Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
R
.СООН
<т
-соон
II
R/ ^GONHR
:onhr
XXVII
XXVIII
a: R=CH3; 6: R=H.
Интересным примером нуклеофильного катализа является гидролиз амида (XXIX):
В этом соединении карбоксильный кислород расположен над плоскостью амид-
ной связи на расстоянии 2,8 А, причем одна из групп способствует отщеплению протона. Эффективная молярность в этой реакции (см. ниже) превышает 10'4 М [15991. Каталитическая роль карбоксилат-иона может быть связана с электростатической стабилизацией участвующего в реакции катиона, например имидазо-лия [1бОО].
Особенность катализа карбоксильной группой заключается в отмеченном выше различии основности син- и анти-конформаций. Большинство моделей внутримолекулярного катализа характеризуется анти-конформацией карбоксилат-иона. Построение моделей, в которых зтот ион участвует в переносе протона на и от остатка имидазола в син-конформации (например, XXX) показало, что в этом случае рКа имидазола повышается на 1,5 единицы И 601 ,16021:
Известно много примеров внутримолекулярного катализа ионами металлов. При этом металл может способствовать катализу другой, например карбоксильной, группой,tстабилизируя благоприятную для этого конформацию, а также продотировать катализ 0Н_-ионами или водой [1603-1605 3.
Внутримолекулярный катализ имидазолом, как и межмолекулярный, происходит по разным механизмам в зависимости от рКа уходящей группы [1606,1607]. Так, гидролиз метилового зфира 2-имидазолилбензойной кислоты происходит по меха-
XXIX
О
ххх
низму общего основного катализа имидазолом, а фениловый эфир гидролизуется с образованием трициклического соединения [16081:
О
N-
Еще один пример бифункционального катализа - это гидролиз метилового эфира 2,6-диоксибензойной кислоты [16091. Фенольные оксигруппы в этом соединении участвуют в расщеплении эфирной связи по кинетически эквивалентным механизмам (XXXI) или (XXXII):
~он
н-Ч''™'
V
XXXII
..о^,
ОМе
XXXI
Это соединение гидролизуется в 105—106 раз быстрее, чем 2,6-диметилбен-зоат.
Сравнение эффективности вщ гри- и межмолекулярного катализа (уабл.31) встречается с р^дэм трудностей. Во-первых, это возможное различие в механизмах катализа. Так, ацетат-ион в межмолекулярных реакциях обычно функционирует как общий катализатор, а во внутримолекулярных может выступать как нуклеофильный реагент. Во-вторых, не всегда учается провести сравнение в одинаковых условиях. Далее, внутримолекулярный катализ очень чувствителен к конформации субстрата И6Ю]. Наконец, оба типа катализа отличаются порядком реакции.
Обычно эффзктнвность внутримолекулярного катализа выражают в эффективной
молярной концентрации каталитических групп. Долгое время считалось, что эффективная концентрация соседних групп не может превышать 55 М [16153, т.е. концентрации воды в воде. Однако, как показали работы Пейджа и Дженкса [1616,1617], максимальная эффективная концентрация соседней группы может достигать 6-109 М. Это обусловлено ограничением при внутримолекулярных реакциях поступательных и вращательных степеней свободы реагирующих Т1рупп, вследствие чего свободная энергия основного состояния в этих реакциям выше, чем в межмолекулярных процессах. При одном и том же или близком уровне свободной энергии переходного состояния это приводит к понижению активационного барьера (рис. 40) [15781.
Рис.40. Изменение свободной энергии по координате (г) реакции для внутримолекулярной (1) и мезкмолекулярной (2) реакций
Таблица 31. Сравнение констант скорости внутримолекулярного (к ) и межмолекулярного (й ) катализа
Субстрат кл, с 1 кг, М 1с 1 к^/кг, м Литера
турный
источник
0С°СН3 83,8-10-6 10,2 • 10- 6 8,2 [1590]
СН3С00 +СН3СОО-^0^> [15461
С0°СН3 5,9-10_s 1 ,2.ю“б 49 [1611 ]
СН3С00 + ^Q^-COOCH^ [1611 ]
|-Г(СН2)3С00С6Н5 0,043 0,18-10-2 24 [1612]
Vй [1572]
+ СН3С00С6Н5
СН_СООС,Н.NO_-n 0,8 4-Ю'“б 2-105 [16131
| 2 6 4 2 [1613]
CHgCOO"
СН„СОО~+СН„СООС,.Н дю-n
3 3 6 4 2
соон 0,02 2-108 [1614]
ln°°-
NOCOCH3
C,H,.0C0CHo + СгНсСОО" - 1.Ю-10 [1614]
