Пуш-пульный механизм

Общий кислотно-основной и электрофильно-нуклеофильный катализы. Пуш-пульные механизмы. В тех случаях, когда в процессе катализа превращаемая молекула подвергается одновременному воздействию и кислоты, и основания Бренстеда, говорят об общем кислотно-основном катализе, а если воздействие осуществляется кислотой и основанием Льюиса, — об электрофильно-нуклеофильном катализе. Если этот каталитический процесс осуществляется одновременно путем тримолекулярного столкновения, говорят о пуш-пульном ( тяни-толкай ) механизме катализа. В этом случае обе атакующие частицы в силу своей различной природы приводят к смещению заряда (или протона) в одном направлении, т. е. как бы действуют согласованно. В частном случае роль кислоты и основания могут играть молекулы воды. Например, процесс енолизации ацетона можно представить в виде [c.23]

На основании того, что в некоторых механизмах кислотного и основного катализа существует нуклеофильная атака на карбонильный атом углерода и передача протона к спиртовому атому кислорода, естественно предположить, что в энзиматическом катализе существует одновременная нуклеофильная атака основной группой В и передача протона кислотной группой —А — Н. Такой пуш-пульный механизм должен приводить к очень эффективному типу катализа, и этим можно объяснить высокую эффективность ферментов. [c.322]

Последнее соединение является более слабой кислотой, чем фенол, и более слабым основанием, чем пиридин, следовательно, если его каталитическое действие осуществляется тем же способом, что и у фенола и пиридина, то оно должно быть менее эффективным катализатором, чем каждый из них. Однако было найдено, что 2-оксипиридин является значительно лучшим катализатором, чем фенол или пиридин. Совершенно ясно, что 2-оксипиридин действует не только как простой кислотный или основной катализатор. Единственным разумным объяснением этому является предположение, что он действует как бифункциональный катализатор, т. е. его кислотная и основная группы действуют одновременно по пуш-пульному механизму. [c.323]

Кислотно-основной катализ можно подразделить на специфический кислотный (катализатор Н3О+), общий кислотный (любая кислота АН, кроме Н3О+), электрофильный (кислота Льюиса), специфический основной (гидроксил-ион), общий основной (любое основание В, кроме ОН ), нуклеофильный (основание Льюиса), общий кис-лотно-основной (катализатор — пара НА и В), электрофильно-нуклеофильный (катали- -ч затор —кислота и основание Льюиса), пуш-пульный механизм, когда на субстрат воздействуют одновременно кислота и основание. [c.173]

Совершенно очевидно, что в пуш-пульном механизме регуляции метаболизма активность ферментов 1, 2 я 3, с одной стороны, и активность ферментов 4 и 5 — с другой, должна быть сбалансирована. В настоящее время получены данные, что у растений активность ацетил-КоА-карбоксилазы контролирует какую-то стадию синтеза, лимитирующую скорость процесса. [c.190]

Возможна ситуация, когда противоион способствует дополнительной поляризации молекулы мономера (по пуш-пульному механизму), увеличивая таким образом скорость реакции. При анионной полимеризации такого эффекта (когда ионная пара более активна, чем свободный ион) пока не наблюдали, но недавно он был обнаружен при катионной полимеризации азотсодержащих циклов, протекающей по механизму живущих полимеров 5. [c.221]

Если образование иона затруднено, разрыв С—С-связи с образованием связи С—Hal возможен только при одновременном взаимодействии с нуклеофилом (пуш-пульный механизм), в качестве которого может выступать вторая молекула галогена или галоге-нид-ион. Кинетическое уравнение в этом случае имеет вид [c.391]

С точки зрения пуш-пульного механизма замещения [55] величина константы р определяется соотношением стадий образования новой (га) и разрыва старой (е) связи [c.104]

Помимо пуш-пульного механизма, сопровождающегося образованием линейных переходных состояний, к которому, по-существу, можно отнести рассмотренную схему Бендера кислотного гидролиза производных карбоновых кислот, электронные переходы могут происходить и, по-видимому, с большей легкостью при образовании циклических переходных состояний, чаще всего шестичленного цикла 1265]. [c.551]

Рассмотренные в настоящем разделе современные представления о пуш-пульном механизме нуклеофильного замещения у атома углерода карбонильной группы в производных карбоновых кислот при кислотном гидролизе имеют существенное значение для понимания механизмов некоторых ферментативных реакций, в частности омыления производных карбоновых кислот с участием эстераз (см. стр. 579), а также позволяют оценить различия в механизмах кислотного гидролиза производных карбоновых кислот и кислот фосфора. [c.555]

Реакции, катализируемые ферментами, можно разделить на два класса реакции, сводящиеся к переносу электронов реакции, сопровождающиеся переносом и электронов, и протонов. Фермент обычно содержит кислотный и основной остатки. Высокая эффективность действия фермента часто объясняется одновременным действием этих групп. Например, можно предположить, что при ферментативном гидролизе эфиров происходит одновременно нуклеофильная атака на карбонильный атом углерода основной группой и передача протона к активному атому кислорода от кислотной группы. Такой пуш-пульный механизм является очень эффективным. [c.510]

Оксипиридин более слабая кислота, чем фенол, и более слабое основание, чем пиридин. Однако 2-гидроксипиридин более активный катализатор, чем фенол и пиридин, так как действует по пуш-пульному механизму. [c.510]

К первому типу каталитических реакций в предыдущем разделе были отнесены реакции, катализируемые ионами водорода. Такой тип пуш-пульных механизмов, по-видимому, может проявляться и при образовании промежуточных комплексов с участием некоторых ферментов, которые не имеют простетических групп и строение активных центров которых обусловлено определенной последовательностью функциональных групп аминокислот пептидов белка. Ко второму типу реакций относились каталитические реакции нуклеофильного замещения у атома фосфора, катализируемые ионами металлов. Эти реакции, по-видимому, можно рассматривать как модель и прототипы реакций трансфосфорилирования — реакций, широко распространенных в живой природе. Как правило, подобные реакции протекают с участием ферментов, имеющих простетические группы, в состав которых обычно входят ионы двухвалентных металлов. [c.576]

Прежде чем подробнее рассмотреть механизм катализа ионами водорода гидролиза производных кислот фосфора, по-видимому, целесообразно кратко остановиться на обсуждении пуш-пульного механизма кислотного катализа производных карбоновых кислот, что важно не только для сравнения механизмов кислотного катализа производных карбоновых кислот и кислот фосфора, но также и для понимания механизмов некоторых ферментативных реакций. [c.549]

Таким образом, согласно современным представлениям, взаимодействие молекулы субстрата с электрофильным реагентом (в рассматриваемых случаях с ионами водорода) в пуш-пульном механизме кислотного гидролиза производных карбоновых кислот заключается в уменьшении сопряжения заместителей с реакционным центром вследствие протонирования карбонильного кислорода. Именно в этом и состоит существенное отличие этого механизма от пуш-пульного механизма гидролиза алкилгалогенидов, который предполагает образование водородной связи между ионом водорода и атомом галогена, что способствует уходу последнего в виде аниона (см. также Матье [265]). [c.554]

При исследовании пуш-пульного механизма кислотного катализа производных кислот фосфора представляет также большой интерес кинетика кислотного гидролиза амидов кислот фосфора [292—295]. [c.556]

Помимо гидролиза моноэфиров и амидов кислот фосфора в кислых средах, довольно подробно изучался также гидролиз галоидангидридов кислот фосфора [95, 117, 163, 253, 254]. Как уже отмечалось ранее при рассмотрении зависимости скорости гидролиза ДФФ и зарина от pH (см. рис. 22 на стр. 548), скорость гидролиза этих соединений в кислых средах, как правило, прямо пропорциональна концентрации ионов водорода. Так, например, скорость гидролиза зарина при pH ниже 4,0 увеличивается примерно в 10 раз при уменьшении pH на единицу [254]. Исследование механизма этих реакций привело к предположению, что пуш-пульный механизм [300] в данном случае, по-видимому, заключается в сопряженной нуклеофильной атаке молекулой воды атома фосфора с образованием водородной связи между атомом фтора и кислотой (ионом гидроксония), и переходное состояние может быть изображено схемой [163] [c.559]

Как уже отмечалось выше, подобный пуш-пульный механизм нуклеофильного замещения у центрального атома производных карбоновых КИСЛОТ и кислот фосфора, при котором образуется водородная связь с нуклеофильным центром производных этих кислот, по-видимому, имеет большое значение при образовании переходных комплексов в активных центрах некоторых ферментов. [c.563]

Однако, как мы увидим в дальнейшем, такой пуш-пульный механизм не всегда оказывается эффективным в реакции нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора. Кроме того, следует учитывать, что большинство реакций, в которых имеет место нуклеофильная атака на атом фосфора биологически важных фосфорилирующих агентов, протекает, как правило, в слабощелочных средах (см. стр. 446). Именно поэтому наряду с таким пуш-пульным механизмом, когда электрофильная атака обеспечивается за счет образования водородной связи с нуклеофильным центром реагирующей части молекулы, следует учитывать и те механизмы, в которых функцию кислот выполняют ионы металла. [c.563]

Ко второй группе механизмов можно отнести такие механизмы каталитического гидролиза фторангидридов кислот фосфора, когда в замкнутой структуре переходного состояния предусматривается сопряженный электрофильный — нуклеофильный катализ (пуш-пульный механизм). [c.567]

В данном разделе речь будет идти о таких ферментативных реакциях, в которых участвуют ферменты, не имеющие в активных центрах ионов металлов, и для которых достаточно точно установлен механизм нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора в молекуле субстрата. В подобных случаях электрофильная атака в пуш-пульном механизме нуклеофильного замещения у фосфора обеспечивается за счет образования водородной связи между нуклеофильным центром реагирующей части молекулы фосфорсодержащего соединения и кислотной группой активного центра фермента. В качестве примера рассмотрим недавно опубликованные работы, посвященные механизму действия рибонуклеазы поджелудочной железы быка ниже будут обсуждены некоторые вопросы, связанные с фосфорилированием и дефосфорилированием активных центров эстераз. [c.577]

Рассмотренный пример указывает на то, что пуш-пульный механизм нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора в активном центре фермента с образованием, водородной, [c.577]

Пуш-пульный механизм воздействия двух центров с противоположными протоно-донорными свойствами имеет и теоретически ясные преимущества перед простым переносом протона от катализатора к молекуле субстрата. В последнем случае протон должен преодолеть воздействие электростатического поля, препятствующее его отрыву от остающегося аниона, поскольку субстрат становится положительным ионом [c.268]

Кроме того, если в акте каталитической реакции одновременно участвуют кислота и основание, говорят об общем кислотно-основном, и, соответственно, электрофильно-нуклеофильном катализе. Если в двух последних случаях лимитирующая стадия представляет собой тримолекулярную реакцию, говорят о пуш.-пульном механизме реакции, при котором молекула субстрата с двух сторон подвергается атаке реагентами, индуцирующими одинаковое смещение электронной плотности. [c.12]

Укажите, исходя из пуш-пульного механизма замещения, каков порядок изменения величин р в реакциях замещенных фенолятов лг-ХСбН40" в метиловом спирте с а) бромистым метилом, [c.99]

Пиридин, обладающий нуклеофильной группой, или фенол, который имеет электрофильную группу, характеризуются очень небольшой каталитической активностью для реакции мутаротации тетраметил-глюкозы в бензольном растворе. Однако смесь обоих очень сильно ускоряет реакцию. Это позволяет приписать ей пуш-пульный механизм, поскольку 2-оксипиридин [23] [c.26]

При подходящих условиях ионные реакции и полярные перегруппировки протекают очень быстро, но для органических соединений, претерпевающих превращения по механизмам общего основного или кислотного катализа, этап появления промежуточного иона — заряжение молекулы субстрата обычно затруднен и относится к лимитирующим стадиям суммарной реакции. Характерной особенностью ферментативных аналогов тех же процессов является пуш-пульный механизм — одновременное присоединение и отщепление протона от различных участков превращаемого субстрата, которое не связано с общим заряжением молекулы и протекает достаточно быстро. Это и есть тот путь, по которому в ферменте создаются подходящие условия для протекания ионных переходов. При этом очень важно, что участки присоединения и отщепления протонов разделены химическими связями, претерпевающими перестройку только в таком случае не возникает цвиттер-иона (двухзарядного промежуточного продукта), и электрон беспрепятственно переносится по системе перестраиваемых связей. Однако для этого необходимо не простое изменение кратностей всех связей по пути перераспределения электронной плотности, а альтернирующее изменение кратности на 1 при условии, что ни одна из связей не остается в результате реакции неизменной. Частным, но не очень существенным для ферментативного катализа примером такой системы может служить сдвиг электронов в системе сопряженных связей. Для катализа гораздо более важную роль играет расщепление и возникновение связей в активном комплексе, т. е. переход от кратности 1 к О и обратно. Это позволяет участвовать в системе переноса электрона химически независимым молекулам, если при образовании и распаде активного комплекса новые связи возникают на месте разрывов, а простые — либо рвутся, либо становятся двойными. Такую совокупность связей назовем ЦПС — цепью пере- [c.264]

В гомогенных модельных системах этот механизм катализа трудно реализуем по нескольким причинам. Во-первых, в растворе эффективный акцептор и донор протона немедленно обмениваются протоном без участия субстрата, что ограничивает эффективность пуш-пульных механизмов в растворе. Во-вторых, необходимые для катализа взаимные ориентации молекул обычно не отвечают равновесному строению жидкости, когда донор и акцептор протонов располагаются достаточно далеко от необходимых мест передачи протона [c.269]

Поскольку многие реакции подвержены бифункциональному катализу, амфотерные растворители способствуют осуществлению многоцентровых (пуш-пульных) механизмов, обеспечивая синхронность разрыва старых и образования новых связей [c.240]

Полифункциональность ферментативного катализа объясняет, как нам представляется, значительный выигрыш и в энергии активации. Наличие в активном центре фермента и на определенном расстоянии друг от друга группировок, характеризующихся электрон-нодонорными и электронноакцепторными свойствами, приводит к тому, что при взаимодействии с соответствующими группировками субстратов образуются стабилизированные комплексы, и каталитическая реакция происходит внутримолекулярно, нередко по пуш-пульному механизму. Естественно, такие реакции требуют значительно меньшей энергии активации. В этом отношении механизмы действия ферментов в какой-то мере сходны с механизмами действия так называемых комплексных (координационно-ионных) катализаторов, приобретающих в последние годы важное значение в теории и практике гомогенного катализа. [c.29]

При этом образуется только метоксипроизводное (т. е. фенол не включается в стехиометрическое уравнение реакции). Очевидно, в этом случае метанол, как более основный реагент, взаимодействует с реакционным центром, а фенол, как более кислотный, — способствует отщеплению хлорид-иона. Таким образом, реакция осуществляется за счет совместного действия двух реагентов, один из которых оттягивает уходящую группу, а второй — выталкивает ее за счет взаимодействия с реакционным центром. Такого рода процессы были названы пуш-пульными (от push — толкать, pull — тянуть). Свеном было высказано предположение, что пуш-пульный механизм является общим. [c.331]

Таким образом, во всех рассмотренных до сих пор примерах кислотного катализа гидролиза производных кислот фосфора предусматривался такой пуш-пульный механизм, согласно которому нуклеофильная атака на фосфор сопровождается одновременным образованием водородной связи с атомом галоида или псевдогалоидной группы. В этом заключается существенное различие механизма кислотного гидролиза производных кислот фосфора от пуш-пульного механизма кислотного гидролиза производных карбоновых кислот, когда в образовании водородной связи участвует кислород карбонильной группы (см. стр. 553). Подобное различие пуш-пульного механизма кислотного гидролиза производных кислот фосфора и производных карбоновых кислот находится в соответствии с представлениями об особенностях нуклеофильного замещения у атома фосфора в производных кислот фосфора и атома углерода карбонильной группы в производных карбоновых кислот, и в частности, с тем обстоятельством, что если при нуклеофильном замещении у углерода карбонильной группы производных карбоновых кислот раскрытие карбонильной группы обязательно, то при нуклеофильном замещении у фосфора в производных кислот фосфора фосфорильная группа, как правило, не раскрывается (см. стр. 493). [c.560]

В результате исследования 1370—3731 строения активного центра рибонуклеазы (РНК-азы) поджелудочной железы быка было показано, что в состав активного центра этого фермента входят две имидазольные группы, одна из которых протонирована, а другая находится в виде основания. Авторы предположили следующую схему строения и механизма действия активного центра РНК-азы [374, 375]. На рис. 26, А (стр. 578) показано строение фермент-суб-стратного комплекса. Одно имидазольное кольцо (I) участвует в образовании водородной связи с молекулой воды или с оксигруп-пой замещенного спирта (общеосновной катализ). Другое имидазольное кольцо (И), находящееся в протонированном состоянии, образует водородную связь с эфирным кислородом. Участок (П1) соответствует области дополнительных связей между ферментом и молекулой нуклеофильного реагента. Специфичной является область (IV), где происходит взаимодействие между ферментом и пиримидиновым кольцом, по-видимому, с участием атома азота [376]. Таким образом, в переходном состоянии (см. рис. 26, Б), по-существу, имеет место пуш-пульный механизм, когда нуклеофильная атака на атом фосфюра кислородом активированной оксигруппы нуклеофильного реагента сопряжена с образованием водородной связи между кислородом отходящей группировки и кислотной группой фермента. На рис. 26, В показан комплекс фермент продукты. Если подходящим нуклеофильным реагентом является оксигруппа рибозы полинуклеотидной цепи РНК, то в результате реакции происходит удлинение цепи на одно звено (см. рис. 26 Г,). [c.577]

Следует обратить внимание и еще на одну особенность. Из вышерассмотренных примеров каталитических реакций нуклеофильного замещения у атома фосфора следует, что большое значение для катализа имеет электрофнльное взаимодействие в пуш-пульном механизме. В активных центрах эстераз эту функцию выполняет кислотная группа, которая образует водородную связь с нуклеофильным центром субстрата. Возможно, что участие подобной группировки в качестве электрофильного компонента пуш-пульного механизма дефосфорилирования эстераз является недостаточным для обеспечения эффективного нуклеофильного замещения. [c.587]

При нуклеофильном замещении у этих атомов в активных центрах эстераз, в котором, в частности, может участвовать и неподеленная пара электронов кислорода алкоксигруппы серина во-вторых, вследствие различной роли поляризуемости и основности нуклеофильных реагентов при нуклеофильном замещении у атома углерода карбонильной группы и атома фосфора и серы в производных кислот этих элементов и вследствие недостаточно высокой поляризуемости молекулы водыГ наконец, в-третьих, из-за слабо выраженного электрофильного взаимодействия в пуш-пульном механизме нуклеофильного замещения у центрального атома ацильной группы, которое в активных центрах эстераз осуществляется за счет образования водородной связи между нуклеофильным центром ацильной группы и кислотной группой эстераз. Или, иначе говоря, можно предположить, что если в активных центрах эстераз существовали бы более сильные кислотные группировки, например кислоты Льюиса — ионы металлов, то, возможно, это могло бы привести к более эффективной нуклеофильной атаке молекулы воды на центральный атом фосфора и серы и эстеразы не угнетались бы производными кислот этих элементов [c.591]

Таким образом, вышерассмотренные данные по строению, механизму действия и роли ферментов, гидролизующих фосфорор-ганические ингибиторы холинэстераз, действительно в какой-то степени могут служить подтверждением ранее высказанного предположения о том, что одной из причин крайне медленного дефосфорилирования холинэстераз является недостаточно выраженная электрофильная атака в пуш-пульном механизме нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора в активных центрах эстераз и что присутствие ионов металлов в активных центрах ферментсв способствует переносу фосфорильного остатка на молекулу воды. [c.593]

По данным Бухана [109] реакция синтеза глицинамидриботида протекает согласно подобной схеме. В реакции, идущей в активном центре, одновременно участвуют три вещества. Одна из основных функций фермента в данном случае состоит в том, что он действует как бы в качестве шаблона [ПО] или щели , выполняющей главным образом ориентирующие функции, и обеспечивает гидрофобное окружение для реагирующих молекул. Карбоксильный углерод глицина, несущий положительный заряд, подвергается нуклеофильной атаке со стороны азота 5-фосфорибозиламина, и в то же самое время положительно заряженный концевой атом фосфора АТР вступает в электрофильное взаимодействие с одним из атомов кислорода глицина. В процессе этой реакции, протекающей по пуш-пульному механизму, наблюдается образование новой связи С—N при одновременном разрыве С—0-связи. Одновременно АТР расщепляется на АДР и неорганический фосфат [c.152]

Переход от исходного к конечному состоянию связан с изменением на 1 кратностей затрагиваемых при реакции связей (см. гл. XIII 2). Наиболее вероятным типом элементарного акта превращения здесь является пуш-пульный механизм катализа. [c.178]

Построение цепи перераспределения связей, в которую входят отдельные участки молекул субстрата, простетические и каталитические группы белка, является наиболее эффективным из всех известных механизмов кислотно-основного катализа, и в этом отношении оно далеко превосходит простые пуш-пульные механизмы гомогенного катализа. Однако такая система может оказаться достаточно устойчивой только в составе белковой глобулы и поддерживаться многочисленными связями адсорнбционого центра фермента и третичной структурой глобулы в целом. Это обстоятельство позволяет достичь [c.265]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология