Hüdrolüüs

Hüdrolüüsiks nimetatakse keemilist reaktsiooni, mille käigus lõhustuvad molekuli keemilised sidemed veega reageerides. Üldjuhul on hüdrolüüsi näol tegemist aine lagunemisega.
Sõna "hüdrolüüs" tuleneb kreekakeelsetest sõnadest ὕδωρ (hudōr, vesi) ja λύσις (lusis, lahustama).

Liigid

Kõik võimalikud hüdrolüüsi liigid sisaldavad mingil moel reaktsiooni vee molekuliga. Hüdrolüüsi liike eristatakse lähtemolekulide põhjal.

Soolad

Üks tüüpilisemaid hüdrolüüsireaktsioone on nõrga happe või nõrga aluse (või mõlema) soola lahustamine vees. Vesi ioniseerub vähesel määral iseeneslikult hüdroksiidiooniks ja vesinikiooniks. Samamoodi dissotsieerub ka sool anioonideks ja katioonideks. Näiteks naatriumetanaat laguneb vees naatriumiooniks ja etanaatiooniks. Naatriumioonid reageerivad hüdroksiidioonidega suhteliselt vähesel määral, samas kui etanoaatioonid seonduvad vesinikioonidega ja moodustavad etaanhappe. Selle näite puhul jääb lahusesse hüdroksiidioonide suhteline ülekaal ja lahus ise on aluseline.
Hüdrolüüsil saadud lahuse parameetreid on võimalik ka arvutada. Näiteks reaktsioon HCl + NH₄OH = NH₄⁺ + Cl⁻ + H₂O.
Lahuses reageerib ammooniumioon veega:
NH₄⁺ + H₂O = NH₃ + H₃O⁺Dissotsiatsioonikonstandi saab tuletada seosest:
Kₐ = ([H₃O⁺][NH₃][OH⁻])/([NH₄⁺][OH⁻]) = Kw/Kb = 5,7e-10
Sellest järeldub, et saadud lahus on happeline. Kui on teada ka kontsentratsioonid, on võimalik arvutada ka täpne pH väärtus.
Tugevate hapete ja aluste soolad ei hüdrolüüsu, kuna võimalikeks saadusteks oleksid vastavalt tugev hape ja tugev alus, mis mõlemad dissotsieeruvad vees täielikult. Seega peab keskkond jääma neutraalseks.

Polüsahhariidid

Monosahhariidid võivad olla omavahel seotud glükosiidsidemetega, mis on avatud hüdrolüüsi poolt lõhkumiseks. Kaks, kolm, mitu või palju sel kombel seotud monosahhariide moodustavad vastavalt disahhariide, trisahhariide, oligosahhariide või polüsahhariide. Ensüüme, mis viivad läbi glükosiidsideme hüdrolüüsi, nimetatakse "glükosiidi hüdrolaasideks" või "glükosidaasideks".
Näiteks tuntuima disahhariidi sahharoosi (valge suhkur) hüdrolüüs annab glükoosi ja fruktoosi.
Polüsahhariidide hüdrolüüsimist lahustuvateks suhkruteks nimetatakse "suhkrustamiseks". See on tähtis protsess näiteks õlletootmisel. Odrast valmistatud linnased on β-amülaasi allikaks, mis lagundab tärklise maltoosiks (disahhariid), mis on omakorda toiduks pärmile.
Tselluloos muudetakse tsellulaaside poolt hüdrolüüsi käigus glükoosiks või tsellobioosiks (disahhariid). Teatud loomad (mäletsejalised) suudavad tselluloosi seedida, kuna nende soolestikus elavad sümbiontsed bakterid, mis toodavad tsellulaase.

ATP

Hüdrolüüs on lähedalt seotud ka energiatarbimise ja -salvestamisega. Kõik elusrakud vajavad pidevat energiavoolu kaheks peamiseks eesmärgiks: mikro- ja makromolekulide biosünteesiks ja ioonide ning molekulide transpordiks rakumembraanide vahel. Toitainete oksüdeerimisest tulenevat energiat ei kasutata otseselt, vaid salvestatakse keerulise ja pika reaktsiooniahela kaudu energiat varuvasse molekuli nimega adenosiintrifosfaat (ATP). ATP molekul sisaldab pürofosfaatsidemeid (sidemed, mis moodustuvad kahe fosfaatrühma kombineerumisel), mis vabastavad vajadusel energiat. ATP molekul võib hüdrolüüsuda kahel viisil: eemaldades viimase fosfaatrühma, et moodustada adenosiindifosfaat (ADP), või eemaldades viimased kaks fosfaatrühma (difosfaatrühm), et moodustada adenosiinmonofosfaat (AMP). Hüdrolüüsi viisist oleneb edasine reaktsioonide käik.

Metallioonid

Metallioonid on Lewis'i happed ja moodustavad vesilahustes hüdraatkattega ioone põhivalemiga M(H₂O)ₙᵐ⁺.
Hüdraatkattega ioonid on võimelised rohkemal või vähesemal määral hüdrolüüsuma. Hüdrolüüsi esimene samm järgib tavaliselt valemit M(H₂O)ₙᵐ⁺ + H₂O = M(H₂O)ₙ₋₁(OH) + H₃O⁺
Sellest järeldub, et Brønsted-Lowry happe-alus teooria järgi on hüdraatkattega katioonid happed. Happelisus tuleneb sellest, et positiivselt laetud metallioon nõrgendab seondunud vee molekulis O-H sidet, mis muudab prootoni vabanemise suhteliselt lihtsaks.
Selle reaktsiooni dissotsiatsioonikonstant pKₐ on enam-vähem lineaarses seoses metalliooni massi-suuruse suhtega. Väikeste laengutega ioonid nagu Na⁺ on väga nõrgad happed, millel hüdrolüüsi ulatus on peaaegu olematu. Suurtel kahevalentsetel ioonidel nagu Ca²⁺, Zn²⁺, Sn²⁺ ja Pb²⁺ on pKₐ väärtus ligikaudu 6 või enam ja neid ei liigitata seetõttu tavaliselt hapete alla, aga väiksed kahevalentsed ioonid nagu Be²⁺ võivad omada palju madalamaid pKₐ väärtuseid. Kolmevalentsed ioonid nagu Al³⁺ ja Fe³⁺ on nõrgad happed, mille pKₐ väärtused on võrreldavad etaanhappega.
Hüdrolüüsi saab ka tagasi tõrjuda, kui lisada lahusele mõnda tugevat hapet, mis teeb lahuse happelisemaks ja nihutab hüdrolüüsi tasakaalu hüdraatiooni tekkimise suunas.