Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Существуют многочисленные корреляции констант заместителей с различными физико-химическими свойствами производных карбоновых, кислот [1432,1437 3, в
том числе и конформаций амидов. Было показано [1456], что величина о* хорошо коррелирует с обидам зарядом на алкильной группе, вычисленным квантовохимическими методами.
Корреляционный анализ широко применяется при изучении механизмов гидролиза, и мы будем использовать соответствующие данные при рассмотрении этой проблемы.
3.2.2. Влияние среды
Среда, в которой проводится реакция, может очень сильно влиять не только на скорость [1457], но и на сам механизм реакции [1458,1459]. Как правило, скорость гидролиза амидов уменьшается с уменьшением диэлектрической проницаемости среды. Это обусловлено тем, что реакция гидролиза является ион-ди-польным или диполь-дипольным взаимодействием, а свободная энергия электростатического взаимодействия при образовании активированного комплекса реагирующих атомов обратно пропорциональна диэлектрической i рогицаемости:
Dr*
где Z. и Z„ - заряды ионов; е - заряд электрона; D - диэлектрическая прони-цаемость; - расстояние между атомами в комплексе. Отсюда зависимость константы скорости от D можно представить в виде [1460]
lgft = lgfe - С -,
° D
где ft - константа скорости при D -» оо и С = ffZAZBez/RTr* (N - число Авогад-ро; R - универсальная газовая постоянная; Г - абсолютная температура).
Это уравнение соблюдается далеко не во всех случаях. Положение осложняется различиями в структуре переходного состояния, специфическими эффектами сольватации и т.п. Так, скорость гидролиза эфиров в смеси ацетон-вода линейно зависит от концентрации ацетона (вплоть до 60%), но в смесях диме-тилсульфоксид-вода при больших концентрациях органического растворителя резко увеличивается (рис.31) [1462].
Было предложено несколько корреляционных уравнений, связывающих скорость реакции и свойства растворителя [1461].
Ионная сила раствора также может влиять на скорость гидролиза производных карбоновых кислот. Эти эффекты проявляются в основном при высокой ионной силе за счет изменения коэффициентов активности реагирующих молекул, изменения сольватации в переходном состоянии и др. Прямые эффекты ионной силы, проявляющиеся при ее низких значениях, наблюдаются обычно в реакциях между ионами, что можно описать уравнением Дебая-Хюккеля:
lnfc = lnft + 2Z.Zjaafc,
о А В ~
ЦЮк
С мольные доли 1
Рис.31. Зависимость константы скорости гидролиза сложного ефира от концентрации диметилсульфоксида в воде [1462]
где (j. - ионная сила и а - константа, зависящая от растворителя и температуры.
Наконец, следует остановиться на изменениях скоростей реакции гидролиза цри замене воды на окись дейтерия [1463,1464]- Влияние D20 обусловлено изменением скорости переноса дейтерия по сравнению с протоном, а также различной сольватирующей способностью Н20 и IX,О и, наконец, так называемыми вторичными изотопными эффектами, связанными с заменой протонов в субстрате на атомы дейтерия. Сильное влияние Ю20 243) проявляется в тех случа-
ях, когда перенос протона происходит на лимитирующей скорость всего процесса стадии.
Анализ изотопных эффектов широко применяется при исследовании механизма гидролитических реакций.
3.3. Механизм
Описание механизма химической реакции подразумевает знание координат всех атомов реагирующей системы в каадый момент времени и энергии системы при каждом положении реагирующих атомов. Таким образом, состояние каждого атома характеризуется по крайней мере пятью переменными, а для нескольких реагирующих атомов полное описание процесса требует построения многомерной потенциальной поверхности, которую проходят реагирующие атомы на пути от начального состояния к продуктам реакции. Если на этом пути зафиксировать некоторые промежуточные состояния, различающиеся по энергии, то получим картину типа изображенной на рис. 32,а. Можно также спроецировать "путь реакции" на плоскость и получить так называемую карту альтернативных путей [1465], где в качестве независимых переменных, используются порядки образующейся и разрываемой связи (рис. 32,0).
При любом изображении можно выделить несколько особых точек на представленных графиках: 1 - исходное состояние; 2 - переходное состояние; 3 - промежуточный продукт; 4 - конечное состояние. Точке 2 в современных теориях
Рис. 32. Способы изображения пути реакции
а - изменение потенциальной енергии по координате реакции Г; б - изменение порядков разрываемой и образующейся связи 71 (карта альтернативных путей) [1465]; 1 - исходные реагенты; 2 - переходные состояния; 3 - промежуточные продукты; 4 - продукты реакции (воспроизведено по [14051)
R-C=0
+
О
II
R-C-Y
Лс1,
химических реакций отводится особая роль. В соответствии с теорией абсолютных скоростей реакций реагирующие молекулы в переходном состоянии находятся в динамическом равновесии с исходным (и конечным) состоянием:
