Гидролиз органических соединений — расщепление органического соединения водой с образованием двух или более веществ. Обычно Г. осуществляется в присутствии кислот (кислотный Г.) или щелочей (щелочной Г.). Гидролитическому расщеплению чаще всего подвергаются связи атома углерода с другими атомами (галогенами, кислородом, азотом и др.). Так, щелочной Г. галогенидов служит методом получения (в том числе и промышленного) спиртов и фенолов, например:
В зависимости от строения углеводородного радикала (R) и от условий реакции Г. галогенпроизводных может осуществляться как мономолекулярный (SN1) или бимолекулярный (SN2) процесс. В случае мономолекулярной реакции вначале происходит ионизация связи углерод — галоген, а затем образующийся ион карбония реагирует с водой; щёлочь, если она добавлена, не влияет на скорость Г. и служит только для нейтрализации выделяющейся галогеноводородной кислоты и смещения равновесия:
В случае бимолекулярной реакции скорость Г. прямо пропорциональна концентрации щёлочи:
R—Hal+ + HO- ® R—OH + Hal-SN2.
Исключительно важен Г. сложных эфиров (реакция, обратная этерификации):
Кислотный Г. сложных эфиров является обратимым процессом:
Щелочной Г. сложных эфиров необратим, поскольку он приводит к образованию спирта и соли кислоты:
Этот процесс широко применяется в промышленности для получения спиртов и кислот, например при омылении жиров с целью получения глицерина и солей высших алифатических кислот (мыла).
Аналогично сложным эфирам гидролизуются амиды кислот:
Случаи Г. углерод-углеродной связи сравнительно редки. К ним относятся, в частности, кетонное (действием кислот и разбавленных щелочей) и кислотное (действием концентрированной щёлочи) расщепление 1,3-дикарбонильных соединений, например ацетоуксусного эфира:
Термин «Г.» обычно применяется в органической химии также по отношению к некоторым процессам, которые более правильно было бы называть гидратацией; примером может служить превращение нитрилов кислот в амиды:
Г. сложноэфирных, гликозидных (в углеводах) и амидных (в белках) связей играет огромную роль в жизнедеятельности любых организмов, например, в таких процессах, как усвоение пищи, передача нервных импульсов и т. п. Г. в живом организме катализируется ферментами гидролазами. См. также Гидролиз растительных материалов.
Лит.: Киреев В. А., Курс физической химии, 2 изд., М., 1956; Реутов О. А., Теоретические проблемы органической химии, 2 изд., М., 1964.
Гидролиз древесины
Гидро'лиз древеси'ны, см. Гидролиз растительных материалов.
Гидролиз растительных материалов
Гидро'лиз расти'тельных материа'лов, взаимодействие полисахаридов (см. Сахара) непищевого растительного сырья (древесные отходы, хлопковая шелуха, подсолнечная лузга и т.п.) с водой в присутствии катализаторов — минеральных кислот. Исходное растительное сырьё обычно содержит до 75% нерастворимых в воде полисахаридов в виде целлюлозы и гемицеллюлоз, при разложении которых вначале образуются промежуточные соединения, а затем простейшие сахара — монозы. Наряду с образованием моноз происходит и их частичный распад с образованием фурфурола, органических кислот, гуминовых кислот и др. веществ. Скорость гидролиза растет с увеличением температуры и концентрации кислоты.
Г. р. м. является основой гидролизных производств, служащих для получения важных пищевых, кормовых и технических продуктов. В производственных условиях продуктами Г. р. м. являются гидролизаты — растворы моноз (пентоз и гексоз, в частности глюкозы), летучие вещества (органические кислоты, спирты) и твёрдый остаток — гидролизный лигнин. Выход моноз может достигать 90% от полисахаридов. Гидролизаты подвергают дальнейшей биохимической или химической переработке в зависимости от профиля гидролизных производств и требуемых видов товарной продукции.
Наиболее распространена биохимическая переработка гидролизатов для получения белково-витаминных веществ — дрожжей кормовых. Один из важнейших продуктов гидролизного производства — этиловый спирт также получают биохимическим путём— сбраживанием гексоз гидролизатов.
Пищевую глюкозу и техническую ксилозу получают соответственно из гексозных и пентозных гидролизатов путём очистки их от минеральных и органических примесей, упаривания и кристаллизации. При химической переработке гидролизатов восстановлением содержащихся в них моноз получают многоатомные спирты: из гексоз образуются соответствующие гекситы (сорбит, маннит, дульцит и т.д.), а из пентоз — пентиты (ксилит, арабит и др.). Путём гидрогенолиза многоатомных спиртов можно получить глицерин, пропиленгликоль и этиленгликоль. Дегидратацией пентоз получают фурфурол, выход которого зависит от состава сырья и условий гидролиза и дегидратации. При дегидратации гексоз образуется левулиновая кислота, используемая в ряде химических синтезов.
При пиролизе лигнина образуются смолы и полукокс, который подвергают термической активации для получения активных газовых и обесцвечивающих углей. При обработке гидролизного лигнина концентрированной серной кислотой образуется активный уголь — коллактивит. При обработке щелочами лигнин растворяется, а при последующем подкислении выделяется активированный лигнин, являющийся активным наполнителем синтетического каучука. Гидролизный лигнин используют также как топливо. См. также Гидролизная промышленность.
С. В. Чепиго.
Гидролизер
Гидро'лизер, аппарат для проведения реакции гидролиза в крахмалопаточном производстве. Г. бывают периодического и непрерывного действия. Первые в свою очередь делятся на аппараты, работающие при атмосферном давлении (заварные чаны) и при повышенном давлении (конверторы). В заварном чане вода и кислота доводятся до интенсивного кипения, в чан из мерника подаётся крахмальное молоко (заварка), гидролиз крахмала (осахаривание) происходит одновременно с выпариванием сиропа. Длительность заварки и осахаривания 4—4,5 ч. В конверторах гидролиз ведётся при повышенных температуре и давлении и продолжается всего 18—20 мин. Г. непрерывного действия имеют ряд преимуществ: непрерывность процесса, позволяющая регулировать осахаривание и, следовательно, повысить качество сиропа; более равномерное потребление пара; сокращение расхода топлива. Все процессы протекают одновременно над разными порциями крахмального молока, которое непрерывно и последовательно переходит из одной зоны в другую. Такой Г. состоит из трубчатого 5-секционного подогревателя и осахаривателей. В подогревателе осуществляется клейстеризация крахмала и нагревание клейстера до температуры осахаривания (около 145°C). Далее сироп поступает на два последовательно соединённых осахаривателя, где завершается осахаривание. Гидролиз продолжается 8—10 мин.