В качестве простого примера рассмотрим гидролиз эфиров карбоновых кислот. В отсутствие катализатора (верхняя часть схемы Б) речь идёт о нуклеофильном замещении (см. Растительные полисахариды). В качестве нуклеофильного заместителя выступает атом кислорода молекул воды, местом атаки является C-атом карбонильной группы (1), который из-за сильной поляризации двойной связи имеет частичный положительный заряд (см. Кислоты и основания). На первой стадии образуется нестабильное тетраэдрическое переходное состояние (2); на второй стадии элиминируется молекула спирта и образуется анион карбоновой кислоты (3). Большинство реакций замещения, представляющих биохимический интерес, протекают по аналогичному механизму присоединения — элиминирования.
Несмотря на то, что ΔG в данном случае величина отрицательная, гидролиз сложных эфиров в воде идёт с низкой скоростью, поскольку вода обладает слабыми нуклеофильными свойствами. В щелочной области pH гидролиз идёт гораздо быстрее, поскольку в этом случае в реакции принимает участие сильный нуклеофил — OH-ионы. Однако реакцию при нейтральных значениях pH можно ускорить, если в среду добавить основание, например имидазол. Катализируемая имидазолом реакция (нижняя часть схемы Б), протекает в две стадии. На первой стадии в роли нуклеофильного реагента выступает молекула самого катализатора. В качестве относительно стабильного промежуточного продукта образуется N-ацилимидазол. На второй стадии идёт гидролиз промежуточного продукта. При этом, как и в первом случае, образуется анион карбоновой кислоты и высвобождается молекула катализатора. Энергетическая диаграмма показывает, что энергия активации промежуточных реакций существенно ниже по сравнению с реакцией в отсутствие катализатора. Поэтому гидролиз сложного эфира ускоряется в присутствии имидазола. Как и в случае ферментативного катализа (см. Кинетика ферментативных реакций), скорость катализируемой реакции пропорциональна концентрации катализатора.
Несмотря на то, что ΔG в данном случае величина отрицательная, гидролиз сложных эфиров в воде идёт с низкой скоростью, поскольку вода обладает слабыми нуклеофильными свойствами. В щелочной области pH гидролиз идёт гораздо быстрее, поскольку в этом случае в реакции принимает участие сильный нуклеофил — OH-ионы. Однако реакцию при нейтральных значениях pH можно ускорить, если в среду добавить основание, например имидазол. Катализируемая имидазолом реакция (нижняя часть схемы Б), протекает в две стадии. На первой стадии в роли нуклеофильного реагента выступает молекула самого катализатора. В качестве относительно стабильного промежуточного продукта образуется N-ацилимидазол. На второй стадии идёт гидролиз промежуточного продукта. При этом, как и в первом случае, образуется анион карбоновой кислоты и высвобождается молекула катализатора. Энергетическая диаграмма показывает, что энергия активации промежуточных реакций существенно ниже по сравнению с реакцией в отсутствие катализатора. Поэтому гидролиз сложного эфира ускоряется в присутствии имидазола. Как и в случае ферментативного катализа (см. Кинетика ферментативных реакций), скорость катализируемой реакции пропорциональна концентрации катализатора.
Статьи раздела «Катализ»:
- Катализ
- А. Основы катализа
- Б. Каталитический гидролиз сложных эфиров в присутствии имидазола
Структура:
Списки:
Сложность материала:
Величины и единицы:
Книги Список книг
Physical Properties of Macromolecules Explains and analyzes polymer physical chemistry research methods and experimental data Taking a fresh approach to polymer physical chemistry, ...
Афинная модификация биополимеров Монография посвящена одному из самых информативных методов физико-химической ...
Саморегулируемые волны химических реакций и биологических популяций Монография посвящена математическому моделированию и исследованию нелинейных ...