加
水分解とは、
水分子が反応物質に作用し、その物質を複数の成分に分解する
化学反応です。この過程で、
水分子はプロトン(H+)と
水酸化物イオン(OH-)に分割され、それぞれの成分が分解
生成物に取り込まれます。反応の種類は多岐に渡り、反応物によって様々な分解パターンが観測されます。
加水分解の一般的な反応機構
ABという
化学式で表される極性のある
化合物を例に取ると、Aが陽性、Bが陰性の電荷を持つ場合、
水との反応によってAはOH-と結合し、BはH+と結合します。この結果、AOHとBHという二つの
生成物が得られます。この反応は次のように表すことができます。
AB + H₂O → AOH + BH
加
水分解の逆反応は脱
水縮合と呼ばれ、二つの
分子が結合する際に
水分子が放出されます。
エステル、
アミド、
アセタール、
ヘミアセタールなどの有機
化合物は、加
水分解によって元の構成成分に戻ります。例えば、
エステルは加
水分解によってカルボン
酸と
アルコールに、
アミドはカルボン
酸と
アミンに分解されます。
特に、
塩基性条件下で行われる
エステルの加
水分解は
鹸化と呼ばれ、石鹸製造などに利用されています。これらの反応は、
カルボニル基への
水分子または
水酸化物イオンの作用によって進行する付加脱離反応です。
アセタールやケタールなどの加
水分解には
酸触媒が用いられることが多く、
反応中間体として
カルボカチオンが生成します。
生体内では、これらの反応は
加水分解酵素(ヒドロラーゼ)と呼ばれる
酵素によって
触媒されます。
酵素の種類は基質によって異なり、それぞれの基質に特異的な
酵素が存在します。
塩の加水分解
弱
[酸]]や弱塩基から生成する塩は、
水に溶解した際に加
水分解を起こし、元の弱
酸または弱
塩基を生成します。例えば、酢
酸ナトリウム(CH₃COONa)を
水に溶解すると、一部が酢
酸]と
[水酸化物イオン(OH-)に分解します。これは、酢
酸イオン(CH₃COO-)が
水からプロトンを引き抜くためです。同様に、弱
塩基の塩は
水と反応して
オキソニウムイオン]を生成します。これらの反応は[[化学平衡によって制御されます。
ハロゲン化物などの求電子性の高い無機
化合物も加
水分解を受けます。例えば、塩化チタン(IV)は空気中の
水分と反応して
酸化チタン(IV)と塩化
水素に分解され、白煙を発生します。他の例として、塩化チタン(IV)、塩化スルフリル、三塩化鉄などが挙げられます。
FeCl₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3HCl
SO₂Cl₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HCl
TiCl₄ + 2H₂O → TiO₂ + 4HCl
有機金属
化合物も加
水分解を受けますが、反応性は
化合物によって大きく異なります。中には、空気中の
水分と激しく反応して
発火するものもあります。
RnM + nH₂O → RH + M(OH)n
加水分解と経年劣化
ポリ
エステル系
ポリウレタンやEVA樹脂などの材料は、加
水分解を起こしやすい性質を持っており、これらを使用している製品では、経年劣化として表面のべたつきや材料の剥がれなどが観察されます。
ボールペンのインクのべたつきや、
運動靴のソールの剥がれなどは、加
水分解による経年劣化の一例です。
関連用語
付加脱離反応、脱
水反応、
水和、
水和反応、
水和物、タンパク質加
水分解物、
水の性質