IDROLISI: IN COSA CONSISTE ED ESEMPI DI REAZIONI - CHIMICA - 2025

L' idrolisi è una reazione chimica che può avvenire in molecole o ioni sia inorganici che organici, e comporta la partecipazione dell'acqua alla rottura dei suoi legami. Il suo nome deriva dal greco, "idro" dell'acqua e "lisi" della rottura.

La molecola d'acqua, H ₂ O, stabilisce un equilibrio con gli ioni dei sali di acidi e basi deboli, concetto che compare per la prima volta negli studi di chimica generale e in chimica analitica. È quindi una delle reazioni chimiche più semplici.

Equazione generale per una reazione di idrolisi. Fonte: Gabriel Bolívar.

In molti esempi di idrolisi, l'acqua da sola non è in grado di rompere un certo legame covalente. Quando ciò si verifica, il processo viene accelerato o catalizzato dall'acidificazione o alcalinizzazione del mezzo; cioè in presenza di ioni H ₃ O ⁺ o OH ^- , rispettivamente. Inoltre, ci sono enzimi che catalizzano l'idrolisi.

L'idrolisi occupa un posto speciale per quanto riguarda le biomolecole, poiché i legami che tengono insieme i loro monomeri sono suscettibili di idrolisi in determinate condizioni. Ad esempio, gli zuccheri vengono idrolizzati per scomporre i polisaccaridi nei loro monosaccaridi costituenti grazie all'azione degli enzimi glucosidasi.

Cos'è l'idrolisi?

L'immagine sopra spiega cos'è l'idrolisi. Si noti che non solo la molecola o il substrato (se mediano gli enzimi) rompe il suo legame, ma anche l'acqua stessa, che "si frattura" in H ⁺ e OH ^- , dove H ⁺ termina con A e OH ^- con B. AB Reagisce quindi con una molecola d'acqua, dando origine a due prodotti, AH e B-OH.

L'idrolisi è quindi la reazione opposta alla condensazione. Nella condensazione due prodotti, per dire AH e B-OH, vengono uniti mediante la liberazione di una piccola molecola: l'acqua. Nell'idrolisi una molecola viene consumata, mentre nella condensazione viene rilasciata o prodotta.

Tornando all'esempio degli zuccheri, supponiamo che AB corrisponda a un dimero di saccarosio, dove A rappresenta il glucosio e B rappresenta il fruttosio. Il legame glucosidico AB può essere idrolizzato per dare origine ai due monosaccaridi separatamente e in soluzione, e lo stesso accade agli oligo e ai polisaccaridi se gli enzimi mediano tali reazioni.

Notare che in questa reazione, quella di AB, la freccia ha una sola direzione; cioè, è un'idrolisi irreversibile. Tuttavia, molte idrolisi sono in realtà reazioni reversibili che raggiungono un equilibrio.

Esempi di reazioni di idrolisi

- ATP

L'ATP è stabile tra i valori di pH di 6,8 e 7,4. Tuttavia, a valori di pH estremi si idrolizza spontaneamente. Negli esseri viventi, l'idrolisi è catalizzata da enzimi noti come ATPasi:

ATP + H ₂ O => ADP + Pi

Questa reazione è fortemente esergonica, poiché l'entropia dell'ADP è maggiore di quella dell'ATP. La variazione dell'energia libera di Gibbs (ΔGº) è di - 30,5 kJ / mol. L'energia prodotta dall'idrolisi dell'ATP viene utilizzata in numerose reazioni endergoniche.

Reazioni accoppiate

In alcuni casi, l'idrolisi dell'ATP viene utilizzata per la conversione di un composto (A) in un composto (B).

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

- Acqua

Due molecole d'acqua possono reagire tra loro in apparente idrolisi:

H ₂ O + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + OH ^-

È come se una di queste molecole d'acqua si fratturasse in H ⁺ e OH ^- , l'H ⁺ andando a legarsi all'atomo di ossigeno dell'altra molecola d'acqua, che dà origine allo ione idronio, H ₃ O ⁺ . Questa reazione, piuttosto che l'idrolisi, riguarda l'autoionizzazione o l'autoprotolisi dell'acqua.

- Proteine

Le proteine ​​sono macromolecole stabili e per raggiungere la loro completa idrolisi, negli amminoacidi che le costituiscono, sono necessarie condizioni estreme; come una concentrazione di acido cloridrico (6 M) e alte temperature.

Tuttavia, gli esseri viventi sono dotati di un arsenale enzimatico che consente l'idrolisi delle proteine ​​in amminoacidi nel duodeno. Gli enzimi coinvolti nella digestione delle proteine ​​sono quasi interamente secreti dal pancreas.

Esistono enzimi esopeptidasi che degradano le proteine, a partire dalle loro estremità: aminopeptidasi all'estremità amminica e carbossipeptidasi all'estremità carbossilica. Gli enzimi endopeptidasi esercitano la loro azione all'interno della catena proteica, ad esempio: tripsina, pepsina, chimotripsina, ecc.

- Amidi ed esteri

Le ammidi, quando riscaldate in un mezzo alcalino, danno origine a un acido carbossilico e un'ammina:

RCONH ₂ + H ₂ O => RCOO ^- + NH ₂

Gli esteri in un mezzo acquoso vengono idrolizzati in un acido carbossilico e un alcol. Il processo è catalizzato da una base o da un acido:

RCO-OR '+ H ₂ O => RCOOH + R'OH

Questa è la famosa reazione di saponificazione.

- Acido base

In acqua, diverse specie vengono idrolizzate per acidificare o alcalinizzare il mezzo acquoso.

Aggiunta di un sale base

L'acetato di sodio, un sale basico, si dissocia in acqua per dare ioni Na ⁺ (sodio) e CH ₃ COO ^- (acetato). La sua basicità è dovuta al fatto che l'acetato viene idrolizzato per generare ioni OH ^- , mentre il sodio rimane invariato:

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

OH ^- è responsabile dell'aumento del pH e della sua base.

Aggiungere un sale acido

Il cloruro di ammonio (NH ₄ Cl) è formato dallo ione cloruro (Cl ^- ) dall'acido cloridrico (HCl), da un acido forte e dal catione di ammonio (NH ₄ ⁺ ) dall'idrossido di ammonio (NH ₄ OH) , una base debole. Cl ^- non si dissocia in acqua, ma il catione di ammonio si trasforma in acqua nel modo seguente:

NH ₄ ⁺ + H ₂ O <=> NH ₃ + H ₃ O ⁺

L'idrolisi del catione ammonico produce protoni che aumentano l'acidità di un mezzo acquoso, per il quale si conclude che NH ₄ Cl è un sale acido.

Aggiungere un sale neutro

Il cloruro di sodio (NaCl) è un prodotto salino della reazione di una base forte (NaOH) con un acido forte (HCl). Dissolvendo il cloruro di sodio in acqua, si producono il catione di sodio (Na ⁺ ) e l'anione (Cl ^- ). Entrambi gli ioni non si dissociano in acqua, quindi non aggiungono H ⁺ o OH ^- , mantenendo il loro pH costante.

Pertanto, si dice che il cloruro di sodio sia un sale neutro.

Riferimenti

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