水解

水解（Hydrolysis）.原图链接

水解｛Hydrolysis）是任何化学反应，其中一个水分子破裂一个或多个，这种水解反应，来自古希腊的hydro- （“水”）和lysis（“解开”）。该术语广泛用于水是亲核试剂的取代 ，消除和裂解反应。

目录

概述

水解反应可以与缩合反应相反，在缩合反应中，两个分子结合在一起成为一个较大的分子，并喷射出水分子。 因此，水解增加了水的分解能力，而冷凝则通过除去水和任何其他溶剂而增加。 一些水合反应是水解。生物水解是生物分子的裂解，其中消耗水分子以将较大的分子分离为组成部分。当碳水化合物通过水解分解成其糖分子成分时（例如，蔗糖分解成葡萄糖和果糖 ），这被认为是糖化作用。

类型

通常水解是将水分子添加到物质中的化学过程。 有时，这种添加会导致物质和水分子分裂为两部分。在这种反应中，靶分子（或母体分子）的一个片段获得氢离子。它破坏了化合物中的化学键。

盐

当弱酸或弱碱（或两者）的盐溶解在水中时，会发生一种常见的水解反应。 水自发地离子化为氢氧根阴离子和水合氢阳离子 。该盐还分解成其组成阴离子和阳离子。例如，乙酸钠在水中分解成钠和乙酸根离子。钠离子与氢氧根离子反应极少，而乙酸根离子与水合氢氧根离子结合生成乙酸 。在这种情况下，最终结果是氢氧根离子相对过量，产生了碱性溶液 。强酸也会水解。 例如，将硫酸（H2SO4 ）溶解在水中会伴随水解而生成水合氢合硫酸氢盐和硫酸氢盐的共轭碱 。

酯和酰胺

酸碱催化的水解非常普遍。 一个例子是酰胺或酯的水解。 当亲核试剂 （寻求核的物质，例如水或氢氧根离子）攻击酯或酰胺的羰基碳原子时，它们就会发生水解。在水性碱中，氢氧根离子比极性分子（例如水）是更好的亲核试剂。在酸中，羰基被质子化，这导致亲核攻击更加容易。两种水解的产物都是具有羧酸基的化合物。商业上最古老的酯水解实例是皂化 （肥皂的形成）。 它是用水性碱（如氢氧化钠 （NaOH）水解三酸甘油酯（脂肪）。在此过程中，形成甘油 ，并且脂肪酸与碱反应，将其转化为盐。 这些盐被称为肥皂，通常在家庭中使用。

另外，在生物系统中，大多数生化反应（包括ATP水解）发生在酶的催化过程中。 酶的催化作用使蛋白质 ，脂肪，油和碳水化合物水解 。例如，可以考虑蛋白酶（通过引起蛋白质中肽键水解而有助于消化的酶）。与外肽酶（另一类酶，催化末端肽键的水解，一次释放一个游离氨基酸）相反，它们催化肽链中内部肽键的水解。

但是，蛋白酶不能催化所有蛋白质的水解。 它们的作用是立体选择性的：仅靶向具有特定三级结构的蛋白质，因为需要某种定向力才能将酰胺基团置于合适的位置进行催化。在酶及其底物（蛋白质）之间建立了必要的接触，因为该酶以形成适合底物的缝隙的方式折叠。 缝隙还包含催化基团。 因此，不适合缝隙的蛋白质将不会水解。 这种特异性保留了其他蛋白质（如激素）的完整性，因此生物系统继续正常运行。

水解后，酰胺转化为羧酸和胺或氨（在酸存在下会立即转化为铵盐）。 羧酸上的两个氧基之一来自水分子，胺（或氨）获得氢离子。 肽的水解产生氨基酸 。许多聚酰胺聚合物（如尼龙6,6）在强酸存在下会水解。该过程导致解聚 。因此，尼龙产品暴露于少量酸性水中时会因破裂而破裂。聚酯也易于发生类似的聚合物降解反应。 这个问题被称为环境应力开裂 。

ATP

水解与能量代谢和储存有关。 所有活细胞都需要为两个主要目的持续提供能量：微分子和大分子的生物合成以及离子和分子跨细胞膜的主动转运。 营养物氧化产生的能量不直接使用，而是通过复杂而漫长的反应序列，被引导到一个特殊的储能分子三磷酸腺苷 （ATP）中。ATP分子包含焦磷酸盐键（当两个磷酸盐单元结合在一起时形成的键），可在需要时释放能量。 ATP可以通过两种方式进行水解：首先，通过反应将末端磷酸酯去除以形成二磷酸腺苷和无机磷酸酯：

ATP + H2O →ADP + Pi 其次，除去末端二磷酸酯以产生单磷酸腺苷 （AMP）和焦磷酸酯 。后者通常会进一步裂解为两种磷酸酯。这导致通常在链中发生的生物合成反应，当磷酸酯键发生水解时，可以朝合成方向驱动。

多糖类

单糖可以通过糖苷键连接在一起，该糖苷键可以被水解裂解。这样连接的两个，三个，几个或多个单糖分别形成二糖，三糖，寡糖或多糖。水解糖苷键的酶称为“ 糖苷水解酶 ”或“糖苷酶”。最著名的二糖是蔗糖（食用糖）。蔗糖水解产生葡萄糖和果糖 。 蔗糖酶是工业上用于将蔗糖水解成所谓的蔗糖的蔗糖酶 。乳糖酶对于牛奶中乳糖的消化水解至关重要。 许多成年人不产生乳糖酶，也不能消化牛奶中的乳糖 。

多糖水解成可溶性糖可以被认为是糖化作用 。大麦制麦芽被用作β-淀粉酶的来源，将淀粉分解为二糖麦芽糖 ，酵母可将其用于生产啤酒 。其他淀粉酶可以将淀粉转化为葡萄糖或寡糖。纤维素首先被纤维素酶水解成纤维二糖，然后纤维二糖被β-葡糖苷酶进一步水解成葡萄糖。由于产生纤维素酶的共生细菌，反刍动物（如牛）能够将纤维素水解为纤维二糖，然后水解为葡萄糖。

金属水族

金属离子是路易斯酸 ，在水溶液中它们形成通式M（H2O）nm +的金属水配合物 。。第一步水解一般表示为

M（H2O）nm + + H2O⇌M（H2O） n-1（OH）（m-1）+ + H3O + 因此，根据布朗斯台德-洛里酸碱理论 ，水合阳离子表现为酸。考虑带正电的金属离子的感应作用可轻松解释此效应，该感应作用会削弱附著的水分子的OH键，使质子的释放相对容易。

该反应的解离常数pKa与金属离子的电荷尺寸比或多或少线性相关。带有低电荷的离子，例如Na +是非常弱的酸，几乎没有察觉到水解。较大的二价离子（例如Ca2 + ，Zn2 + ，Sn2+和Pb 2+）的pK a为6或更高，通常不会被分类为酸，但是较小的二价离子（例如Be2+）会进行大量水解。三价离子（如Al3+和Fe3+）是弱酸，其pKa与乙酸相当。 诸如BeCl2或Al（NO3 ） 3+等盐的水溶液明显呈酸性 ；加入硝酸等酸可抑制水解，使溶液更酸性。

水解可能会超出第一步，通常会通过油化过程形成多核物质。一些“外来”物种，例如Sn3（OH）4 2+得到了很好的表征。 在许多情况下，随著pH升高，水解趋于进行，导致诸如Al（OH）3或AlO（OH）的氢氧化物沉淀。 这些物质是铝土矿的主要成分，被称为红土 ，是通过从除铝和铁以外的大多数离子的岩石中浸出并随后水解其馀的铝和铁而形成的。

视频

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