Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Нуклеофильный катализ тиолат-ионами подчиняется зависимо' :те Бренстеда, однако значение р для этих анионов (0,38) заметно ниже, чем для окси-анионов (0,66). Нуклеофильная атака тиолат-иона на карбонильный углерод производных карбоновых кислот приводит к образованию тиоэфиров t15421:
Константы скорости щелочного гидролиза тиоэфиров близки соответствующим константам для кислородных эфиров (см. табл.24). Поэтому каталитическая эффективность нуклеофильного каталига тиолат-ионом гидролиза сложных эфиров невелика.
В кислой среде тиоловые эфиры гидролизуются довольно медленно, и в этих условиях (рН<7) их удается идентифицировать спектрофотометрически [15431.
Реакции тиолиза амидов идут также весьма медленно, и их прямое изучение практически невозможно. Реакция гидросульфид-аниона с формамидом была исследована методами квантовой химии и молекулярной механики [15441 и сопоставлена с аналогичной реакцией 0Н~-иона t14571, причем отмечены существенные различия как в газовой фазе, так и в растворе. Экспериментальные сведения о реакциях тиолиза можно получить путем изучения обратных реакций ами-нолиза тиоэфиров. Зная константу равновесия обратимой реакции
и жорооть аминолиза тиоэфира, можно вычислить скорость прямой реакции.
Как видно из данных, приведенных в табл.28, при почти одинаковых ркд ти-ола (7,3) и нитрофенола (7,1) первый примерно на три порядка болес реакционноспособен, чем второй. Скорость тиолиза линейно коррелирует с основностью уходящей группы амида с р=+0,4. Значение коэффициентов Бренстеда для тиолиза амидов составляет -0,9, что свидетельствует об отсутствии общего основного катализа при атаке тиола на карбонильный углерод амида [15331.
Все это показывает, что механизм тиолиза амидов заключается в атаке на карбонил!ный атом углерода тиолат-аниона, а не протонированной тиоловой группы. В слабокислой среде реакция, по-видимому, идет по механизму [1544, 15451:
О
О
RCONHR1 + R2SH --------- RCOSR2 + NHgR'
3.4.5. Карбоксильная группа
Из-за низкой основности карСоксилат-ионов (рКа 3-5) их нуклеофильность также оказывается весьма низкой. Скорость катализируемого ацетат-анионом гидролиза п -нитрофенилацетета примерно в 1,7-106 раз ниже, чем скорость той же реакции, катализируемой гидроксил-ионом (см. рис.36). Поэтому маловероятно, чтобы катализ карСоксилат-ионом проходил по нуклеофильному механизму. Такой тип катализа возможен только при наличии в гидролизуемом соединении очень хорошей уходящей группы, имеющей значение рК ниже, чем рК& катализатора.
Действительно, было показано t15471, что катализируемый ацетат-ионом гидролиз 2,4-динитрофенилбензоата происходит с промежуточным образованием ангидрида, а образующаяся бензойная кислота включает до 75 атомных процентов изотопа 180, если гидролиз проводить в присутствии меченной 180 уксусной кислоты:
О *0 О *0
C6H5l!-0C6H3(N02)2 + СН3-Л-*СГ -------- С6Н54-*о4сН3 + H0C6H3(N02)2
н20
О *0
c,hJ-*oh + CH*JL)H
Ob о
В апротонных растворителях карбоксилат-ион также способен вытеснять ацильную группу из нитрофениловых эфиров, образуя ангидрид t15471. Нуклеофильный механизм катализа карбоксилат-ионом наблюдается при внутримолекулярных реакциях переноса ацильных групп (см разд.3.4.8).
Однако уже в водных растворах гидролиз гс-нитрофенилацетата идет, по-ви-димому, по механизму общего основного катализа карбоксилат-ионом t15481:
0 °) О
CHgC—0-/~V—«ОН—0C6H4N02 —> СН3—с—°Н + 0 + OC6H4N°2
Н СН3 СН3
Общий основной и общий кислотный катализ карбоксильной группой зависят как от основности катализатора, так и от чувствительности данной реакции к такому типу катализа, т.е. значений а 'лли р в уравнении Бренстеда. Хотя кар-боксилат-ионы - слабые основания, их каталитическое влияние на скорость реакции при данном значении pH может превышать влияние ионов ОН- или Н30+, поскольку концентрация общего катализатора может быть существенно выше, чем концентрация специфических ионов (см. табл.29).
Таблица 29. Доля общего катализа (%) при разных значениях а для системы 0,1 М уксусная кислота-0,1 М ацетат-ион [1546]
а н3°+ сн3соон н2о
0,1 0,002 2 98
0,5 3,6 96,4 0,01
1 ,о 99,8 0,2 VJ1
---»
о
1
го
Как видно из данных табл.29, в указанной системе при значении а=0,5 будет наблюдаться почти исключительно общий кислотный катализ уксусной кислотой.
Следует отметить, что эффективность общего кислотно-основного катализа карбоксильной группой должна зависеть от направления отщепления или присоединения протона [1550]. Поскольку сим- и amu-конформации карбоксильной группы довольно значительна различаются по энергии (около 3,5 ккал/моль в пользу сим-конформации [15511), из схемы:
