產生氨基酸 。許多聚酰胺聚合物（如尼龍6,6）在強酸存在下會水解。該過程導致解聚 。因此，尼龍產品暴露於少量酸性水中時會因破裂而破裂。聚酯也易於發生類似的聚合物降解反應。 這個問題被稱為環境應力開裂 。

ATP

水解與能量代謝和儲存有關。 所有活細胞都需要為兩個主要目的持續提供能量：微分子和大分子的生物合成以及離子和分子跨細胞膜的主動轉運。 營養物氧化產生的能量不直接使用，而是通過複雜而漫長的反應序列，被引導到一個特殊的儲能分子三磷酸腺苷 （ATP）中。ATP分子包含焦磷酸鹽鍵（當兩個磷酸鹽單元結合在一起時形成的鍵），可在需要時釋放能量。 ATP可以通過兩種方式進行水解：首先，通過反應將末端磷酸酯去除以形成二磷酸腺苷和無機磷酸酯：

ATP + H2O →ADP + Pi 其次，除去末端二磷酸酯以產生單磷酸腺苷 （AMP）和焦磷酸酯 。後者通常會進一步裂解為兩種磷酸酯。這導致通常在鏈中發生的生物合成反應，當磷酸酯鍵發生水解時，可以朝合成方向驅動。

多醣類

單醣可以通過糖苷鍵連接在一起，該糖苷鍵可以被水解裂解。這樣連接的兩個，三個，幾個或多個單醣分別形成二糖，三糖，寡糖或多醣。水解糖苷鍵的酶稱為“ 糖苷水解酶 ”或“糖苷酶”。最著名的二糖是蔗糖（食用糖）。蔗糖水解產生葡萄糖和果糖 。 蔗糖酶是工業上用於將蔗糖水解成所謂的蔗糖的蔗糖酶 。乳糖酶對於牛奶中乳糖的消化水解至關重要。 許多成年人不產生乳糖酶，也不能消化牛奶中的乳糖 。

多醣水解成可溶性糖可以被認為是糖化作用 。大麥製麥芽被用作β-澱粉酶的來源，將澱粉分解為二糖麥芽糖 ，酵母可將其用於生產啤酒 。其他澱粉酶可以將澱粉轉化為葡萄糖或寡糖。纖維素首先被纖維素酶水解成纖維二糖，然後纖維二糖被β-葡糖苷酶進一步水解成葡萄糖。由於產生纖維素酶的共生細菌，反芻動物（如牛）能夠將纖維素水解為纖維二糖，然後水解為葡萄糖。

金屬水族

金屬離子是路易斯酸 ，在水溶液中它們形成通式M（H2O）nm +的金屬水配合物 。。第一步水解一般表示為

M（H2O）nm + + H2O⇌M（H2O） n-1（OH）（m-1）+ + H3O + 因此，根據布朗斯台德-洛里酸鹼理論 ，水合陽離子表現為酸。考慮帶正電的金屬離子的感應作用可輕鬆解釋此效應，該感應作用會削弱附著的水分子的OH鍵，使質子的釋放相對容易。

該反應的解離常數pKa與金屬離子的電荷尺寸比或多或少線性相關。帶有低電荷的離子，例如Na +是非常弱的酸，幾乎沒有察覺到水解。較大的二價離子（例如Ca2 + ，Zn2 + ，Sn2+和Pb 2+）的pK a為6或更高，通常不會被分類為酸，但是較小的二價離子（例如Be2+）會進行大量水解。三價離子（如Al3+和Fe3+）是弱酸，其pKa與乙酸相當。 諸如BeCl2或Al（NO3 ） 3+等鹽的水溶液明顯呈酸性 ；加入硝酸等酸可抑制水解，使溶液更酸性。

水解可能會超出第一步，通常會通過油化過程形成多核物質。一些“外來”物種，例如Sn3（OH）4 2+得到了很好的表徵。 在許多情況下，隨著pH升高，水解趨於進行，導致諸如Al（OH）3或AlO（OH）的氫氧化物沉澱。 這些物質是鋁土礦的主要成分，被稱為紅土 ，是通過從除鋁和鐵以外的大多數離子的岩石中浸出並隨後水解其餘的鋁和鐵而形成的。

視頻

What is Hydrolysis? + Examples
什麼是水解？ +例子

Explanation of Hydrolysis in Chemistry : Chemistry Help
化學中水解的解釋：化學幫助

Hydrolysis and Dehydration Synthesis
水解脫水合成