Катализ с образованием шиффова основания

Известно, что р-кетокислоты, такие, как щавелевоуксусная и ацето-уксусная, неустойчивы. Их декарбоксилирование катализируется многими веществами, в том числе аминами и ионами металлов, например 2п +, Си + и Ре +. Катализ аминами [159] отчасти связан с образованием шиффового основания. Ионы металла образуют хелат, в котором они облегчают отрыв электрона от лабильной связи С—С с образованием енолят-аниона [160] [c.171]

Нуклеофильный катализ — это типичный случай ковалентного катализа субстрат временно модифицируется путем образования ковалентной связи с катализатором, в результате чего образуется реакционноспособное промежуточное соединение. Известно также множество примеров электрофильного катализа путем ковалентной модификации. Как мы увидим ниже, в реакциях, протекающих с участием пиридоксальфосфата и тиамин-пирофосфата, и в реакциях образования шиффовых оснований электроны стабилизируются путем их делокализации. [c.53]

Электрофильный катализ с образованием шиффова основания [37] [c.69]

Чувствительность реакций к общему кислотному катализу неодинакова по разные стороны от максимума кривой зависимости скорости реакции от pH. Так, например, в образовании оксимов при щелочных значениях pH общий кислотный катализ необходим для стадии дегидратации, тогда как при кислотных значениях pH реакция к нему не чувствительна, поскольку ее первая стадия — стадия присоединения — протекает или с незначительным общим кислотным катализом, или совсем без него [98]. Аналогично при образовании семикарбазона и шиффова основания восприимчивость реакций присоединения и дегидратации к катализу одной и той же обобщенной кислотой по обе стороны от максимума кривой pH — скорость варьирует в широких пределах [52, 98]. [c.349]

Относительно каталитического образования интересующих нас шиффовых оснований из теории органической химии известно следующее. Образование первичного имина является реакцией кислотного типа и осуществляется по механизму специфического (№) или общего кислотного (донор №) катализа. В первом случае речь идет о процессах типа [c.225]

Это протонированное шиффово основание играет в катализе решающую роль, поскольку оно способствует образованию енолят-аниона дигидроксиацетонфосфата. [c.39]

Реакции декарбоксилирования, в отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот, являются необратимыми. Декарбоксилазы аминокислот являются сложными ферментами, коферментами которых, как и у трансаминаз, является пиридоксальфосфат (ПФ), специфичность их действия определяется апобелковым компонентом фермента. Механизм реакции декарбоксилирования аминокислот в соответствии с теорией пиридоксалевого катализа связан с образованием шиффова основания между пиридоксальфос- [c.383]

Ш Ни общего, ни специфического основного катализа в данном случае не наблюдается [54, 126, 157]. Для гидролиза шиффовых оснований менее основных аминов такой механизм преобладает лишь в довольно ограниченной области pH [52, 102, 112, 150]. При остальных значениях pH реакция начинает протекать по другому механизму, а именно через стадию присоединения и отщепления воды. В этом случае процесс подвергается общему кислотно-основному катализу [52, 54, 150, 189]. По-видимому, к процессам такого типа принадлежит реакция образования шиффовых оснований в метанольном растворе, изученная Сантерром с сотрудниками [157]. Возможные механизмы этой реакции представлены уравнениями (35) и (36). Механизм (35), аналогичный механизму (28), заключается в переносе протона от обобщенной кислоты к атому азота с одновременным присоединением [c.368]

При определенных экспериментальных условиях первичные амины представляют собой чрезвычайно эффективные катализаторы образования оксимов и семикарбазонов. Например, в реакции образования семикарбазона и-хлорбензальдегида при pH от 2,5 до 3,5 каталитическая активность анилина и п-хлоранилина на несколько порядков выше, чем М-метиланили-на или хлоруксусной кислоты [51 ]. В этом случае мы имеем дело не с общим кислотным, а с нуклеофильным катализом, который осуществляется путем образования ковалентной связи между катализатором и субстратом. Суммарная реакция, механизм которой представлен уравнениями (41) и (42), протекает через стадию образования шиффова основания из карбонильного соединения и амина, катализирующего данный процесс. [c.372]

Механизм реакции декарбоксилирования аминокислот в соответствии с общей теорией пиридоксалевого катализа (см. рис. 12.3) сводится к образованию ПФ-субстратного комплекса, представленного, как и в реакциях трансаминирования, шиффовым основанием ПФ и аминокислоты [c.442]

Алифатические первичные амины также являются эффективными катализаторами в реакциях образования оксима и семикарбазона, причем механизм катализа в этом случае тот же самый. Однако реакции с участием более основных алифатических аминов кинетически совершенно отличаются от реакций с ароматическими аминами. В реакции метоксиамина с бензальдегидом, катализируемой глицином, при pH выше 10 скорость реакции перестает зависеть от концентрации катализатора при ее увеличении. Инфракрасные и ультрафиолетовые спектры реакционных мe eйj не содержащих метоксиамина, показывают, что в этих условиях все карбонильное соединение превращается в шиффово основание. Таким образом, в этих условиях реакция (41) является быстрой стадией, а реакция (42) — медленной стадией. Если уменьшать концентрацию глип,ина и (или) понижать значения pH, то скорость процесса начинает зависеть от концентрации глицина, а стадия (41) становится определяющей скорость реакции. Следовательно, стадия (42), как и можно было ожидать, катализируется кислотами. [c.373]

Каталитические реакции металлических ионов могут быть подразделены на два главных класса реакции, в которых халатное соединение металла непрерывно изменяется в результате протекающего превращения, и реакции, в которых халатное соединение остается неизмененным. Первый класс включает и окислительно-восстановительные реакции, в которых ион металла меняет валентность, и реакции, в которых изменение состояния окисления не происходит. Примерами окислительно-восстановительных реакций, катализируемых металлами, являются окисление оксалата вследствие образования хелата с Мп (III) и окисление аскорбиновой кислоты при помощи иона Си (II). При.мерами реакций, в которых хелатное соединение изменяется, не вовлекая ион металла в окислительно-восстановительную стадию, являются. катализ декарбоксилнрования Р-кетокислот различными металлическими ионами, реакции переаминирования шиффовых оснований, производных пнро-доксаля, и гидролитическое расщепление различных шиффовых оснований через стадию образования хелата. Реакции второго типа, которые протекают без непрерывного изменения в структуре или составе металл-хелатного соединения, могут рассматриваться как примеры истинного металл-хелатного катализа. Пептидное действие ферментов, активированных металлами, является одним из большого числа явлений этого типа, который предполагается свойственным биологическим системам. Действие Си(П)-хелатов различных диаминов приводится как пример металл-хелатного катализа в гидролизе диизопропилфторфосфата (ДФФ). В настоящей работе в общих чертах описывается вероятная природа этих каталитических реакций и факторы, которые делают металл-хелатное соединение эффективным катализатором. [c.364]

Образование, распад и таутомерные превращения шиффовых оснований — это типичные кислотно-основные процессы, для многих из которых перенос водорода необходим стехиометрически, т. е. не зависит от механизма реакций. Поэтому есть все основания думать, что обнаруженные в активном центре пиридоксалевых ферментов кислотно-основные группы (имидазол, сульфгидрильная группа) относятся к их каталитическим группам. Таким образом, теорией Браунштейна — Снелла фактически указан лишь объект каталитического действия — шиффовы основания аминокислот, а природу и (или) локализацию каталитических групп большинства пиридоксалевых ферментов предстоит установить. Приводимые обычно схемы пиридоксалевых ферментов отражают только химизм процесса — они устанавливают природу и последовательность появления отдельных промежуточных продуктов катализа, но не связывают их с изменением в каталитических группах фермента, т. е. не дают точного механизма реакции. В работе [2], положенной в основу дальнейшего изложения, [c.224]

Что касается связи пиридоксального остатка с апоферментом, то она осуществляется за счет фосфатной группы (для катализа она не нужна), водородной связи с азотом пиридинового кольца, гидрофобной связи метильной группы и электростатической связи ионизированного фенольного гидроксила. Ковалентная связь с апоферментом появляется периодически на стадии образования внутреннего шиффова основания. Переход в активном центре при pH 6,3 сопоставляется [25[ с ионизацией фенольного гидроксила. Путем избирательного воздействия на отдельные белковые группы молекулы фермента показано [30, 32, 33[, что в его активном центре расположены одна или две имидазольные группы [25], блокирование которых приводит к инактивации фермента. Резкое снижение активности наблюдается и при блокировании одной сульфгидрильной группы. Эти группы, вероятно, и принимают участие в кислотно-основных превращениях промежуточных шиффовых оснований, хотя в наиболее распространенных механизмах реакции трансаминирования [25] обсуждается лишь действие аминогруппы лизина на нескольких стадиях катализа. Это недостаточно оправдано хотя бы потому, что при pH, соответствующем реакции трансаминирования, аминогруппа является хорошим акцептором, но плохим донором протона, что немедленно затормозит реакцию на стадии депротонирования ЫНз-группы. Кроме того, по стерическим причинам мало вероятно, чтобы одна и та же аминогруппа могла служить эффективным акцептором протона к С -атому пиридоксаля — и фактическим акцептором протона от а-углеродного атома аминокислоты. Поэтому в дальнейшем приводится механизм реакции трансаминирования, следуя работе Полторака [2[, в которой рассматриваются каталитические функции всех кислотно-основных групп активного центра аспартаттрансаминазы. [c.226]

Известны также случаи конвергентной эволюции, хотя, по-видимому, они встречаются значительно реже. Бактериальная протеиназа субтилизин имеет совершенно отличную от протеи-наз млекопитающих трехмерную структуру, однако активный центр у этих ферментов одинаков —в него входит сериновая система с переносом заряда, от которой зависит катализ (см. также с. 750). Фруктозобисфосфат-альдолаза, по-видимому,, представлена двумя разными классами белков, имеющих в. Списке ферментов один и тот же номер — 4.1.2.13. Фермент класса I катализирует альдольное расщепление, которое протекает с образованием в качестве промежуточного продукта шиффова основания с остатком лизина активного центра, в то-время как фермент класса II нечувствителен к боргидриду (реагенту на присутствие шиффова основания), а в качестве-простетической группы содержит металл. Ферменты класса I распространены у высших организмов, а класса II —у бактерий и грибов, но имеются данные, что Е. oli и некоторые одноклеточные зеленые водоросли содержат ферменты обоих типов. Оба этих класса ферментов сходны только специфичностью, а в остальном они мало похожи друг на друга более того, метал-лоферменты бактерий и грибов тоже различаются [1952, 2042]. [c.105]

В качестве еще одного примера расчета электронных свойств фермент-субстратных комплексов рассмотрим схему взаимодействия между глутамат-декарбоксилазой и глутаминовой кислотой, приведенную на рис. XIV. 13. В результате нуклеофильной атаки атома С аминогруппой глутаминовой кислоты исходный комплекс кофермента с лизином I преобразуется в нестабильный промежуточный тетраэдрический комплекс II. Затем происходит разрыв связи между атомом С и азотом аминогруппы лизина с образованием внешнего шиффова основания аминокислоты с коферментом III. Следующая стадия ферментативной реакции — отщепление карбоксильной группы с образованием карбаниона IV. Она одна из самых важных и существенных не только в декарбоксилировании, но вообще в реакциях пиридоксалевого катализа. Па этом этапе разрывается связь между атомом С и соседним с ним атомом одного из заместителей (П, СОО , R), что, собственно, и определяет специфичность дальнейших превращений аминокислот. Различие между этими превращениями заключается в том, с каким из заместителей при атоме С разрывается ковалентная связь. Взаимодействие сопряженной к-электронной системы с электронами связей, исходящих из атома С , ослабляет ту из этих связей, которая располагается в плоскости, перпендикулярной плоскости пиридинового кольца. [c.438]

Молекула альдолазы состоит из 4 субъединиц [4, 5]. По-видимому, 2 из них идентичны, а 2 другие несколько отличаются. друг от друга [6, 7]. Механизм действия альдолазы был изучен Rose и сотрудниками [8, 9]. В настоящее вр мя известно, что в ходе катализа диоксиальдегидо-фосфат активируется путем промежуточного образования карбаниона, а оксогруппа ацетоновой части образует шиффово основание с е-аминогруппой остатка лизина. Этот остаток был специфически модифицирован в лаборатории Хорекера и была определена аминокислотная последовательность Б области этого остатка [10]. [c.361]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология