Hydrolyse

DieHydrolyse(vonaltgriechischὕδωρhydor„Wasser “undλύσιςlýsis„Lösung, Auflösung, Beendigung “) ist formal gesehen die Spaltung einer chemischen Verbindung durch Reaktion mitWasser.Formal wird bei der Reaktion einWasserstoffatoman das eine „Spaltstück “abgegeben und die als Rest verbleibendeHydroxygruppewird an das andere Spaltstück gebunden. Die Rückreaktion der Hydrolyse ist eineKondensationsreaktion.Wenn bei der Reaktion das Wasser nicht nur das angreifende Reagenz, sondern gleichzeitig auch das Lösungsmittel ist, zählt die Hydrolyse zu denSolvolysen.

Hydrolyse chemischer Verbindungen

Allgemein gilt für die Hydrolyse einer Verbindung X-Y:

$\mathrm {{\color {Red}X{-}Y}\ +\ {\color {Blue}H{-}OH}\longrightarrow \ {\color {Red}X{-}}{\color {Blue}H}\ +\ {\color {Red}Y}{\color {Blue}{-}OH}}$

Hydrolyse von Salzen

Abweichend von der oben genannten Definition wird der BegriffHydrolyseauch benutzt, um Gleichgewichtsreaktionen von bestimmten Kationen und Anionen zu bezeichnen, die zu Veränderungen von pH-Werten in den basischen bzw. sauren Bereich führen, wennSalzemit diesen Kationen und Anionen in Wasser gelöst werden. Solche Änderungen von pH-Werten wurden bereits Ende des 19. Jahrhunderts vonArrheniusbeobachtet und wurden von ihm alsSalzhydrolysebezeichnet. Bei den Salzen handelte es sich um Salze, deren Kationen (z. B.Ammonium) sich als schwache Säuren bzw. deren Anionen (z. B.Carbonat) sich als schwache Basen verhalten können. Siehe dazuSäure-Base-Konzept nach Arrhenius.

Beispiele Hydrolyse organischer Verbindungen

• Hydrolyse von Fluorkohlenwasserstoffen.
• Hydrolyse vonCarbonsäurechloridenzuCarbonsäurenundChlorwasserstoff
• Hydrolyse vonBenzylchloridzu Benzylalkohol und Chlorwasserstoff
• Hydrolyse vonCalciumcarbidzuAcetylenundCalciumhydroxid
• Hydrolyse vonCarbonsäureamidenzu Carbonsäuren
• Hydrolyse vonCarbonsäureanhydridenzu Carbonsäuren
• Hydrolyse von pflanzlichen oder tierischenFettenzuGlycerinundFettsäuren
• Hydrolyse einesCarbonsäureesterszu Carbonsäure undAlkohol
• Hydrolyse einesLaktonszur entsprechenden ω-Hydroxycarbonsäure
• Esterhydrolasen katalysieren die Hydrolyse eines EnantiomerschiralerEster zu Carbonsäure und Alkohol, das andere Enantiomer wird nicht hydrolysiert
• Hydrolyse vonAcetalenzu Aldehyden undAlkoholen
• Hydrolyse vonKetalenzu Ketonen und Alkoholen
• Hydrolyse vonGrignard-Verbindungen
• Hydrolyse vonIsocyaniden
• Hydrolyse vonIsothiocyanaten
• Hydrolyse vonNitrilenüber Carbonsäureamide zu Carbonsäuren
• Hydrolyse vonOximenzu Carbonylverbindungen (Aldehyde oder Ketone) undHydroxylamin
• Hydrolyse vonIminenzu Carbonylverbindungen (AldehydeoderKetone) und primären Aminen
• Hydrolyse vonHydrazonenzu Carbonylverbindungen (Aldehyde oder Ketone) undHydrazin
• Hydrolyse vonOrthocarbonsäureestern
• Hydrolyse vonOxiranen
• Partielle Hydrolyse vonPeptiden,bei der nur einigePeptidbindungengespalten werden
• Hydrolyse beiPolyurethan
• Hydrolyse vonSulfonylchloriden
• Hydrolyse vonTetrachlorsilanzuSiliziumdioxidundChlorwasserstoff
• Hydrolyse vontert-Butylchlorid

Die meisten der oben aufgelisteten Hydrolysen laufen besser und schneller ab, wenn man die Reaktion im sauren oder basischen Medium durchführt, statt bei neutralem pH-Wert. Beispiele sind die saure Hydrolyse vonEstern,die die Umkehrreaktion zurVeresterungdarstellt, sowie die im basischen ablaufendeVerseifung.

Enantioselektive Hydrolyse

Ester chiraler Carbonsäuren oder chiraler Alkohole könnenenantioselektivunter dem Einfluss vonLipasenhydrolysiert werden. Dabei bilden sich enantiomerenreine Alkohole bzw. enantiomerenreine Carbonsäuren. Analog lassen sich racemischeAmideenantioselektiv in Gegenwart vonAcylasenhydrolysieren. Das Verfahren wird industriell zur Herstellung derAminosäureL-Methionin ausN-Acetyl-DL-methionin angewandt.

Hydrolyse von Biomolekülen

Durch Hydrolyse werden viele Biomoleküle (z. B.Proteine,Disaccharide,PolysaccharideoderFette) im Stoffwechsel in ihre Bausteine (Monomere) zerlegt, meist unter Katalyse durch einEnzym(Hydrolase).

Eine wichtige Hydrolyse-Reaktion, die Proteinen Energie für mechanische Arbeit, Transportprozesse u. ä. gibt, ist die Spaltung vonATPzuADPund einemPhosphatrest.

Bei der Analyse der Aminosäurezusammensetzung von Proteinen werden gereinigte Proteine unter Luftausschluss und Temperaturen > 100 °C durch hohe Konzentrationen vonSalzsäurehydrolysiert. Durch das Hydrolysat des Proteins kann – unter Kenntnis der jeweiligen Stabilität der freigesetzten Aminosäuren unter Standardbedingungen und deren Korrekturfaktoren – auf den Anteil der jeweils peptidisch gebundenen Aminosäure am Aufbau des Proteins geschlossen werden.

Siehe auch

• Ammonolyse
• Alkoholyse
• Hydrolytische Klasse
• Kollagen-Hydrolysat