Катализ имидазола

Катализ имидазолом обязан сочетанию свойств хорошего нуклеофила и лабильного промежуточного продукта. Нуклеофильность имидазола по отношению к л-нитрофенилацетату в 10 раз выше нуклеофильности ацетат-иона. Однако отношение скоростей гидролиза Ы-ацетилимидазола и уксусного ангидрида, продуктов нуклеофильной атаки соответствующих агентов на субстрат, составляет примерно 0,1. Таким образом, вновь выполняются условия эффективного катализа нуклеофилом — высокая активность катализатора и лабильность промежуточного продукта. [c.167]

При катализе имидазолом константа скорости реакции трансаминирования зависит от произведения концентраций имидазола и иона имидазолия. Эта зависимость, полученная путем варьирования pH реакционной среды, представлена на рис. 8.1. [c.203]

В ходе нуклеофильного катализа имидазолом образуется тетраэдрический промежуточный продукт, но в ходе общего основного катализа действие имидазола проявляется либо в образовании, либо в распаде тетраэдрического промежуточного продукта. Полифункциональный катализ требует присутствия нуклеофила во время действия общего основания, т. е. наличия обеих частиц в переходном состоянии. [c.283]

Так, для реакций щелочного гидролиза, нуклеофильного катализа имидазолом и для сольволиза серии эфиров п-замещенных фенолов [70] найдены значения р 0,42, 0,77 (0,83) и 1,3 соответственно. [c.200]

Рис. 1-9. Бренстедовская зависимость для простого катализа имидазолом при условии, что > йд (log = 0,8 р Сд — 4,30) [108]

Вторым этапом нуклеофильного катализа имидазолом является гидролиз промежуточного соединения N-ацетилимидазола. Скорость этого процесса в зависимости от pH имеет вид кривой с глубоким минимумом при pH 7, т. е. гидролиз идет как по механизму специфического кислотного, так и по механизму специфического основного катализа. Кроме того, скорость гидролиза пропорциональна концентрации свободного основания имидазола [c.30]

Имеющиеся данные позволяют предположить, что процесс, соответствующий константе скорости k , относится к общему основному катализу имидазолом. На схеме (1.17) показан лишь один из [c.30]

Число примеров, отвечающих общему основному катализу имидазолом, сравнительно невелико. Они представляют интерес главным образом в связи с тем, что при кислотно-основных ферментативных процессах общий основной катализ имидазолом оказался одним из наиболее эффективных каталитических механизмов. [c.33]

В отличие от нуклеофильного катализа имидазолом в растворе в ферментах нуклеофильный механизм катализа встречается значительно реже. Основной схемой этого механизма можно считать следующую [c.172]

При общем кислотном катализе имидазол является донором и акцептором протонов в связи с переходом иона имидазолия в свободное состояние и обратно [c.173]

Вполне возможно, что присоединение воды и отщепление протона осуществляется в одну стадию путем общего основного катализа имидазолом остатка His II с помощью соответствующей ЦПС. [c.176]

Катализ имидазолом гидролиза п-иитрофенилацетата — типичный пример нуклеофильного катализа он может быть назван [c.194]

Катализ имидааольной группой. Хорошо известен межмолекулярный катализ имидазолом и его производными [5, 6]. Также подробно исследованы внутримолекулярные реакции имидазольной группы [6, 29]. Рассмотрение этих реакций удобно начать с систем >1, напоминающей уже знакомый нам гидролиз аспирина (3.3). Фельтон и Брюс [43, 44] исследовали гидролиз соединения XXX, который идет в 4 раза быстрее, чем реакция (3.3) [c.92]

Исключительная эффективность действия амилаз объясняется уникальным механизмом, включающим комбинацию общего кислотного катализа имидазолом с основным катализом или образованием ковалентной связи с карбоксильной группой. Эффективности действия способствует искривление пиранозного кольца углевода при сорбции на ферменте в конфигурацию полукреола, чем снижается энергетический барьер реакции и обеспечивается совместное действие функциональных групп фермента и атака водой (Д. М. Беленький). [c.178]

Иногда прн нуклеофильном катализе можно обнаружить интермедиат КСО-В. Подобный интермедиат найден прн катализе имидазолом гидролиза п-нитрофершлацетата. Прн гидролизе 2,4-динитрофенил-беизоата, катализируемом меченым изотопом 0 ацетат-ионом, вначале образуется смешанный ангидрид бензойной и уксусной кислот и, поскольку при его гидролизе ацетильная грунна более склонна реагировать с водой, чем бензоильная, определенная часть метки Ъ обнаруживается в бензойной кислоте [c.1462]

Данные по катализу имидазолом могли бы быть более интересными, чем для диметиламиногруппы, однако кинетические осложнения [26] затрудняют прямое сравнение. Известно, однако, чю имидазольная группа обладает больн7ей реакционной способностью в отношении карбонила сложноэфирной группы Г26, [c.465]

На схеме (28) представлен алкоголиз амида, катализируемый общим основанием последующий гидролиз ацилфермента является катализируемым общим основанием гидролизом сложного эфира. Последняя реакция нам уже знакома это обычный механизм гидролиза сложных эфиров с плохими уходящими группами. Примером, наиболее соответствующим гидролизу ацилхимо-трипсина, является гидролиз А/,0-диацетилсеринамида (36). При pH около 7 эта реакция протекает очень медленно, но при 100 °С можно показать и охарактеризовать общий основной катализ имидазолом схема (29) [53]. [c.491]

В разд. 24.1.3 мы видели, как каталитические механизмы, по которым, как полагают, действуют некоторые ферменты, могут в ряде случаев наблюдаться в простых системах. Так, общий основной катализ имидазолом, например, гидролиза Л ,0-диаце-тилсеринамида (36) [53] представляет собой модель реакции химотрипсина со сложноэфирным субстратом. В ионной реакции этого типа переходное состояние каталитической реакции стабилизуется за счет делокализации заряда на нескольких центрах. В этом случае фиксация положительного заряда на нуклеофильной гидроксильной группе нейтрализуется делокализацией на азо-тах имидазола. В результате происходит понижение энергии активации реакции за счет затрат повышенной энтропии активации (см. разд. 24.1.22). Данные табл. 24.1.4 иллюстрируют это положение мономолекулярная реакция отщепления 2,4-динитрофен-оксида от соответствующего фосфатного моноэфира-дианиона имеет высокую энтальпию активации, однако реакция протекает достаточно легко из-за ее весьма благоприятной энтропии активации. Нуклеофильный катализ этой реакции пиридином характеризуется несколько меньшей энтальпией активации, так как азот пиридина может принимать на себя положительный заряд в переходном состоянии, в результате чего удается избежать образования высокоэнергетического интермедиата — метафосфата [РОЛ- Тем не менее участие молекулы пиридина отражается в виде намного менее выгодной энтропии активации. Близкие активационные параметры наблюдаются и в случае нуклеофильного катализа ацетатом гидролиза триэфира (73) также бимолекулярной реакции. Нейтральный гидролиз (73) проходит, как полагают, по механизму тримолекулярного общего основного катализа (см. табл. 24.1.4). Эта реакция протекает относительно медленно исключительно за счет энтропийного вклада, еще менее выгодного в этом случае. Энтальпия активации, впрочем, для тримолекулярного процесса несколько ниже, поскольку делокализация заряда на трех молекулах еще больше уменьшает его фиксацию в каком-либо одном центре. [c.522]

Первичные продукты нуклеофильной атаки имидазола на ацил- и фосфорилпроизводные, а именно ацил- и фосфорил-имидазолы, обладают достаточно высокой лабильностью. Имидазол катализирует многие реакции производных карбоновых кислот [12]. Наглядным примером, иллюстрирующим закономерности катализа имидазолом, служит гидролиз -нитро-фенилацетата. Когда концентрация субстрата существенно превысит концентрацию катализатора, скорость каталитического процесса зависит от концентрации неионизованной формы нуклеофила. Соответствующие эксперименты с использованием избытка имидазола также согласуются с этим выводом. Более того, спектральными методами удается зафиксировать образование и распад промежуточного лабильного соединения. Этот продукт был выделен в индивидуальном виде при проведении реак- [c.166]

Хотя в ходе гидролиза метилового эфира 4-(4 -имидазо-лил)масляной кислоты внутримолекулярный катализ имидазолом не реализуется, в случае соответствующего сложного про-пилового тиоэфира каталитический эффект вновь становится заметным. В частности, кop x ть образования промежуточного лактама примерно в 10 —10 раз выше скорости гидролиза СЛОЖНОГО тиоэфира под действием гидроксид-иона в нейтральных средах. В этой реакции добавление свободного внешнего тиола приводит к замедлению скорости распада исходного субстрата, ЧТО может быть следствием промежуточного образования соответствующего лактама. [c.266]

Близость катализатора к реакционному центру обычно приводит к тому, что доминирующим становится марщрут с внутримолекулярным нуклеофильным катализом, а не с внещним общеосновным. Например, в случае катализа имидазолом можно привести только один достаточно хорошо обоснованный пример внутримолекулярного промотирования по механизму общего основного катализа, тогда как в межмолекулярных реакциях таких примеров множество. С другой стороны, существует много внутримолекулярных реакций, в которых протонированная карбоксильная группа действует как смешанный катализатор, состоящий из иона гидроксония и нуклеофила в межмолекулярных системах такой тип катализа проявляется значительно реже. [c.271]

Так как имидазолильная группа гистидинового остатка может функционировать подобно таким гидролитическим ферментам, как трипсин и химотрипсин, то имидазолы усиленно исследовались в качестве катализаторов гидролиза сложных эфиров. Установлено, что гидролиз может проходить по двум направлениям с участием общего основного катализа и нуклеофильного катализа. В случае общего основного катализа имидазол действует как [c.469]

В некоторых случаях, например в реакции имидазола с ацил-активированными эфирами, уходящие группы которых представляют собой сильные основания, и с эфиром серина — 1 , 0-ди-ацетилсеринамидом. Ниже будут обсуждены особенности нуклеофильного и общего основного катализа имидазолом, а затем свойства N-ацилимидазолов. [c.59]

Кроме того, константа 2 уменьшается с увеличением рК а имидазола, а кз уменьшается с увеличением рКа фенола. Так как скорость реакции определяется соотношением кг = к]а1 (а+ I), то 1 и а и, следовательно, кг зависят от относительных основностей атакующей и уходящей групп. Влияние природы уходящего фенолят-иона на скорость катализа имидазолом изучалось Брюсом и Шмиром [107] (28,5%-ный раствор этанола в воде 30°) и Брюсом и Бенковичем [43] (водный раствор 30°). Было найдено, что значения константы Гаммета р равны +1,8 и +1,9 в двух растворителях соответственно [когда в схеме (1-86) X—п-ЫОг, ж-ЫОг, П-С1, п-СНз и п-ОСНз]. Чувствительность реакции по откош ению к природе уходящей группы сравнима с чувствительностью нуклеофильной атаки тех же эфиров аммиаком (см. табл. 1-1). [c.66]

Относительная важность каждого из четырех механизмов катализа имидазолом в гидролизе любого эфира зависит от соотношения следующих различных факторов 1) роль koo возрастает при высоких концентраниях имидазола 2) вклад растет с увеличением pH по мере приближения к значению, равному р/(д, 3) вклад коо и 05 преобладает по сравнению с вкладом к при гидролизе эфиров, в которых уходящая группа является более сильным основанием, чем имидазольный катализатор. Можно полагать, что в завпсимости от природы эфира и экспериментальных условий протекание каталитического процесса будет определяться в основном темн или иными факторами. Очевидно, что только эти члены и могут быть полу чены из экспериментальных данных. [c.69]

Зависимость, по которой происходит изменение наклона при изменении состава буфера, показывает, какие компоненты буфера — основные, кислотные или те и другие — являются активными при катализе. На рис. 3 нижняя прямая показывает, как изменяется с изменением состава буфера кажущаяся константа скорости второго порядка к для катализа имидазолом гидролиза ацетилимидазола. Пересечение прямой с правой ординатой при концентрации, равной 1, дает константу скорости Агв для катализа основным кол1Понентом буфера, а пересе- [c.140]

В эту категорию также можно включить большую группу реакций, в которых происходит перенос протона между кислородом, азотом или серой, а также общий кислотный или основной катализ, сопровождающийся образованием или разрушением связей более тяжелых атомов. Большинство реакций карбонильной или ацильной группы является реакциями такого рода. Несмотря на то что детальная природа катализа переноса протона в этих реакциях до конца не понята, весьма вероятно, что в переходном состоянии этих реакций протон не находится на вершине потенциального барьера, хотя в переходном состоянии почти определенно его положение отличается от положения в исходных веществах или продуктах реакции. Эти реакции обычно протекают в окиси дейтерия в 2—3 раза медленнее, чем в воде [58] кц о/ко о = 3,0 для общеосновного катализа имидазолом гидролиза этилхлорацетата [59]), но иногда они обнаруживают большие изотопные эффекты кц,о1к0. о = 4,0 и 4,4 для общекислотного и общеосновного катализа реакции морфолина с б-тиовалеролактоном [60]), или практически отсутствие изотопного эффекта кц о/ко о = 1Д для катализируемого по общеосновному механизму аминолиза фенилацетата глицином [7]), или да"/ке обратный изотопный эффект (кщо/ко о = 0,59 для общекислотного катализа присоединения метоксиэтантиола к ацетальдегиду [18]). Как указывалось в гл. 3, разд. Е,2, весьма вероятно, что в переходных состояниях реакций этого типа протон находится в более или менее стабильной потенциальной яме и может содержать существенную нулевую энергию. [c.212]

Несмотря на то, что механизмы нуклеофильного и общего основного катализа имидазолом отличаются существенным образом, кинетически их трудно различить, поскольку в обоих случаях скорость гидролиза пропорциональна концентрации свободного основания. Эти процессы отличаются свойствами активных промежуточных продуктов, которым в первом случае является К-ацилимидазол, а во втором — обычный промежуточный продукт общего основного катализа. Этот факт используется для установления механизма реакции. При общем основном катализе молекула воды принимает участие в первичном элементарном акте, и кинетические изотопные эффекты при проведении гидролиза в НгО и ВгО будут различными для нуклеофильного и общего основного катализа. [c.28]

По механизму нуклеофильного катализа имидазолом происходит и перенос ацильной группы от ацилфосфатов к различным нуклеофильным реагентам. Для примера можно указать на взаимодействие аце-тилфенилфосфата или ацетилэтилфосфата с тиолами [31]. Скорости этих реакций зависят от концентрации имидазола и субстрата, но не от концентрации тиола. В присутствии 0,002 М меркаптоуксусной кислоты среди продуктов реакции обнаруживается тиоловый эфир. Это естественно, поскольку нуклеофильность данного тиола заметно превышает нуклеофильность воды. Для разбираемых реакций не удалось обнаружить ощутимых количеств Ы-ацетилимидазола, что, видимо, связано с изменением лимитирующей стадии реакции — медленным образованием, но быстрым расходованием Ы-ацетилими-дазола по механизму, в общем вполне аналогичному предыдущим [c.31]

Внутримолекулярный катализ имидазолом, В стерически выгодных условиях внутримолекулярные реакции протекают быстрее, чем соответствующие межмолекулярные превращения. При внутримолекулярных реакциях создаются благоприятные условия для нуклеофильного катализа, который в этих случаях приобретает большое значение. Для внутримолекулярной реакции нет необходимости в присоединении второй молекулы, поэтому изменение энтропии акти- [c.33]

Спектрофотометрические данные, полученные Диксоном и Нейратом [1], показали, что для ацетил-химотрипсина при pH 3 не наблюдается характерного адсорбционного максимума N-ацетилиыидазола при 245 ммк. Это говорит о том, что прямой нуклеофильный катализ имидазолом в разбираемой реакции мало вероятен, так как в противном случае удалось бы наблюдать спектр промежуточного соединения, соответствующего N-ацетилимидазолу. Вместе с тем высокая активность серина проявляется только в нативном ферменте. Например, ацетил-химотрипсин легко реагирует с гидроксиламином, образуя ацетилгидро-ксамовую кислоту, однако при денатурации белка 8М мочевиной ацетил-химотрипсин реагирует с гидроксиламином не быстрее, чем обычный эфир [2]. При обработке мочевиной исчезает лабильность О-ацетильной связи на стадии де-ацилирования фермента, так что скорость гидролиза ее становится сравнимой со скоростью гидролиза N, О-диацетилсеринамида [3]. Лабильность О-ацетильной связи восстанавливается при диализе, в результате которого удается удалить денатурирующий агент. Учитывая все сказанное, можно прийти к выводу, что серин в а-химотрипсине скорее играет роль вспомогательного субстрата, а высокая скорость распада промежуточного соединения обусловлена либо необычной конформацией ацил-серина в нативном ферменте, либо эффективным взаимодействием близко расположенной каталитической группы. [c.161]

По механизму общего кислотного катализа имидазолом протекают также реакции электрофильного присоединения по двойной связи и соответствующие обратные процессы, которые можно рассмотоеть на примере фумаратдегидратазной реакции. [c.175]

Внутримолекулярный катализ имидазолом, исследованный Брюсом с сотрудниками, имеет очень важное значение. Было найдено, что сольволиз 4-(2 -ацетокси-фенил)-имидазола является реакцией первого порядка по отношению к субстрату. Наблюдаемую зависимость pH — скорость можно легко объяснить, если предположить, что скорость сольволиза субстрата зависит от степени ионизации одной определенной группы, имеющей рАГо приблизительно 5,5 независимо от этого [c.95]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология