Hidrólise

Non confundir con hidratación, hidroxenólise, ou electrólise da auga.

A hidrólise (do grego: ὕδωρ, hudōr, ‘auga’; e λύσις, lysis, ‘ruptura’, ‘disociación’, 'disolución') é unha reacción química entre unha molécula de auga e outra molécula, na cal a molécula de auga se divide e os seus átomos pasan a formar parte doutra especie química. Esta reacción é importante polo gran número de contextos nos que a auga actúa como disolvente. A hidrólise é un tipo de solvólise na cal o disolvente é a auga. É unha reacción química de dobre descomposición na que un dos reactivos é a auga, que ao mesmo tempo é o disolvente da disolución, e o soluto é o outro reactivo. A hidrólise implica a rotura dun ou máis enlaces no soluto reactante, durante reaccións de substitución, eliminación e fragmentación nas cales a auga é o nucleófilo. Os reactivos diferentes da auga e os produtos da hidrólise poden ser moléculas neutras, como na maioría das hidrólises que implican compostos orgánicos, ou ións, como no caso da hidrólise de sales, ácidos e bases.

Hidrólise ácido-base

Na hidrólise ácido-base a auga divídese nun ión hidroxilo OH^- e un ión H⁺ (o cal é inmediatamente hidratado para formar o ión hidronio H₃O⁺). Esta reacción ocorre espontaneamente en auga pura, e no equilibrio a concentración de ións hidronio en auga é [H₃O⁺] = 1 × 10⁻⁷ M. Esta é tamén a concentración de ións hidroxilo porque cada molécula de auga que se divide xera un hidroxilo e un hidronio. Dito equilibrio denomínase autoprotólise:

$H_{2}O\rightleftharpoons H^{+}+OH^{-}$

$H_{2}O+H^{+}\rightleftharpoons H_{3}O^{+}$

A adición dalgunhas substancias á auga, por exemplo un sal, modifica o equilibrio. Ao ser disolvidos en auga, os ións constituíntes dun sal combínanse cos ións hidronio, hidroxilo, ou ambos, procedentes da disociación da auga. Ao consumirse estes ións modifícase a súa concentración e, como consecuencia, modifícase o valor do pH.

$A^{-}+H_{2}O\rightleftharpoons AH+OH^{-}$

$BH^{+}+H_{2}O\rightleftharpoons B+H_{3}O^{+}$

Os ións A^-, BH⁺ procedentes de ácidos febles AH, bases febles B ou sales AB hidrolízanse por acción da auga, e o grao da reacción depende da debilidade do ácido ou da base, e a solubilidade do sal; os ións procedentes de ácidos ou bases fortes non se hidrolizan apreciablemente. Tanto a reacción coma a súa constante de equilibrio pódense obter por combinación da reacción ácido-base coa reacción de autoprotólise da auga. Así, os sales obtidos a partir de ácidos e bases fortes non se hidrolizan, as obtidas a partir de ácidos e bases febles hidrolízanse de forma que o pH depende das dúas constantes, e nas obtidas a partir dunha combinación de ácido e base nas que só un é forte, será o forte o que determine o pH.

Hidrólise en química orgánica

En química orgánica, a hidrólise considérase a reacción oposta á condensación. Neste contexto unha molécula orgánica e a auga reaccionan rompendo un enlace covalente para formar dúas moléculas orgánicas con grupos funcionais que incorporan os átomos da molécula de auga. En xeral, requírese engadir ácidos ou bases fortes para catalizar a hidrólise.

Hidrólise de amidas e ésteres

Hidrólise de ésteres.

A hidrólise de amidas e ésteres ocorre cando un nucleófilo, como a auga ou o ión hidroxilo, ataca o carbono do grupo carbonilo do éster ou a amida. Nunha base acuosa, os ións hidroxilo son mellores nucleófilos que as moléculas polares como a auga. Nun ácido, protónase o grupo carbonilo, facilitando o ataque nucleofílico. Dado que se orixina unha amida da condensación dunha amina e un ácido carboxílico, a hidrólise da amida xera dita amina e dito ácido. Para os ésteres, resultantes da condensación dun ácido carboxílico e un alcohol, obtense igual o ácido e o alcohol:

Un dos exemplos máis antigos de hidrólise é a saponificación, na que a hidrólise básica dun triglicérido (unha molécula con grupos éster) xera glicerol (un alcohol) e ácidos graxos (carboxílicos). Estes ácidos reaccionan á súa vez coa base da disolución xerando sales orgánicos coñecidos como xabóns.

A hidrólise dunha amida orixina un ácido carboxílico e unha amina ou amoníaco. O ácido carboxílico ten un grupo hidroxilo derivado da molécula de auga e a amina (ou o amoníaco) capta o ión hidróxeno.

Moitas polímeros de poliamidas como o nailon 6,6 hidrolízanse en presenza de ácidos fortes, o que orixina a súa despolimerización. Isto explica que o nailon se fracture cando se expón a pequenas cantidades de auga ácida. Os poliésteres sofren reaccións similares.

Hidrólise de sacáridos

Os monosacáridos enlázanse entre si por medio de enlace O-glicosídico, orixinando os diversos tipos de sacáridos. Este enlace pode ser hidrolizado por encimas chamados glicosidases ou glicósido hidrolases. A hidrólise de polisacáridos en azucres solubles denomínase sacarificación. O encima β-amilase hidroliza o amidón orixinando o disacárido maltosa. Outras amilases poden converter o amidón en glicosa ou en oligosacáridos.

Hidrólise encimática

Artigo principal: Hidrolase.

Nos seres vivos a maioría das reaccións bioquímicas están catalizadas por encimas. Hai un grupo de encimas chamados hidrolases que están especializados en catalizar hidrólises. Unha molécula de auga entra no centro activo do encima e intervén na reacción. Interveñen na hidrólise de proteínas, lípidos e carbohidratos. Un exemplo son as proteases, que hidrolizan os enlaces peptídicos das proteínas que teñan unha estrutura adecuada para o seu centro activo.

Ións de metais en disolución acuosa

Os ións metálicos son ácidos de Lewis e en solución acuosa forman ións hidratados coa fórmula xeral M(H₂O)_n^m+. Estes ións hidratados sofren hidrólise en maior ou menor grao. O primeiro paso da hidrólise é xenericamente:

M(H₂O)_n^m+ + H₂O ⇌ M(H₂O)_n−1(OH)^(m−1)+ + H₃O⁺

Os catións hidratados compórtanse como ácidos en termos da teoría ácido-básica de Brønsted-Lowry. Este efecto explícase doadamente considerando o efecto indutivo da carga positiva do ión metálico, que debilita o enlace O-H dunha molécula de auga unida, facendo que se libere o protón de forma realtivamente fácil.