Эффект сближения

Рис. 17. Механизмы, которые могут объяснить постоянство суммарной свободной энергии сорбции при одновременном понижении свободной энергии активации химического превращения фермент-субстратного комплекса i — эффекты сближения и ориентации II — механизм индуцированного соответствия III — механизм напряжения

На рис. 3.8 показана температурная зависимость парциальной сжимаемости сахарозы как пример поведения молекул, содержащих большое число сближенных друг с другом атомных групп [185]. Одиночные полярные группы качественно отличаются от сближенных групп по действию на свойства воды. При этом под одиночной понимается атомная группа, удаленная от других полярных атомных групп на расстояние не менее четырех СНг-групп между ними. Термодинамические эффекты сближения полярных групп известны давно (см., например, [151, 152, 168]). Они учитываются при аддитивных расчетах парциального объема, теплоемкости, свободной энергии и энтальпии гидратации [168]. Наиболее ярко эти различия проявляются при изучении сжимаемости. В работе [161] проведен аддитивный анализ парциальной адиабатической сжимаемости аминокислот и спиртов и показано, что вклад в сжимаемость от одиночной полярной группы, во-первых, положителен и, во-вторых, его температурная зависимость имеет отрицательную первую и положительную вторую производную, — т. е. все названные величины противоположны по знаку тем же величинам для сближенных атомных групп (рис. 3.9). [c.55]

Основной эффект сближения пузырей (т. е. увеличения их концентрации е ) состоит в том, что оно способствует коалесценции сопровождаясь значительными деформациями. По этой [c.135]

Эффекты сближения в органической химии [c.16]

Технологические схемы первой группы основаны на технологии использования естественного различия в плотностях воды и нефти, на использовании эффекта сближения и слияния капель друг с, другом и слоем дренажной воды в гравитационном поле. [c.74]

Максимальный эффект сближения и ориентации можно оценить также исходя из теории статистической термодинамики. Будем полагать, что реакция [c.53]

Столь малое значение 61/ может иметь физический смысл лишь в том случае, если рассматривать взаимодействие реагирующих функциональных групп на уровне атомов. При этом реагирующие атомы должны вступать в столь тесный контакт, при котором возможно существенное ограничение вращательной подвижности группы в целом. Следовательно, требуемое сближение затрагивает не только поступательные, но частично и вращательные степени свободы, что уже связано с ориентацией молекул. Однако данная модель не детализирует, какие именно вклады вносят в этот механизм по отдельности потери поступательной и вращательной подвижности групп. Это является следствием определения понятия сближения, принятого в 38], согласно которому эффект сближения связан с вероятностью обнаружения V в объеме п включает требование не только соблюдения необходимого расстояния от X, но также и ориентированного расположения V вдоль оси образуемой связи . Оба эти эффекта взаимосвязаны. Действительно, более тесное сближение реагирующих атомов требует также более точной ориентации взаимодействующих групп. Оба эффекта в принципе можно рассмотреть по отдельности, если раздельно анализировать энтропию поступательного и, соответственно, вращательного движений взаимодействующих молекул (см. табл. 9 и ее обсуждение в тексте). Однако и здесь полностью разделить эти энтропийные вклады можно лишь для реакций в газовой фазе для раствора этого сделать нельзя [20]. Можно лишь думать, что эти эффекты так 5ке, как и в газе, соизмеримы [21] и, следовательно, каждый из них вносит в эффект ускорения внутримолекулярных реакций вклад не более чем в 10 — 10 раз. [c.55]

Рис. 16. Диаграмма изменений стандартной свободной энергии реакции (2.1) (1-й путь) и (2.2) (2-й путь) с учетом эффекта сближения и ориентации реагентов (ср. с рис. 12)

Внутримолекулярный кинетический режим способствует ускорению ферментативных реакций (см. гл. II). В связи с этим привлекают внимание исследования неферментативных внутримолекулярных реакций, где взаимодействующие функциональные группы ковалентно присоединены к одной молекуле. Значительный интерес в этих исследованиях представляет сопоставление скоростей внутри- и соответствующих межмолекулярных реакций (для оценки эффекта сближения), а также выявление специфических факторов, оказывающих влияние на собственную (внутримолекулярную) реакционную способность присоединенных функциональных групп (их взаимное расположение — эффекты ориентации, влияние заместителей или микросреды и т. д.). [c.78]

Возможность промежуточного образования ангидрида XXV связана с обсуждавшейся в предыдущем разделе повышенной термодинамической стабильностью циклических ангидридов, в частности малеи-нового (XIX). Межмолекулярный катализ гидролиза амидов карбоксильной группой вообще не известен не только по нуклеофильному, но и по какому-либо другому механизму, что создает трудность выбора межмолекулярной реакции сравнения. Кирби [35] выбрал в качестве такой реакции сравнения гидролиз Ы-метилакриламида (при pH 3). Поскольку и в этой реакции не удается обнаружить катализа карбоксильной группой, то сравнение ее скорости со скоростями внутримолекулярных реакций дает фактически нижнюю оценку эффекта ускорения, обусловленного протеканием реакции во внутримолекулярном режиме. Из табл. 18 видно, что уже для незамещенной малеиновой кислоты (К = величина > 2-10 , что практически исчерпывает возможности эффектов сближения и ориентации (см. уравнение 2.30)., Введение одного алкильного заместителя (R = Н, К варьировали от СНд до трет-С Н ) приводит к сравнительно небольшому ускорению. Однако при введении сразу двух заместителей (Н = = СНд) происходит столь резкое ускорение, что величина к- /к , > 5-10 выходит далеко за рамки предсказываемого на основании уравнения (2.30). Столь большой эффект, по мнению авторов [35], связан с тем, что взаимное отталкивание алкильных групп вызывает [c.88]

Согласно Коупу, образование диола 111 объясняется тем, что атом водорода при С4 в восьмичленном цикле пространственно сближен с 1,2-окисным кольцом и участвует в реакции замещения, приводящей к раскрытию этого кольца. Можно предполагать, что реакция протекает путем 4 2-сдвига гидридного иона в протонированном оксиде П с одновременной атакой молекулой растворителя образующегося С4-карб-ониевого иона. Этот эффект сближенности, или трансаннулярный эффект, по-видимому, обусловлен особой конформацией средних колец. В более поздней работе Коупа и его сотрудников (1960) было показано, что при сольволизе оксида 1 муравьиной кислотой получаются помимо цис-циклооктандиола-1,4 (III) также два других аномальных продукта — циклооктен-З-ол-1 и циклооктен-4-ол-1. Исследования с оксидом I, меченным дейтерием по С5 н Се, позволили установить, что циклооктан-диол III образуется на 61 7о путем 1,5-гидридного сдвига и на 39% путем 1,3-гидридного сдвига, тогда как циклооктен-З-ол-1 получается почти полностью в результате 1,5-сдвига (94%) и лишь в небольшой степени (6%) путем 1,3-сдвига гидридного иона. [c.95]

Эффекты сближения и ориентации [c.61]

В сущности, согласно гипотезе Кошланда, повышение скорости реакции образования лактонов во внутримолекулярной реакции вызвано тем, что нути сближения реагирующих групп ограничены некоторыми вполне определенными направлениями в противоположность статистической ориентации, наблюдаемой при бимолекулярной реакции. Кошланд считает, что орбитальное управление способно объяснить, почему ферменты столь эффективны. Вероятно, ферменты выстраивают связывающие орбитали реагирующих молекул и каталитических групп с точностью, невозможной при обычном бимолекулярном столкновении в растворе. Фермент не только сближает субстраты, (эффект сближения Брюса) существует еще фактор ориентации, связанный с формой электронных орбиталей реагпиюнноспособных атомов. Это-то и должно вызывать уникалы, ю каталитическую активность ферментов. Удивительная каталитическая активность ферментов, следовательно, вытекает не только из их способности приблихоть реагирующие атомы, но также и направлять орби- [c.212]

Эти простые эффекты сближения находят свое отражение в энтропии активации реакции. Величины энтропий активации эффективных внутримолекулярных реакций примерно на 80 Дж- МОЛЬ -К более положительны, чем те же параметры соответствующих межмолекулярных процессов, так как включение реагирующих групп в одну и ту же молекулу понижает молекулярность реакции до единицы. Энтальпии активации, с другой стороны, в этих случаях не обязательно сильно различаются. Известно много примеров, когда последние параметры для внутри- и межмолекулярных реакций совпадают в пределах ошибки эксперимента. [c.469]

СКОЛЬКИХ реагентов внутри одного и того же комплекса позволяет легко оптимизировать действие эффектов сближения и ориентации. [c.149]

До сих пор мы предполагали, что при анализе скоростей внутри- и межмолекулярных реакций важнейшую роль играет эффект сближения реагентов. Это действительно так, однако-при рассмотрении внутримолекулярных процессов не следует забывать и о необходимости соответствующей ориентации реагирующих групп атомов. Катализатор должен не только обладать, высокой эффективной локальной концентрацией, но и иметь, правильную стереохимическую ориентацию. [c.275]

Может показаться, что эффект фиксации субстрата просто эквивалентен эффекту сближения реагентов. Однако первый фактор прежде всего учитывает продолжительность такого сближения. Как было показано в работе [1], увеличение времени жизни комплексов приводит к ускорениям порядка 10 — 10 раз. Очевидно, что аналогично можно объяснить ускорение химических реакций при переводе их из межмолекулярного во внутримолекулярный режим. [c.299]

Большое сродство фермента и субстрата, т. е. большая вероятность образования ФСК, эквивалентная резкому увеличению концентрации реагентов (эффект сближения). [c.186]

ВОЗМОЖНОСТИ, например в медицинской химии в направлении рационального создания лекарственных препаратов. Поскольку исчерпывающее описание применения органических реакций для биомоделирования — весьма трудоемкая задача, ограничимся в настоящем обсуждении лищь несколькими существенными примерами, которые помогут показать преимущества биоорганических моделей, а такх е сформулировать проблемы, возникающие при этом. В гл. 4 дается более полное представление о эффекте сближения при внутримолекулярном катализе. [c.17]

При конструировании биомоделей также важны и должны учитываться другие факторы наряду с эффектами сближения. Например, в 1950 г. на Первом симпозиуме по химико-биологической корреляции Фридман предложил концепцию биоизостериче-ских групп [1]. В наиболее широком понимании этим термином обозначают химические группы, обладающие близкими размерами и формой и вследствие этого способные конкурировать за одну и ту же биологическую мишень. Эта концепция имеет важное значение для молекулярной фармакологии, особенно для поисков новых лекарственных препаратов методом вариации или молекулярной модификации [2]. [c.20]

В биологических системах универсальным донором метильных групп является сульфониевое соединение S-аденозилметионин (SAM). В свою очередь SAM синтезируется из аминокислоты метионина и другого биологически важного соединения — адеио-зинтрифосфата (АТР), высокоэнергетического соединения (форма хранения биологической энергии). Как и вообще все химические реакции, протекающие в организме, эта реакция также катализируется ферментом. Реакция термодинамически выгодна и в отсутствие белкового катализатора, однако фермент катализирует ее определенное направление. Без катализатора возможны и другие реакции, например разрыв трифосфатной цепи катализатор же связывает и ориентирует нуклеофильный атом серы таким образом, что становится возможной атака только по метиленовому атому углерода. Позже подробно обсуждается важность такого связывания и эффектов сближения сейчас следует отметить, что, хотя аденозин в составе АТР и не участвует в химическом преврап енин, он служит для узнавания АТР ферментом Фермент узнает молекулу АТР и затем связывается с ней. [c.46]

Отметим, что уменьшение степеней свободы на единицу увеличивает скорость реакции в 200 раз. В случае жестких молекул реакционноспособные группы соответствующим образом расположены для реакции, и скорость реакции гораздо выше. Б результате ускорение реакции — прямое следствие эффекта сближения, т. е. простраиствеиной близости реакционных групп. Это приводит к выгодному изменению поступательной и вращательной энтропий активации. Брюс считает, что основным объяснением эффективности ферментов служит замораживание внутреннего вращения субстрата, а также энч-ропийный эффект. [c.211]

Помимо эффекта сближения и эффекта ориентации следует учитывать также третий фактор — стерическое сжатие. Тем не менее эти факторы не объясняют повыщення констант скорости реакций ио крайней мере еще в 10 —10 раз. Среди возможных объяснений следует упомянуть электростатическую стабилизацию переходного состояния и снятие напряжения в основном состоянии. Следует учесть и такой фактор, указанный Бендером, как замораживание субстратной специфичности . Примером этого служит ароматическая полость в, а-химотрипсине (см. ниже), создающая благоприятную стерическую ситуацию для боковой цепи аминокислоты субстрата. [c.215]

Эффект сближения и взаимодействие с гидроксильной группой значительно увеличивают скорость реакции. Точно так же сравнение соответствующих моно- и диацетатов показывает, что моноацетат гидролизуется в 500 раз быстрее, чем диацетат, при pH С 5. Зависимость скорости реакции от pH изображается ко-локолообразной кривой, что указывает на протекание внутримолекулярного нуклеофильного и общекислотного гидролиза. Он также указывает на участие ионных заряженных частиц с противоположными значениями рКа при максимальной активности. [c.216]

Из (2.32) видно, чем более термодинамически выгодным (чем более отрицательным) будет значение свободной энергии внутримолекулярного взаимодействия E-R, тем большего эффекта сближения и ориентации (АОсближ., >0) может достичь последующее внутримолекуляр- [c.57]

Неблагоприятных энтропийных затрат, свойственных межмолеку-лярным взаимодействиям высокого кинетического порядка, можно избежать (хотя бы частично), если реакционные компоненты включить уже в исходном состоянии реакции в состав одной молекулы (за счет эффектов сближения и ориентации см. 3 этой главы). В качестве примера рассмотрим внутримолекулярный общеосновной катализ гидролиза сложноэфирной [c.64]

Современному понятию модель фермента вполне отвечают лишь более сложные системы, позволяющие исследовать факторы, усиливающие реакционную способность отдельных функциональных групп. Среди факторов, привлекаемых для объяснения этого усиления, наибольшее предпочтение отдается эффектам сближения, ориентации и напряжения, а также полифункциональности и влияния соседних групп типа систем с эстафетной передачей заряда . Исследованию этих эффектов -на модельных системах и будет посвящена данная глава. Рассмотренные в ней примеры, разумеется, охватывают лишь малую часть всего, что сделано в этой области, и отобраны главным образом из соображений наглядности и новизньг [c.72]

Сторм и Кошланд [18] недооценили роли сближения, ограничившись для ее оценки одним фактором разбавления, равным 55 М (см. 3 гл. II). В действительности эффект сближения может быть значительно большим, и тогда наблюдаемое значение для XIV (см. табл. 13) не выходит за рамки предельной величины, предсказанной уравнением (2.30). [c.80]

ТОЧНЫМ образованием ангидрида [5]. Скорость нуклеофильной реакции должна быть еще меньше наблюдаемой скорости гидролиза. Следовательно, отношение kjk может дать в этом случае лишь нижний предел ускорения. По оценке Брюса [27], это отношение достигает 5-10 М для моноэфира 5,6-эндоксо-А -тетрагидрофталевой кислоты (последнее соединение в табл. 16), что находится уже на пределе возможностей механизма сближения и ориентации [см. гл. И, уравнение (2.30)]. Рассмотрение активационных параметров реакции (3.2) показывает, что увеличение скорости гидролиза соединений, приведенных в табл. 16, связано с увеличением именно энтропии активации [261. Это также согласуется с выводом об определяющей роли эффектов сближения и ориентации в наблюдаемом ускорении. [c.83]

Помимо чисто пространственного эффекта сближения реагирующих групп, образование комплекса с катализатором может облегчить синхронное протекание разрыва и образования нескольких новых связей, необходимое для превращения молекул субстратов в молекулы продуктов. Например, это имеет место, когда для протекания реакции необходимо синхронное каталитическое участие и кислотной и основной групп. Так, превращение циклической формы 2,3,4,6-тетраметилглюкозы в открытую форму включает протонирбвание атома кислорода ь цикле, расщепление связи С—О, синхронную передачу протона какому-либо основанию и образование двойной связи С=0. Обращение процесса может привести к изменению конфигурации при атоме С1 циклической формы (реакция мутаротации) [c.323]

Эффект сближенности играет роль и при надкислотном окислении циклононена, поскольку при этой реакции были выделены два стереоизомерных 1,5-диола. [c.96]

Наблюдается для соединений, у к-рых функц. группы находятся в положении 1,3 или 1,4, т. к. в этом случае эффект сближения достаточно велик, а образующиеся циклы мало напряжены. [c.267]

Теория орбитального управления была выдвинута на основании данных, приведенных в табл. 10.5. Различия в скоростях, между внутримолекулярной у-лактонизацией и соответствующей межмолекулярной этерификацией остаются очень большими даже после введения всех возможных поправок. Эти поправка учитывают эффект перевода реакции во внутримолекулярный режим (эффект сближения), эффект торсионного напряжения, появляющийся при циклизации, и наличие ряда конформацион ных изомеров при образовании цикла в ходе внутримолекулярной реакции. Наибольшее различие в скоростях наблюдается, в случае соединения 10.22 (2-10 -кратное). На основании этих данных был сделан вывод о том, что для протекания этой реакции простого соответствия реагирующих атомов недостаточно, а необходима точная подгонка молекулярных орбиталей взаимодействующих центров. Для того чтобы объяснить большие различия в скоростях, приведенных в табл. 10.5, следует допустить, что НЗО всех возможных конформаций в реакцию может вступать только та группа атомов, орбитали которых ориенти-рованы строго необходимым образом. Внутримолекулярные реакции представляются более выгодными , чем реакции межмолекулярные, в частности также потому, что ориентация реагирующих атомов в первых из них (в некоторых случаях) благоприятна для реакции, а доля продуктивных конформаций реагирующих атомов достаточно велика. Поэтому легко по нять при чины ВЫС0К1ИХ скоростей ферментативных реакций, в которых реагенты и функциональные группы катализатора ориентируются наиболее благоприятным для реакции образом. [c.275]

Ковалентное промежуточное соединение Эффект сближения субстратов Общин эффект осибв-Факторы, ра- ного катализа [c.385]

В табл. 6.4 сопоставлены скорости конкретных ферментативных и неферментативных процессов. Скорости последних умножены на коэффициент, отвечающий эффекту сближения. Для двух молекул, имеющих размеры молекулы НгО, этот множи- [c.386]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология