Idrolisi

Rientrano sotto il generico nome diidrolisi(leggasi "idròlisi" o anche "idrolìsi",dalgreco anticoὕδωρ^?,hýdōr,"acqua" eλύσις,lýsis,"scioglimento" )diversereazioni chimichein cui lemolecolesono scisse in due o più parti per effetto dell'acquae può talvolta essere considerata come la reazione inversa dellareazione di condensazione.

Si parla di reazioni di idrolisi, per quelle reazioni che vedono l'interazione tra uno ione e l'acqua.

Non è da confondersi con l'idratazione,in cui a una molecola viene aggiunta una molecola di acqua (come nel caso dell'idratazione deglialcheniadalcoli).

L'idrolisi è un particolare tipo disolvolisiin cui l'acqua svolge il ruolo di solvente.

Tipi

Le reazioni di idrolisi sono tra le più varie; alcune sonospontanee,altre hanno bisogno di uncatalizzatore,spesso unacidoo unabase.Nei sistemi viventi le idrolisi sono spesso catalizzate da specificienzimidella famiglia delleidrolasi.

Derivati carbossilici

Un esempio di idrolisi sono quelle acido-base-catalizzate diesteri,anidridi,ammidiecloruri acilicia dareacidi carbossilici;

Saponificazione di un trigliceride in condizioni basiche, chiaro esempio di idrolisi di un estere

Queste idrolisi si verificano quando il nucleofilo (un agente come ad esempio l'acqua o uno ione ossidrile) attacca il carbonio del gruppo carbonilico dell'estere o dell'ammide. Usando una base insoluzione acquosa,gli ioni ossidrile sono migliori nucleofili dell'acqua, mentre in condizioni acide ilgruppo carbonilediventa protonato, e questo porta a un attacco nucleofilo molto più facile da parte dell'acqua. In entrambi i casi il prodotto dell'idrolisi è un acido carbossilico.

Forse il più antico esempio praticato in commercio di idrolisi è lasaponificazione,l'idrolisi di un trigliceride con di idrossido di sodio in soluzione acquosa. Durante il processo, gli acidi grassi reagiscono con la base e si forma glicerolo e il sale sodico dell'acido carbossilico, usato appunto come sapone.

Polisaccaridi

Imonosaccaridipossono essere collegati insieme da legami glicosidici, che possono essere scissi mediante idrolisi, e l'unione tramite questi legami porta alla formazione di oligo e poli-saccaridi. Gli enzimi che idrolizzano legami glicosidici sono chiamati "glicosidasi".

Struttura dellattosio,in cui si nota il legame glicosidico in cui l'ossigeno collega le due unità monosaccaridiche cosituenti: il D-galattosio e il D-glucosio

Ildisaccaridepiù noto è ilsaccarosio(zucchero da tavola). L'idrolisi scinde il saccarosio nei suoi due monosaccaridi costituenti,glucosioefruttosio.L'invertasiè un enzima saccarasi utilizzata industrialmente per l'idrolisi del saccarosio, producendo così il cosiddetto zucchero invertito. Lalattasiè essenziale per l'idrolisi digestiva dellattosiopresente nei latticini; molti esseri umani adulti non producono lattasi e non possono digerire il lattosio del latte.

L'idrolisi dei polisaccaridi nelle loro unità ripetitive è detta "saccarificazione". Ilmaltoa base di orzo viene usato come fonte diβ-amilasiper scindere l'amido inmaltosio,il disaccaride, che può essere utilizzato dallievitoper produrre birra. Altri enzimi del tipo amilasi possono convertire l'amido in glucosio o in altri oligosaccaridi. Lacellulosaad esempio viene prima idrolizzata acellobiosiodalla cellulasi e poi il cellobiosio è ulteriormente idrolizzato a glucosio dalla beta-glucosidasi. Gli animali come le mucche o i ruminanti in genere sono in grado di idrolizzare la cellulosa in cellobiosio e poi glucosio a causa di batteri simbionti che produconocellulasi,altrimenti gli animali non sono in grado di digerire queste sostanze.

Sali

Con il termine idrolisi si indica anche la reazione che subiscono gliioniderivanti daacidoobasedebole: questi reagiscono con l'acqua originando in parte l'elettrolitadebole di partenza e provocando una variazione delpH.

I sali si ottengono da reazioni acido base (si noti che il comportamento è legato ai rispettivi acido-base coniugati che sono gli ioni costituenti del sale):

• Acido debole + base forte = Sale che sciolto in acqua genera soluzioni basiche

• Acido forte + base debole = Sale che sciolto in acqua genera soluzioni acide

• Acido forte + base forte = Sale che sciolto in acqua genera soluzioni neutre

• Acido debole + base debole = Sale che sciolto in acqua genera soluzioni dove il pH dipende dalla forza relativa dei componenti

Possiamo considerare l'esempio della variazione di pH causata dalla soluzione di NaCN, un sale derivante dall'acido debole HCN e dalla base forte NaOH. In soluzione si generano gli ioni Na⁺e CN^-.Il primo è inattivo, mentre il secondo dà idrolisi:

CN^-+ H₂O$\rightleftharpoons$HCN + OH^-

La reazione porta alla formazione diacido cianidrico(acido coniugato della base cianuro) e ioniOH^-.Tale tipo di reazione è un esempio diidrolisi basica.

Consideriamo adesso la reazione di idrolisi del cloruro di ammonio, NH₄Cl, sale derivante dall'acido forte HCl e dalla base debole NH₃.In soluzione si generano gli ioni NH+4e Cl^-.Lo ione cloruro è inattivo, mentre lo ione ammonio dà idrolisi:

NH+4+ H₂O$\rightleftharpoons$NH₃+ H⁺

In questa reazione lo ione NH+4,acido debole, reagisce ripristinando parzialmente la sua base coniugata (l'ammoniaca, NH₃) dandoidrolisi acida.

Consideriamo infine il caso di unsalederivato da acido e base entrambi deboli, il cianuro di ammonio, NH₄CN: in questo caso entrambi gli ioni subiscono idrolisi ma essendo la base coniugata di NH+4più forte dell'acido cianidrico, come si può evincere dalle relative costanti di equilibrio, prevarrà l'idrolisi basica e il pH sarà alcalino.

Acquoioni metallici

Gli ioni metallici sonoacidi di Lewise in soluzione acquosa formano acquoioni (ioni idratati) di formula generale M(H₂O)m+n.Gli acquoioni possono idrolizzarsi in grado più o meno elevato; il primo stadio del processo di idrolisi si può esprimere genericamente come

M(H₂O)m+n+ H₂O ⇄ M(H₂O)_n-1(OH)^(m-1)++ H₃O⁺

Il catione metallico si comporta quindi come un acido diBrønsted.Questo effetto si può comprendere considerando che la carica positiva dello ione metallico produce uneffetto induttivoche indebolisce il legame O–H dell'acqua coordinata, facilitando il distacco di un protone.

Lacostante di dissociazione acidadella reazione (K_a) dipende, in larga parte, dal rapporto carica/raggio dello ione metallico.Ioni con carica ridotta come Na⁺sono acidi molto deboli che danno luogo ad idrolisi in quantità impercettibile. Grossi ioni divalenti come Ca²⁺,Zn²⁺,Sn²⁺e Pb²⁺hanno un pK_adi 6 o più e normalmente non vengono classificati come acidi, ma piccoli ioni divalenti come Be²⁺sono ampiamente idrolizzati. Ioni trivalenti come Al³⁺e Fe³⁺sono acidi deboli con pK_asimile a quello dell'acido acetico.Soluzioni acquose di sali come BeCl₂o Al(NO₃)₃sono notevolmente acide; l'idrolisi si puòimpedireper aggiunta di un acido comeacido nitrico,che rende più acida la soluzione.

Il processo di idrolisi può procedere oltre il primo step, portando spesso alla formazione di specie polinucleari con una sequenza di reazioni dettaolazione.L'idrolisi tende a procedere al crescere del pH, arrivando spesso alla precipitazione di idrossidi tipo Al(OH)₃or AlO(OH).

Bibliografia

• (EN) C. F. Baes e R. E. Mesmer,The Hydrolysis of Cations,2ª ed., Krieger, 1976,ISBN0-89874-892-5.
• (EN) J. Burgess,Metal ions in solution,Chichester, Ellis Horwood, 1978,ISBN0-85312-027-7.
• (EN) D. T. Richens,The Chemistry of Aqua Ions: Synthesis, Structure and Reactivity,Wiley, 1997,ISBN0-471-97058-1.

Voci correlate

• Idrogenolisi
• Reazione di neutralizzazione
• Condensazione
• Esteri
• Ammidi
• Acidi carbossilici
• Alcoli
• Equilibrio chimico
• Teoria acido-base di Brønsted-Lowry
• Reazione di idratazione

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• (EN)hydrolysis,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
• Idrolisi salina,suitchiavari.org.