가수 분해

Hydrolysis
수소 분해, 히드록실화 또는 물 분할과 혼동하지 마십시오.
일반 가수분해 반응.(이원 수율 기호는 가수분해와 축합이 가역적인 평형을 나타낸다.)

가수분해(/haˈɒdrll;s/; 고대 그리스어 '물'과 '용해'에서 유래)는 물의 분자가 하나 이상의 화학 결합을 분해하는 화학 반응이다.이 용어는 물이 [1]친핵인 치환, 제거 및 용매화 반응에 널리 사용된다.

생물학적 가수분해는 더 큰 분자를 구성 요소로 분리하기 위해 물 분자가 소비되는 생체 분자의 분열이다.탄수화물이 가수분해(예: 수크로스가 포도당과 과당으로 분해됨)에 의해 성분 설탕 분자로 분해될 때, 이것은 [2]당화로 인식된다.

가수분해 반응은 두 분자가 더 큰 분자로 결합되어 물 분자를 분출하는 응축 반응의 반대일 수 있습니다.따라서 가수분해는 물을 분해하는 반면, 응축은 [3]물을 제거함으로써 축적된다.

종류들

보통 가수분해는 물 분자가 물질에 첨가되는 화학적 과정이다.때때로 이 첨가물은 물질과 물 분자를 둘로 쪼개게 만든다.이러한 반응에서 표적 분자(또는 부모 분자)의 한 조각은 수소 이온을 얻는다.화합물 내 화학 결합을 깨는 거죠

소금

일반적인 종류의 가수분해는 약한 산이나 약한 염기(또는 둘 다)의 소금을 물에 녹일 때 발생합니다.물은 자연히 수산화 음이온과 하이드로늄 양이온으로 이온화된다.소금은 또한 음이온과 양이온으로 분해된다.예를 들어, 아세트산나트륨은 물에서 나트륨과 아세트산 이온으로 분해된다.나트륨 이온은 수산화 이온과 거의 반응하지 않는 반면, 아세트산 이온은 아세트산을 생성하기 위해 하이드로늄 이온과 결합합니다.이 경우 최종 결과는 수산화 이온의 상대적 과잉으로 염기성 용액을 산출한다.

강한 산도 가수분해된다.예를 들어 황산(HSO24)을 물에 녹이면 가수분해가 수반되어 황산의 결합염기인 하이드로늄과 황산비소산염이 생긴다.이러한 가수분해 과정에서 발생하는 일에 대한 보다 기술적인 설명은 Brönsted-를 참조한다.로우리산염기 이론

에스테르 및 아미드

산염기 촉매 가수 분해는 매우 흔하며, 아미드나 에스테르를 가수 분해하는 것이 한 예이다.이들의 가수분해는 친핵성 물질(예를 들어 물 또는 수산기 이온)이 에스테르 또는 아미드의 카르보닐기의 탄소를 공격할 때 발생한다.수성염기 중 하이드록실 이온은 물과 같은 극성분자보다 핵친화성이 좋다.산에서는 카르보닐기가 양성자화되어 친핵성 공격을 훨씬 쉽게 한다.두 가수분해물의 생성물은 카르본산기를 가진 화합물이다.

아마도 상업적으로 가장 오래된 에스테르 가수분해 예는 비누화(비누의 형성)일 것이다.수산화나트륨(NaOH)과 같은 수용성 염기로 트리글리세리드(지방)를 가수분해하는 것입니다.이 과정에서 글리세롤이 생성되고 지방산이 염기와 반응해 염기로 변환된다.이 소금들은 비누라고 불리며 가정에서 흔히 사용된다.

또한, 살아있는 시스템에서, 대부분의 생화학 반응은 효소의 촉매 작용 중에 일어난다.효소의 촉매 작용은 단백질, 지방, 기름, 탄수화물의 가수 분해를 가능하게 한다.예를 들어, 단백질 분해효소(단백질에서 펩타이드 결합의 가수 분해를 일으켜 소화를 돕는 효소)를 고려할 수 있다.이들은 엑소펩티드가수분해효소(말단 펩타이드 결합의 가수분해를 촉매하여 한 번에 하나의 유리 아미노산을 방출하는 또 다른 종류의 효소)와는 대조적으로 펩타이드 사슬에서 내부 펩타이드 결합의 가수분해를 촉매한다.

그러나 단백질 분해효소는 모든 종류의 단백질의 가수분해를 촉매하지 않는다.동작은 스테레오 선택입니다.촉매작용을 위해 아미드기를 적절한 위치에 놓기 위해서는 어떤 종류의 배향력이 필요하기 때문에 특정 3차 구조를 가진 단백질만을 대상으로 한다.효소와 그 기질(단백질) 사이에 필요한 접촉은 효소가 기질에 맞는 틈을 형성하도록 접히기 때문에 생성되며, 틈에는 촉매기도 포함된다.따라서 틈새에 맞지 않는 단백질은 가수분해되지 않는다.이 특이성은 호르몬과 같은 다른 단백질의 무결성을 보존하고, 따라서 생물학적 시스템은 계속해서 정상적으로 기능합니다.

아미드의 산촉매 가수분해 메커니즘.

가수분해 시, 아미드는 카르본산과 아민 또는 암모니아로 전환된다(산 존재 하에서 즉시 암모늄 소금으로 전환된다).카르본산 위의 두 개의 산소기 중 하나는 물 분자로부터 유도되며 아민(또는 암모니아)은 수소 이온을 얻는다.펩타이드의 가수분해는 아미노산을 생성한다.

나일론 6,6과 같은 많은 폴리아미드 폴리머는 강한 산의 존재 하에서 가수분해된다.그 과정은 탈중합으로 이어진다.이러한 이유로 나일론 제품은 소량의 산성수에 노출되었을 때 균열에 의해 고장납니다.폴리에스테르도 유사한 폴리머 분해 반응을 일으키기 쉽습니다.이 문제는 환경 스트레스 균열로 알려져 있습니다.

ATP

가수분해는 에너지 대사 및 저장과 관련이 있다.모든 살아있는 세포는 두 가지 주요 목적을 위해 지속적인 에너지 공급을 필요로 합니다: 미세 분자와 고분자의 생합성, 그리고 세포막을 가로지르는 이온과 분자의 활발한 운송.영양소의 산화로 인한 에너지는 직접적으로 사용되지 않지만 복잡하고 긴 일련의 반응을 통해 특별한 에너지 저장 분자인 아데노신 삼인산(ATP)으로 전달됩니다.ATP 분자는 필요할 때 에너지를 방출하는 피로인산염 결합을 포함합니다.ATP는 두 가지 방법으로 가수분해를 겪을 수 있다.첫째, 말단 인산염을 제거하여 아데노신 이인산염(ADP)과 무기 인산염을 형성하며, 반응은 다음과 같다.

ATP + HO
2 → ADP + Pi

둘째, 아데노신1인산(AMP)과 피로인산을 얻기 위한 말단2인산염의 제거이다.후자는 보통 두 가지 구성 인산염으로 더욱 분해된다.이는 인산염 결합이 가수분해되었을 때 합성 방향으로 구동될 수 있는 생합성 반응을 일으킨다.

다당류

수크로스.글리코사이드 결합은 두 단당 단위를 함께 고정하는 중심 산소 원자에 의해 나타납니다.

단당류는 가수분해에 의해 분해될 수 있는 글리코시드 결합에 의해 함께 결합될 수 있다.2개, 3개, 여러 개 또는 많은 단당류가 각각 이당류, 삼당류, 올리고당류 또는 다당류를 형성한다.글리코시드 결합을 가수 분해하는 효소는 글리코시드 가수분해효소 또는 글리코시다아제라고 불립니다.

가장 잘 알려진 이당류는 수크로스이다.수크로스의 가수분해는 포도당과 과당을 생산한다.인버타아제는 산업적으로 수크로스의 가수분해를 위해 사용되는 수크라아제이다.락타아제는 우유에 있는 락토스의 소화 가수 분해에 필수적입니다; 많은 성인 인간들은 락토아제를 생산하지 않고 우유에 있는 락토스를 소화시킬 수 없습니다.

다당류를 수용성 당으로 가수분해하는 것은 당화로 [2]인식될 수 있다.보리로 만든 맥아를 β-아밀라아제 공급원으로 하여 전분을 이당말토스로 분해하여 효모에 의해 맥주를 제조할 수 있다.다른 아밀라아제 효소는 전분을 포도당 또는 올리고당으로 바꿀 수 있다.셀룰로오스를 먼저 셀룰라아제에 의해 셀로비오스로 가수분해한 후 β-글루코시다아제에 의해 셀로비오스를 포도당으로 가수분해한다.소와 같은 반추동물은 셀룰라아제를 생성하는 공생 박테리아 때문에 셀룰로오스를 셀로비오스 그리고 포도당으로 가수 분해할 수 있습니다.

금속 아쿠아 이온

주요 기사:수용액 중 금속 이온

금속 이온은 루이스산이며 수용액에서 일반식 M(HO2)nm+[4][5]의 금속 아쿠오 착체를 형성합니다.아쿠아 이온은 많든 적든 가수분해 과정을 거친다.첫 번째 가수분해 단계는 일반적으로 다음과 같이 주어진다.

M(HO2)nm+ + HO2 m M(HO2)(n−1OH)(m−1)+ + HO3+

따라서 아쿠아 양이온은 Brönsted의 관점에서 산처럼 작용한다.로우리산염기 이론양전하를 띤 금속 이온의 유도 효과를 고려해 쉽게 설명할 수 있는데, 이는 부착된 물 분자의 O-H 결합을 약화시켜 양성자의 해방을 상대적으로 용이하게 한다.

이 반응에 대한 해리 상수 pK는a 금속 [6]이온의 전하 대 크기 비율과 다소 선형적으로 관련되어 있습니다.Na와 같이+ 전하가 낮은 이온은 거의 감지할 수 없는 가수분해를 가진 매우 약한 산이다.Ca, Zn2+, Sn2+2+, Pb와 같은2+ 큰 2가 이온은 pK가a 6 이상이며 일반적으로 산으로는 분류되지 않지만 Be와 같은2+ 작은 2가 이온은 광범위한 가수분해를 거친다.Al, Fe와3+ 같은3+ 3가 이온은 pK가a 아세트산에 버금가는 약한 산이다.BeCl이나2 Al(NO3)3 등의 염류 용액은 눈에 띄게 산성이며 질산 등의 산을 첨가함으로써 가수분해를 억제할 수 있어 용액의 산성을 높일 수 있다.

가수분해는 첫 번째 단계를 넘어 진행될 수 있으며, 종종 [6]올레이션 과정을 통해 다핵종이 형성된다.Sn(OH)42+[7]과 같은3 "특이한" 종들은 잘 특징지어진다.가수분해는 pH가 상승함에 따라 진행되며, 많은 경우 Al(OH)3 또는 AlO(OH)와 같은 수산화물의 침전으로 이어진다.보크사이트의 주요 성분인 이러한 물질은 라테라이트라고 하며 알루미늄과 철을 제외한 대부분의 이온의 암석에서 침출된 후 나머지 알루미늄과 철을 가수 분해하여 형성됩니다.

메커니즘 전략

아세탈, 이미인 및 에나민은 산촉매 조건 하에서 여분의 물로 처리하여 케톤으로 되돌릴 수 있다: RO·OR-HO-O3, NR·HO-O3,[8] RNR-HO-O3.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "가수분해"doi:10.1351/goldbook.H02902IUPAC, 화학 용어집 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "솔루션"doi: 10.1351/goldbook.S05762
  2. ^ a b "Definition of Saccharification". www.merriam-webster.com. Archived from the original on 7 January 2021. Retrieved 8 September 2020.
  3. ^ Steane, Richard. "Condensation and Hydrolysis". www.biotopics.co.uk. Archived from the original on 2020-11-27. Retrieved 2020-11-13.
  4. ^ Burgess, John (1978). Metal Ions in Solution. Chichester: Ellis Horwood. ISBN 978-0853120278.
  5. ^ Richens, D. T. (1997). The Chemistry of Aqua Ions: Synthesis, Structure, and Reactivity: A Tour through the Periodic Table of the Elements. Wiley. ISBN 0-471-97058-1.
  6. ^ a b Baes, Charles F.; Mesmer, Robert E. (1976). The Hydrolysis of Cations. New York: Wiley. ISBN 9780471039853.
  7. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. p. 384. ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ Klein, David (2012). Organic Chemistry. Wiley. ISBN 978-0-471-75614-9.