Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Это может особенно эффективно проявляться при внутримолекулярном катализе (см. ниже).
Выявление механизма каталитического участия карбоксильных групп в гидролитических реакциях - довольно сложная задача. Так, исследование гидролиза N-бутилацетамида в ацетатном буферном растворе [1552] показало, что реакция имеет первый порядок по концентрации уксусной кислоты и нулевой порядок по концентрации ацетат-иона. Этим результатам соответствуют два кинетических выражения:
v = МНАПАмид] и v = к' [А-] [амиДН+],
т.е. катализатор может функционировать по согласованному общему кислотному и нуклеофильному механизму (XIX), по механизму нуклеофильной атаки карбок-силат-иона на протонированный амид (XX) или по механизму общего кислотного катализа с нуклеофильной атакой водой (XXI):
Различить эти механизмы на основании величины кинетического изотопного эффекта П20 (kR Q/kb Q=Z) не удается [1401, с.123]. Константы скорости катализируемого ацетат-ионом гидролиза фенилацетата и гс-нитрофенилацетата ук-ладнваются в бренстедовскую зависимость от рК& уходящей группы с р«-0,25 [1546]. Это указывает на довольно низкую степень переноса протона в переходном состоянии катализируемого ацетат-ионом гидролиза. Значительно больше
О
II
RCOO° + Н30 ®
-С.
.н
2
в
о
CUH
анти
где iT = Ка/К, ясно, что К'& должно быть примерно в ^0Л раза выше, чем К .
Н-тО.
NHR
XIX
XX
XXI
данных имеется по катализируемым карбоксильной группой внутримолекулярным реакциям. Эти сведения будут рассмотрены в разд.3.4.8.
3.4.6. Катализ ионами металлов
Моны металлов несут положительный заряд и поэтому могут имитировать действие протона в реакциях гидролиза производных карбоновых кислот, т.е. функционировать как "суперкислоты". При этом они могут непосре„стзенно взаимодействовать с карбонильной группой субстрата или же изменять состояние ионизации связанной с ними воды.
Было показано 11553,15541, что ионы 1Твухвалентных металлов эффективно катализируют гидролиз эфиров аминокислот (табл.30). При этом металл координируется со свободной аминогруппой эфира и атомом кислорода карбонильной группы, что приводит к сильной поляризации последней:
/NH2.-R—сн :.М'
НО v_vf|
X
Как видно из данных табл.30, эффективность катализа ионами металлов в 10-100 раз превышает эффективность катализа ионами ОН- и на 5-6 порядков эффективнее катализа ионами гидроксония.
То обстоятельство, что катализ ионами металлов обусловлен непосредственным взаимодействием катализатора с реакционным центром, а не является просто следствием появления положительного заряда на аминогруппе эфйра, следует из сравнения приведенных в табл. 30 констант скоростей с константой скорос-
ТабЛИЦа 30. Катализ ионами металлов, гидроксил- и гидроксоний-ионами гидролиза эфиров аминокислот (25°С)
Субстрат Катали pH Растворитель к', с“1 * Литера
затор I турный
О источник
?
HGlyOMe Cu2+ 7,3 Вода 42,5 • 103 2,65 [1553]
HPheOEt Cu2+ 7,3 " 2,67-10-3 . 0,17 [15541
HGlyOMe Co2+ 7,9 15,6-10-3 0,975 [15531
HGlyOMe Mn24 7,9 • 1 3,51 -10“3 0,22 [15531
HPheOEt OH 7,3 85%-ный 5,8-Ю-9 2,9•10-2 [14281
етанол
HPheOEt H30+ 7,3 70%-ный 1 ,46-10 6 • 10 [15551
.циоксан
*ftK=fe'/[Me],
ти гидролиза эфира бетаина [15561 Me*NCH2CH2G;)0R, которая на три порядка ниже, чем нчилюдаемая в присутствии иона меди.
Моны металлов, очевидно, стабилизируют тетраэдрическое промежуточное соединение в гидролитических реакциях. То, что 'такое соединение образуется, следует из данных по кислородному обмену в эфирах, меченных по карбонил.’’ 180 [15541:
Катализ гидролиза амидов щзи нейтральных pH, когда лимитирующей скорость стадией является распад тетраэдрического промежуточного соединения, по-видимому, происходит путем 1 осрдинации металла с алкоксидным кислородом (XXII), что облггчает протонирование уходящей группы и разрыв С-N связи [15571:
Как известно [1558,15591, Х'оны металлов образуют комплексы с ионами гидроксила при нейтральны:" значениях pH. Поэтому возможен механизм, связанный с повышением концентрации гидроксил-ионов в условиях реакции. Впервые подобный механизм был предложен [15541 для гидролиза моноэфиров дикарбоновых кислот, катализируемого ионами металлов:
Было показано [1558,15591, что рК& комплексов металлов с водой близки к 7. Так, рХа комплекса (NH3)5Co3+OH2 равно 6,6, а рК& Zn2 +ОН?-комплекса -около 7.
Известно много примеров катализа ионами металлов [1560-15641. Один из наиболее впечатляющих примеров катализа такого типа - это гидролиз глицил-глицина в црисутствш' комплекса этилендиамина с кобальтом [15651:
