Нуклеофильный катализ эффективность

Из каталитического закона Бренстеда следует, что стерические затруднения должны играть менее заметную роль в общем основном катализе, чем в нуклеофильном [14]. Действительно, общий основной катализ осуществляется через отрыв протона, тогда как нуклеофильный — через атаку углеродного атома. Ясно, что стерические требования, предъявляемые к реагентам, в первом случае являются менее строгими, чем во втором. Стерические затруднения в нуклеофильном катализе особенно наглядно можно проиллюстрировать на примере катализируемого пиридином гидролиза уксусного ангидрида если пиридин является эффективным катализатором этой реакции то такие соединения, как 2-пиколин (2-метилпиридин), 2,6-лу-тидин (2,6-диметилпиридин) и 2,4,6-коллидин (2,4,6-триметил-пиридин), вообще не обладают каталитическим действием. Более того, в реакции сольволиза эфиров пирофосфорной кислоты 2,6-лутидин выступает в роли общего основного катализатора. [c.112]

Нейтральность реакционной среды и величина рКа кислоты, сопряженной с каталитически активным основанием, накладывают определенные ограничения и на природу нуклеофила. В настоящее время не существует теории, связывающей реакционную способность нуклеофила с его эффективностью в роли общего основания. Однако точно установлено, что увеличение реакционной способности нуклеофила п1) делает нуклеофильную реакцию менее восприимчивой к общему основному катализу (Рг). Этот факт математически выражается следующим образом [c.140]

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]

Его эффективность в ускорении превращения иминолактона в анилин примерно в 240 раз выше по сравнению с имидазоль-ным буфером. Этот результат сразу исключает возможность нуклеофильного и классического общего основного катализа фосфат-ионом, так как в случае нуклеофильного катализа активность имидазола должна быть существенно более высокой (хотя величины их р/Са близки), а в случае общего основного катализа активность имидазола должна быть близка к активности фосфат-иона (гл. 7 и 5 соответственно). Однако на основании только стерических факторов фосфат-ион должен быть гораздо более эффективным бифункциональным катализатором, чем имидазол. Фосфат-ион ускоряет перевод нейтрального промежуточного тетраэдрического продукта в цвиттер-ионный промежуточный продукт. Выход анилина должен возрастать, так [c.289]

Эффективность нуклеофильного катализа целиком определяется нуклеофильными свойствами катализатора. Что же подразумевается под понятием нуклеофильность и какие факторы определяют нуклеофильность соединения К сожалению, простой и однозначной корреляции между строением вещества и его нуклеофильностью не существует. Эдвардс [4] предложил определять нуклеофильность двумя параметрами, один из которых связан с поляризуемостью или окисляемостью, а другой определяется классической основностью [c.155]

Высокую скорость сольволиза соединений 11.7 и 11.8 можно объяснить протеканием внутримолекулярного общего кислотного катализа под действием 5-гидроксигрупп, который способствует более эффективному общему основному катализу под действием внешнего триэтиламина (и других оснований типа пиридина и М-метилимидазола) (см. структуру 11.9). Внешний катализатор работает по механизму общего основного, а не нуклеофильного катализа, поскольку, во-первых, эфиры алифатических спиртов невосприимчивы к нуклеофильному катализу и, во-вторых, активность Ы-метилимидазола значительно ниже, чем триэтиламина (первый является более предпочтительным нуклеофильным катализатором а второй — общеосновным). Четырехкратное ускорение сольволиза соединения [c.291]

При гидролизе п-нитрофенилацетата (но не этилацетата) имидазол оказывается в 4000 раз более эффективным катализатором, чем ион НРО , хотя они имеют одинаковую константу основности [41]. Имеются прямые доказательства того, что в качестве промежуточного соединения в этой реакции образуется ацетилимидазол (разд. 5.26). Такой механизм называется нуклеофильным катализом он несомненно отличается от общего основного катализа в реакциях типа гидратации альдегидов. [c.431]

По этой причине нуклеофильный катализ чаще наблюдается в реакциях фениловых эфиров карбоновых кислот. Эффективными нуклеофильными катализаторами в этих реакциях выступают, например, амины и гетероциклические азотистые основания (пиридин, имидазол). [c.256]

Наиболее эффективным из основных катализаторов является имидазол гистидина — распространенный компонент активного центра ферментов. Типичный механизм нуклеофильного катализа — атака молекулой катализатора карбоксильного атома углерода с образованием цвиттериона и последующим разрывом молекулы субстрата. [c.117]

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НУКЛЕОФИЛЬНОГО КАТАЛИЗА [c.153]

Из приведенных ранее схем нуклеофильного катализа (III-1) и (III-2) следует, что его эффективность определяется стадией взаимодействия нуклеофила и субстрата или комплекса субстрата с YH. Скорость этой стадии зависит от нуклеофильности катализатора, которая, как и нуклеофильность реагентов, определяется их основностью и поляризуемостью реакционного центра. [c.153]

Нуклеофильные катализаторы и взаимодействующие с ними реагенты подвержены влиянию всех рассмотренных в предыдущей главе типов специфической и неспецифической сольватации, которое может существенно сказываться на эффективности нуклеофильного катализа. [c.155]

На примере реакций с переносом ацила, катализируемых имидазолом, удобно пояснить три главных требования, обеспечиваюш их эффективность нуклеофильного катализа [c.62]

Нуклеофильный катализ. Основания Льюиса — соединения со свободной электронной парой, или нуклеофилы , также способны играть роль эффективных основных катализаторов. При этом активное промежуточное соединение возникает за счет присоединения основания Льюиса к молекуле субстрата. Отличие общего основного от нуклеофильного катализа состоит в том, что при общем основном катализе обычно происходит отщепление протона, т. е. имеет место нуклеофильная атака катализатора на водород, тогда как при нуклеофильном катализе протон не отщепляется. Типичный механизм нуклеофильного катализа — это атака молекулой катализатора карбонильного атома углерода с образованием цвиттер-иона и последующим разрывом молекулы субстрата. [c.22]

Для эффективного нуклеофильного катализа необходимо, чтобы замещающее нуклеофильное соединение имело более сильно выраженный нуклеофильный характер, чем замещаемое, а промежуточное соединение было более реакционноспособным, чем исходное. [c.53]

Различие в механизмах гидролиза под действием химотрип-сина и карбоксипептидазы и в механизмах декарбоксилирования под действием металлозависимых ферментов и ферментов, действующих через основание Шиффа, является отражением различия в восприимчивости карбонилсодержащих соединений к кислотному и основному катализу. Нуклеофильные и основные свойства боковых цепей белковой молекулы вполне достаточны для проявления ферментом каталитической активности, тогда как ионы металлов являются гораздо более эффективными кислотными катализаторами по сравнению с протонами, о чем убедительно свидетельствует пример металлоферментов. Другая причина широкой распространенности металлоферментов связана, вероятно, с полидентатным характером комплексов металлов. Строго определенное пространственное расположение не- [c.148]

Если реакцию ускоряют два вещества, например нуклеофильный и электрофильный катализаторы, то эффективный катализ может наблюдаться в том случае, когда происходит связывание двух соединений, напри- ---- [c.285]

Эффективный катализ может реализоваться в ходе такой последовательности превращений сначала происходит нуклеофильное сочетание с группой субстрата, содержащего второй нуклеофил, затем идет внутримолекулярная (каталитическая) реакция субстрата со свободным нуклеофилом и, наконец, происходит распад комплекса с образованием продуктов и регенерацией нуклеофила. [c.307]

Гидролизу СЛ0ЖНЬ1Х эфиров может также способствовать нуклеофильный катализ. Еслн коипонент реагнруюшей системы при данном выборе условий является более эффективным нуклеофилом по откеще- [c.302]

Хотя детали каталитического механизма действия пепсина все еще не ясны, хорошо известно, что гидролиз амидной связи подвергается эффективному нуклеофильному катализу близлежащей карбоксильной группой. Например, гидролиз моноамида фталевой кислоты (46) проходит примерно в 10 раз быстрее гидролиза бензамида [75]. Эта реакция весьма чувствительна к изменениям структуры. Гидролиз наиболее реакциоиноспособных соединений (например, кислых амидов диметилмалеиновой кислоты (47), имеющих период полупревращения при 37 °С менее 1 с) подчиняется общему основному катализу. Механизм зтой реакции (39) указы- [c.500]

Все же, несмотря на эти трудности, мы возьмем на себя смелость сделать несколько общих сопоставлений. Сравнение эффективности межмолекулярного катализа в гидролизе /г-нитрофенилацетата под действием ацетат-иона с внутримолекулярным гидролизом моно-п-нитрофенилглутарата показывает, что эффективность внутримолекулярного катализатора эквивалентна эффективности внешнего катализатора при концентрации последнего 600 моль/л. Так как известно, что вклад нуклеофильного катализа в межмолекулярной реакции составляет 50% точность сделанной оценки также равна 50%. [c.272]

Примеры демонстрируют эффективность использования С=С двойной связи для формирования гетероциклов. В этом случае внутримолекулярная нуклеофильная циклизация происходит с участием нуклеофильного центра нуклеофила при двойной связи функционального фрагмента вместе с гетеронуклеофилом, генерируемым в процессе реакции при условиях нуклеофильного катализа фторид-ионом. [c.72]

До недавнего времени считалось, что обязательным компонентом всех ферментов являются белки. Был накоплен огромный материал, свидетельствующий, что именно белки способны опознавать определенные субстраты, обеспечивая тем самым высокую специфичность биологического катализа. Кроме того, многочисленные данные демонстрировали, что белки обеспечивают оптимальную ориентацию субстратов относительно функциональных групп фермента, осуществляющих химическое превращение. Этими группами в случае кислотного, основного и нуклеофильного катализа чаще всего являются группы, входящие в состав белка. В случае электрофильного и окислительно-восстановительного катализа в химическом превращении, как правило, участвуют специальные кофакторы — ионы металла или сложные органические молекулы. Но в этом случае белковая часть фермента организует работу кофактора так, чтобы обеспечивалась свойственная ферменту специфичность и одновременно с Высокой эффективностью реализовался каталитический потенциал кофактора. Однако в начале 80-х годов были от крыты и стали объектом интенсивных исследований ферменты, построенные из молекул рибонуклеиновых кислот (рибозимы). Интерес к этой группе ферментов резко усилился в связи с разработкой методов молекулярной селекции нуклеиновых кислот, позволившей, в частности, начать направленное конструирование рибозимов с разнообразными типами каталитической активности. [c.11]

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]

В некоторых условиях первичные амины являются чрезвычайно эффективными катализаторами образования оксимов и семикарбазонов. В то же время вторичные амины, сравнимые с ними по основности, практически не проявляют каталитической активности [44, 1962, т. 82, с. 826]. В первом случае осуществляется нуклеофильный катализ, заключающийся в том, что первоначально происходит образование ковалентной связи между катализатором и субстратом и только затем — образование основного продукта с регенерацией катализатора. Таким образом, реакция идет через промежуточное образование основания Шиффа реакция была изучена на примере получения семикарбазона /г-хлорбензальдеги-да при pH от 2,5 до 3,5 [c.421]

Нуклерфш ный катализ (см. Катализ) происходит тогда, когда катализаторами служат основания Льюиса — соединения со свободной электронной парой, или нуклеофилы, способные играть роль эффективных основных катализаторов. Активное промежуточное соединение возникает за счет присоединения основания Льюиса к молекуле с> 5страта. Отличие общего основного от нуклеофильного катализа состоит в том, что в первом случае протон отщепляется, т. е. имеет место нуклеофильная атака катализатора на водород, тогда как при нуклеофильном катализе этого не происходит. [c.117]

МКзНО , обладают меньшей термостойкостью, чем катиониты, и их применение ограничивается реакциями, протекающими при температурах ниже 60—70 °С. Они эффективно катализируют, в частности, реакцию присоединения воды к акрилонитрилу при нуклеофильном катализе гидроксил-ионом [c.209]

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]

ТХА, катализатор - пиридин), либо посредством усиления нуклеофшьных свойств третичного амина (переход от пиридина к п-Л(,Л/-ДИметиламинопиридину). Один и тот же эффект, полученный двумя путями, указывает, что эффективность нуклеофильного катализа здесь существенно зависит как от структуры катализатора, так и от структуры ацилирующего агента. [c.535]

Мутаротации глюкозы, катализируемая уксусной кислотой, понвндимому, я1вляется согласованным процессом с участием бифункциональной молекулы уксусной кислоты, которая в ходе медленного циклического процесса, следующего за перво1начальным равновесным образованием водородных связей, одновременно отдает протон кислороду глюкозы и отрывает протон от гидроксильной группы глюкозы [283]. Этот процесс является примером целого ряда иодобных процессов, которые, согласно высказанным предположениям, протекают с участием бифункциональных катализаторов. Наиболее широко изучен бифункциональный катализатор 2-окси-пиридин, который, по-видимому, является весьма эффективным катализатором мутаротации тетраметилглюкозы в бензольном растворе [286]. В последующих разделах будет обсуждаться электрофильно-нуклеофильный катализ Б вышеизложенном плане. [c.105]

Более низкая эффективная концентрация, полученная для внутримолекулярного основного катализа, связана с тем, что переходное состояние для этих реакций менее жестко . В нуклеофильных реакциях нуклеофил и электрофил довольно точно фиксированы, что и приводит к значительному уменьщению энтропии. При общем основном или кислотном катализе атомы в переходном состоянии обладают довольно больщой свободой перемещения. Положение катализатора фиксировано не столь жестко, как в случае нуклеофильного катализа. Следовательно, общий основный катализ сопровождается меньщим снижением энтропии, т. е. внутримолекулярные реакции менее выгодны, чем аналогичные им нуклеофильные. [c.64]

Однако в некоторых случаях мицеллярный катализ может наблюдаться. Например, аликват 336 (метилтриоктиламмонийхлорид) является очень эффективным липофильным МФ-катализатором (см. ниже). Сам по себе он мицеллы не образует. В водных растворах в отсутствие органических растворителей он суш,ествует в виде масляной суспензии. Однако, если добавить в смесь какой-либо неионный мицеллообразующий агент (например, полиоксиэтиленгликоль), аликват уходит внутрь или на поверхность неионной мицеллы. Образующийся таким способом катализатор оказывается очень эффективным во многих процессах [39]. В воде при очень низких концентрациях (10 —10 М) аликват 336 образует самоассоциаты. И хотя они существенно меньше, чем обычные глобулярные мицеллы, они катализируют нуклеофильный гидролиз и реакции декарбоксилирования 40]. Совершенно ясно, что механизм гидролиза нуждается в дальнейшем тщательном изучении. [c.66]

Таким образом, соседняя ацетамидная группа, если она находится в трансположении по отношению к уходящей группе, может контролировать сохранение конфигурации расщепляемой гликозидной связи. Можно было бы полагать, что сохранение конфигурации связи в катализе лизоцимом обусловлено также наличием этой группы, если бы не одно обстоятельство. Выяснилось, что лизоцим не требует обязательного присутствия ацетамидной группы в кольце по соседству с расщепляемой связью. Так, хотя лизоцим и разрывает связь у N-ацетилглюкозаминовых остатков от 2 до 20 раз быстрее, чем у глюкозных [121 —123], но расщепление гликозидной связи у 2-дезоксиглюкозного остатка идет еще быстрее [123]. Наконец, по данным Брюса с сотр. [119, 120], эффективность внутримолекулярного нуклеофильного участия ацетамидной группы существенно зависит от свойств уходящей группы субстрата. Тогда этот механизм для ферментативного гидролиза полисахаридов, где уходящая группа плохая , не имеет особого значения. [c.179]

Широкому распространению пиридинов как катализаторов ацилирования способствовало введение алкильных групп в 4-положение молекулы. При этом особенно эффективными оказались 4-диметиламинопиридин и 4-пиролидинопиридин. К сожалению, эти катализаторы активны только в апротонных растворителях. В этих средах из-за повышенной нуклеофильности основания при взаимодействии с ацилирующими агентами образуют большие количества N-ацилпиридиниевых солей, которые в растворах существуют в виде рыхлых ионных пар. Атака нуклеофила на активированный ион ацилия дополнительно про-мотируется за счет катализа общим основанием, в роли которого выступает противоион. Такие нуклеофильные катализаторы в тысячи раз эффективнее незамещенного пиридина. С примерами такого же множественного катализа мы еще столкнемся в гл. И. [c.165]

Некоторые довольно разроанениые данные, касающиеся механизмов внутримолекулярного катализа, позволяют считать, что те принципы, которые обеспечивают высокую эффективность общего кислотно-основного и нуклеофильно-электрофиль-ного катализа в межмолекулярных системах, справедливы и для внутримолекулярных систем. Во внутримолекулярных системах общие основания кажутся более основными, общие кислоты — более кислыми, а нуклеофилы — еще более эффективными катализаторами нуклеофильно-электрофильных процессов. При этом, однако, следует постоянно помнить, что внутримолекулярный катализ предъявляет существенно более высокие требования к стереохимическим аспектам, чем межмолекулярный катализ. Следовательно, внутримолекулярный катализ не всегда бывает достаточно эффективным. [c.271]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология