水解是水参与化学键断裂的一种化学反应。在许多水解反应中，水的组成部分会进入生成物。国际纯粹与应用化学联合会将水解定义为以水为溶剂的溶剂解，即溶剂作为反应物参与化学键断裂。按照较宽泛的惯用含义，这一术语也用于描述溶解离子与水之间使溶液酸性发生变化的反应。水解在有机合成、生物消化和工业加工中都十分重要。(old.goldbook.iupac.org)
化学含义与反应模式
水解断键过程可简化表示为：
[ \mathrm{A{-}B + H_2O \rightarrow A{-}H + B{-}OH} ]
这一方程式表示，氢和羟基组分分别加到断裂的化学键两端；它并不代表一种普遍适用的反应机理。实际反应过程可能涉及多个中间体和质子转移步骤。根据底物的不同，水可以直接参与反应，也可以在碱性条件下由氢氧根离子充当进攻物种。(openstax.org)
因此，水的作用不只是充当溶剂。在生物聚合物的水解过程中，随着亚基之间的化学键断裂，水也被消耗。这类反应常被视为缩合反应的逆反应，后者在形成化学键的同时释放水。例如，麦芽糖水解消耗一个水分子，生成两个葡萄糖分子。这种关系描述的是化学转化的净结果，并不意味着合成与分解必须沿相同的路径进行。(openstax.org)
酯与酰胺
在有机化学中，常见的水解底物包括酯和酰胺。酯水解生成醇，以及羧酸或其羧酸根离子，具体取决于反应条件。酸催化水解的通式为：
[ \mathrm{RCOOR' + H_2O \rightleftharpoons RCOOH + R'OH} ]
通常的反应机理包括羰基氧的质子化、水的加成、质子转移以及醇的消除。该反应是可逆的；使用过量的水有利于水解，而不利于酯的生成。(openstax.org)
碱促进的酯水解称为皂化：
[ \mathrm{RCOOR' + OH^- \rightarrow RCOO^- + R'OH} ]
氢氧根离子进攻羰基碳，形成四面体中间体。随后发生消除和质子转移，生成羧酸根产物。由于氢氧根离子在总反应中被消耗，对于这一常规过程，称为“碱促进”比“碱催化”更准确。羧酸根的形成使逆反应在相同条件下不易发生。(openstax.org)
酰胺水解生成羧酸或羧酸根，以及氨或胺；在酸性条件下，含氮产物通常以质子化形式存在。酰胺较难水解，通常需要比酯更苛刻的反应条件。在生物系统中，专门的催化剂可使酰胺键在温和得多的条件下断裂。(openstax.org)
反应速率、催化剂与平衡
水解速率取决于底物结构、反应物浓度、温度和催化剂。加热通常会加快反应，但在其他条件相近时，不同化合物的反应速率仍可能相差很大。酰胺说明，即使一种物质含有在适当条件下能够水解的化学键，它在水中仍可能保持相对稳定。(openstax.org)
催化通过提供活化能更低的替代反应路径来加快反应。酸可以活化底物，使其更易受到水的进攻，而酶则提供具有选择性的催化路径。催化剂改变的是达到化学平衡的速率，而不是平衡位置本身。相比之下，改变反应物的量，或将产物转化为其他化学物种，可以促进净水解反应。(openstax.org)
生物学作用
水解是消化中的一个主要过程。酶将食物中的大分子分解为较小的组分：分解碳水化合物的酶作用于碳水化合物，蛋白酶切断蛋白质中的化学键，脂肪酶则水解脂肪中的酯键。这些反应有助于生成可被细胞吸收和利用的小分子。(openstax.org)
在碳水化合物的分解过程中，糖苷键的断裂会释放较小的糖分子。蛋白质水解通过切断肽键生成较短的肽链；当水解足够充分时，还会生成氨基酸。并非所有生物学功能都需要完全分解：部分水解也可以生成有用的中间产物。(openstax.org)
[ \mathrm{ATP + H_2O \rightarrow ADP + P_i} ]
其中，(P_i) 表示无机磷酸盐。ATP 水解可与需要输入自由能的过程相耦联。其有利的吉布斯自由能变化反映的是反应物与产物整体状态之间的差异，而不是仅仅断开一个化学键所释放的能量。由 ADP 和磷酸盐再生 ATP 需要输入能量。(openstax.org)
盐的水解
在水溶液化学中，“盐的水解”指溶解的离子与水之间发生的酸碱反应。例如，乙酸根离子从水中接受一个质子：
[ \mathrm{CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-} ]
生成的氢氧根离子使溶液呈碱性。相反，铵离子会向水转移一个质子，生成水合氢离子，使溶液呈酸性。如果盐所含离子的酸碱反应活性可以忽略不计，就不会显著产生这种效应。某些水合金属离子也会促进配位水分子失去质子，从而使水溶液酸化。因此，盐的水解与上述断键实例的主要区别在于其质子转移过程及其对酸碱度的影响。(openstax.org)
工业应用
肥皂制造利用油脂的皂化反应，生产甘油和长链脂肪酸的钠盐或钾盐。水解也用于生物质转化：酶系统可从纤维素和半纤维素等结构性碳水化合物中释放糖。预处理可提高这些底物对酶的可及性，所得糖可用于发酵或进一步的催化转化。工业过程的表现取决于糖产率、转化速率、酶用量，以及与其他工艺环节的衔接。(openstax.org)