Hydrolyse

Die Hydrolyse (von Vorlage:GrcS „Wasser“ und {{#invoke:Vorlage:lang|flat}} „Lösung, Auflösung, Beendigung“) ist formal gesehen die Spaltung einer chemischen Verbindung durch Reaktion mit Wasser.<ref name="ABC Chemie">Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 562.</ref> Formal wird bei der Reaktion ein Wasserstoffatom an das eine „Spaltstück“ abgegeben und die als Rest verbleibende Hydroxygruppe wird an das andere Spaltstück gebunden. Die Rückreaktion der Hydrolyse ist eine Kondensationsreaktion. Wenn bei der Reaktion das Wasser nicht nur das angreifende Reagenz, sondern gleichzeitig auch das Lösungsmittel ist, zählt die Hydrolyse zu den Solvolysen.<ref>Siegfried Hauptmann: Reaktion und Mechanismus in der organischen Chemie. B. G. Teubner, Stuttgart, 1991, S. 78, ISBN 3-519-03515-4.</ref>

Hydrolyse chemischer Verbindungen

Allgemein gilt für die Hydrolyse einer Verbindung X-Y :

<math>\mathrm{{\color{Red}X{-}Y} \ + \ {\color{Blue}H{-}OH} \longrightarrow \ {\color{Red}X{-}}{\color{Blue}H} \ + \ {\color{Red}Y}{\color{Blue}{-}OH}}</math>

Hydrolyse von Salzen

Abweichend von der oben genannten Definition wird der Begriff Hydrolyse auch benutzt, um Gleichgewichtsreaktionen von bestimmten Kationen und Anionen zu bezeichnen, die zu Veränderungen von pH-Werten in den basischen bzw. sauren Bereich führen, wenn Salze mit diesen Kationen und Anionen in Wasser gelöst werden. Solche Änderungen von pH-Werten wurden bereits Ende des 19. Jahrhunderts von Arrhenius beobachtet und wurden von ihm als Salzhydrolyse bezeichnet. 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.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name="CDRömpp">Eintrag zu Hydrolyse. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum{{#if: {{#invoke:Wikidata|pageId}}||{{#ifeq: 0 | 0 | }} }}</ref> Siehe dazu Säure-Base-Konzept nach Arrhenius.

Beispiele Hydrolyse organischer Verbindungen

Hydrolyse von Fluorkohlenwasserstoffen.<ref name="Ernest">Ivan Ernest: Bindung, Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie. Springer-Verlag, 1972, S. 110, ISBN 3-211-81060-9.</ref>
Hydrolyse von Carbonsäurechloriden zu Carbonsäuren und Chlorwasserstoff<ref name="Hauptmann2">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 415, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Benzylchlorid zu Benzylalkohol und Chlorwasserstoff<ref name="Hauptmann3">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 173, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Calciumcarbid zu Acetylen und Calciumhydroxid<ref name="Hauptmann4">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 263, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Carbonsäureamiden zu Carbonsäuren<ref name="Hauptmann5">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 423, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Carbonsäureanhydriden zu Carbonsäuren<ref name="Hauptmann6">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 409, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von pflanzlichen oder tierischen Fetten zu Glycerin und Fettsäuren<ref name="Hauptmann7">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, ISBN 3-342-00280-8, S. 331 und 739.</ref>
Hydrolyse eines Carbonsäureesters zu Carbonsäure und Alkohol
Hydrolyse eines Laktons zur entsprechenden ω-Hydroxycarbonsäure
Esterhydrolasen katalysieren die Hydrolyse eines Enantiomers chiraler Ester zu Carbonsäure und Alkohol, das andere Enantiomer wird nicht hydrolysiert<ref>Hans Beyer, Wolfgang Walter: Organische Chemie. 22. Auflage. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1991, ISBN 3-7776-0485-2, S. 895.</ref>
Hydrolyse von Acetalen zu Aldehyden und Alkoholen<ref name="Ernest2">Ivan Ernest: Bindung, Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie, Springer-Verlag, 1972, S. 101, ISBN 3-211-81060-9.</ref>
Hydrolyse von Ketalen zu Ketonen und Alkoholen<ref name="Ernest2" />
Hydrolyse von Grignard-Verbindungen<ref name="Hauptmann8">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 204, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Isocyaniden<ref name="Hauptmann9">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 431, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Isothiocyanaten<ref name="Hauptmann10">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 471, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Nitrilen<ref name="Hauptmann11">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 429, ISBN 3-342-00280-8.</ref> über Carbonsäureamide zu Carbonsäuren
Hydrolyse von Oximen zu Carbonylverbindungen (Aldehyde oder Ketone) und Hydroxylamin<ref name="Hauptmann16">Siegfried Hauptmann: Reaktion und Mechanismus in der organischen Chemie. B. G. Teubner, Stuttgart 1991, S. 152, ISBN 3-519-03515-4.</ref>
Hydrolyse von Iminen zu Carbonylverbindungen (Aldehyde oder Ketone) und primären Aminen<ref name="Hauptmann16" />
Hydrolyse von Hydrazonen zu Carbonylverbindungen (Aldehyde oder Ketone) und Hydrazin<ref name="Hauptmann16" />
Hydrolyse von Orthocarbonsäureestern<ref>Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 421, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Oxiranen<ref name="Hauptmann12">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 558, ISBN 3-342-00280-8.</ref><ref name="Hauptmann17">Siegfried Hauptmann: Reaktion und Mechanismus in der organischen Chemie. B. G. Teubner, Stuttgart 1991, S. 176, ISBN 3-519-03515-4.</ref>
Partielle Hydrolyse von Peptiden, bei der nur einige Peptidbindungen gespalten werden<ref name="Bruice">Paula Yurkanis Bruice: Organic Chemistry, Pearson Education Inc., 2004, 4. Auflage, S. 1201, ISBN 0-13-121730-5.</ref>
Hydrolyse bei Polyurethan<ref>Hydrolyse bei PU-Zwischensohle, abgerufen am 3. Februar 2018.</ref>
Hydrolyse von Sulfonylchloriden<ref name="Hauptmann13">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 482, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Hydrolyse von Tetrachlorsilan zu Siliziumdioxid und Chlorwasserstoff<ref name="Hauptmann18">Siegfried Hauptmann: Reaktion und Mechanismus in der organischen Chemie. B. G. Teubner, Stuttgart 1991, S. 8–9, ISBN 3-519-03515-4.</ref>
Hydrolyse von tert-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 von Estern, die die Umkehrreaktion zur Veresterung darstellt, sowie die im basischen ablaufende Verseifung.<ref name="Hauptmann1">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, S. 418–419, ISBN 3-342-00280-8.</ref>

Enantioselektive Hydrolyse

Ester chiraler Carbonsäuren oder chiraler Alkohole können enantioselektiv unter dem Einfluss von Lipasen hydrolysiert werden. Dabei bilden sich enantiomerenreine Alkohole bzw. enantiomerenreine Carbonsäuren. Analog lassen sich racemische Amide enantioselektiv in Gegenwart von Acylasen hydrolysieren. Das Verfahren wird industriell zur Herstellung der Aminosäure L-Methionin aus N-Acetyl-DL-methionin angewandt.<ref name="Hoppe1">Bernd Hoppe, Jürgen Martens: Aminosäuren – Bausteine des Lebens, Chemie in unserer Zeit, 17. Jahrg. 1983, Nr. 2, S. 41–53, {{#invoke:Vorlage:Handle|f|scheme=doi|class=plainlinks|parProblem=Problem|errCat=Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:DOI|errClasses=error editoronly|errHide=1|errNS=0 4 10 100}}.</ref><ref name="Hoppe2">Bernd Hoppe, Jürgen Martens: Aminosäuren – Herstellung und Gewinnung, Chemie in unserer Zeit, 18. Jahrg. 1984, Nr. 3, S. 73–86, {{#invoke:Vorlage:Handle|f|scheme=doi|class=plainlinks|parProblem=Problem|errCat=Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:DOI|errClasses=error editoronly|errHide=1|errNS=0 4 10 100}}.</ref>

Hydrolyse von Biomolekülen

Durch Hydrolyse werden viele Biomoleküle (z. B. Proteine, Disaccharide, Polysaccharide oder Fette) im Stoffwechsel in ihre Bausteine (Monomere) zerlegt, meist unter Katalyse durch ein Enzym (Hydrolase).<ref>Hans Beyer, Wolfgang Walter: Organische Chemie. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1991, 22. Auflage, S. 894–896, ISBN 3-7776-0485-2.</ref>

Eine wichtige Hydrolyse-Reaktion, die Proteinen Energie für mechanische Arbeit, Transportprozesse u. Ä. gibt, ist die Spaltung von ATP zu ADP und einem Phosphatrest.

Bei der Analyse der Aminosäurezusammensetzung von Proteinen werden gereinigte Proteine unter Luftausschluss und Temperaturen > 100 °C durch hohe Konzentrationen von Salzsäure hydrolysiert. 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

Einzelnachweise