Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Сьепг., 29, )222 П954); Ю!«Ые С. О., забег )Р. Р., Ргойгезя )и РЬуз)са! Огнен)с СЬе~п)з!гу, 2, 323 [[254). б) Рассчитано нз ураянення (о!) х [(Рка)снзсОзн (Рка)х снзсознУ395. Ю рассчитано нз уралнення о=(РКа)РЬСОзН (РКа)Х-РЬСОзН. ") Для соединений. отлнчныл от бензойной кнслоты н карбоннльныл соеднненей. д) для фенолов, аннлкноа к тноф*нолоа. — ын — НН' з — ЫНАс — ОН вЂ” ОАс — )Ч(Ме)з' — СО, — СОзН вЂ” СОСНз — р — С) — Вг — 1 — )ЧОз — сы — СНз — ОСН, 0,10 0,60 0,28 0,25 0,39 0,73 — 0,17 0,34 0,29 0,52 0,47 0,45 0,39 0,63 0,58 -0,05 0,25 — 0,16 0,63 0,21 0,121 0,39 0,88 -0,10 0,37 0,38 0,337 0,373 0,391 0,352 0,710 0,56 — 0,069 0,115 О,ОΠ— О,37( — 0,11) ') 0,31 0,82 0,00 0,45 050(087) д) 0,062 0,227 0,232 0,18 0,778 (1,24) д) О,бб (0,90) д) — 0,17 — 0,268 ( — 0,11) г) вз ХИМИЧВСКИИ КАТАЛИЗ (рКа)а — рК, незамещенной кислоты, ах — константа, характеризующая заместитель Х (разная для заместителей в лара- и мета-положениях).
Обнаружено, что уравнение Гаммета выполняется и для реакций с участием производных бензойной кислоты (при определении скорости гидролиза эфиров бензойной кислоты, а также при изучении равновесий других реакций, в которых участвует соединение с бензольным кольцом, например при ионизации фенолов), но, оценивая чувствительность реакции к изменению о, используют коэффициент пропорциональности р, постоянный для данной реакции. Например, при ионизации фенолов (2.61) (РКа)х (Рда)а Рпх' где р = 2,1. Для щелочного гидролнза фенилацетатов 1К "х = 1К ао + Рах (2.62) где р= 0,8. Соотношения Бренстеда и Гаммета эквивалентны.
Например, согласно уравнению Гаммета, для щелочного гидролиза фенилацетатов логарифм константы скорости, как и рК. исходных фенолов, пропорционален а. Следовательно, логарифмы констант скорости гидролиза пропорциональны РК», что непосредственно следует из графика Бренстеда для зависимости логарифма константы скорости от рК,. Соотношения Бренстеда и Гаммета выполняются также в случае атаки определенным нуклеофилом эфира с конкретной уходящей группой, в которой варьируется ацильный фрагмент. б.
Смысл коэффициента (1 в уравнении Бренстеда Важным параметром, который можно определить из графиков Бренстеда, является коэффициент В. Знак и величина этого коэффициента указывает на знак и величину заряда переходного состояния. Рассмотрим, например, атаку эфиров нуклеофилами, Для констант равновесия при переносе ацильных групп между оксианионами, а также третичными аминами (1 равно 1,6 — 1,7. Эта величина больше 1,О, поскольку ацетильная группа сильнее оттягивает электроны, чем протон (для которого Р = = 1,0 по определению), и более чувствительна к изменению рК, спирта или амина.
Установлено, что для атаки третичными аминами эфиров, образованных сильно основными спиртами, значение 6 при замене нуклеофила составляет +1,5, а при замене спирта — 1,Ь [43). Это показывает, что переходное состояние реакции по своей структуре очень близко к продуктам, т. е. ГЛАВА 2 характеризуется тем, что ацил почти полностью перенесен от спирта на амин [схема (2.63)], О l~ Нз1Ч + СН АС ОЕ1 О ф' СН,— С' г кзХ ОЕ1 (2.63) ПС В другом крайнем случае, для реакции оснбвных нуклеофи. лов с эфирами, содержащими активированные уходящие груп» пы, коэффициент р равен +(0,1 — 0,2) при замене нуклеофила и — (0,1 — 0,2) при изменении рК, уходящей группы. Это означает, что в переходном состоянии почти не происходит образования новых и разрыва старых связей и что оно близко по своей структуре к исходным соединениям: .О ,Ф СНзС ВО ' ОАг ПС О ААО +СНзС ОАг (2.б4) 2.
Факторы, определяющие нуклеофильность и легкость отщепления уходящей группы Эффективность общего кислотно-оснбвного катализа кисло. род- и азот-содержащими основаниями зависит только от их рК, и не зависит от химической природы этих соединений (за исключением случая повышенной активности оксимов при общем кислотном катализе), а на нуклеофильную реакционную способность заметно влияет природа реагентов. Эти реакции можно разделить на два больших класса в зависимости от того, слабые или сильные электрофильные центры при этом атакуются [46]. Коэффициент р является мерой величины заряда, образую.
щегося в переходном состоянии, а не мерой степени образования связи. Однако в реакциях (2.63) и (2,64), а также в других ситуациях, характеризующихся отсутствием кислотно-оснбвного катализа, образование связи и заряда взаимосвязано, поэтому 6 служит также мерой степени образования связи. При наличии же кислотно-оснбвного катализа, когда происходит частичная нейтрализация зарядов, образующихся в переходном состоянии, между р и степенью образования связи никакой зависимости нет [44].
ГЛАВА Я 86 а е У б б б 7 В Р Ьу ГГ РКл Рис. 2.6. График зависимости Бренстеда для иуклеофильиой атаки и-иитрофеиилапетата первичными н вторичными аминами. (Зепсйз ЪЧ. Р., ГБ1сЬг(в1 М., з, йшег, сЬев. Бес., 90, 2622, 1968).) Обратите внимание, что такие иуклеофилы, как семккарбазид (БС), гидроксиламии и гндразии более реакияоииоспособиы («м-эффект»), чем можно было бы ожидать, исходя из значений их рК». 2 »» Э 2 Ф У Ю Ьу Я Уб Ю ОКа Рис. 2.7. График зависимости Брйнстеда длн атаки н-ннтрофеннлацетата окон. анионами.нуклеофилами. Как и в предыдущем случае (рис.
2.6), иуклео* филы ( ° ) также обладают необычно высокой реаклиоииой способностью («гь-эффект»). Обратите внимание иа нарушение линейности иа графике с увеличением рК. для иуклеофилов с более высокой реакпноииой способностью. Вообще говоря, для этих реакпнй соотношения Бреистеда выполняются только в узком диапазоне рК.. Часто отклонение от линейности незаметно, по- скольку число используемых оснований весьма невелико. химический ЕАтАлиз зт (2.66)]. Этот ион легко высвобождается непосредственно из тетраэдрического промежуточного соединения [схема (2.66) ) . Для данного класса уходящих групп уменьшение основности приводит к облегчению отщепления уходящей группы.
Ацетат (рК, уксусной кислоты равен 4,76) — более хорошая уходящая группа, чем а-нитрофенол и фосфат (рК, около 7), которые в свою очередь являются более хорошими уходящими группами, чем ОН- (рК. = 15,8). Отщепление алкоголят-ионов затруднено, поскольку это сильные основания (рК, низших спиртов равен примерно 16). Отщепление спиртов ускоряется при общем кислотном катализе 1схема (2.67)). 0 О-) О СНЭ вЂ” С вЂ” ~ СН1 — С вЂ” + СН С +НОЕ1 хъ' ( ОЕ~ ~(оа он Но 1, В: Н Н ВН (2.б7) Нитрофениловые эфиры часто используются в качестве уходящих групп в синтетических субстратах по двум причинам: а) нитрофенолят-ион имеет характерный максимум поглощения при 400 нм и, следовательно, легко идентифицируется спектрофотометрически; б) этот ион является очень хорошей уходящей группой, в результате чего образуется реакционноспособный субстрат.
Оба эти фактора обусловлены делокализацией зарядов 1схема (2.65)). Чтобы амин отщепился от молекулы, он должен присоединить протон, поскольку амид-ионы (Й(чН-) слишком нестабильны, чтобы непосредственно высвобождаться в раствор. (Исключение составляют сильно активированные производные, например, 2,4-динитроанилин.) +с ~Ф -С + ) (2.68) ЛО б. Атака нуклеофилом у насыщенного атома углерода Атака нуклеофилом у насыщенного атома углерода (например, бимолекулярная реакция, в ходе которой тиол атакует углерод метильной группы в $-аденозилметионине) сопровождается образованием переходного состояния,в котором к обычно четырехвалентному углероду присоединено пять групп (2.68).
глава 2 аз Такое число связей не является нормальным для углерода и свойственно лишь переходному состоянию. Это типичный пример «слабого» центра. Тяжелые, способные поляризоваться атомы, например атомы серы и иода (т. е. «слабые» лиганды), более реакционноспособны, чем слабо поляризующиеся атомы — кислород или азот (т. е. «сильные» лиганды). Способность кполяризации является главным фактором, определяющим нуклеофильность по отношению к алкильным группам и другим слабым центрам. В пределах любого данного класса соединений увеличение основности увеличивает нуклеофильность, однако при переходе от класса к классу более важным фактором становится способность к поляризации (табл.
2.6). Таблица 2.6 Относительная реакционная способность равлнчиык нуклеофнлова1 Реакцмонааа епоеобкоеть по отношенмю к реак. цноннае споеобноетн сн,вт рк, Нукаеоома '1З ип С, а., З П С. В.. Л апь ев т. Зое.. та !4( О»531. Как и в случае реакций с карбонильной группой, слабоосновные уходящие группы замещаются легче, чем группысвысокой основпостью. в. Активация уходящей группы Как ясно из предыдущего раздела, замещение сильноосновных групп в карбонильных соединениях и групп, связанных с насыщенным атомом углерода, затруднено. Крайним примером но ыо, т СНЗСО, С! СаНан НРОа Врон С НаМН 1" СХ 5Н" — 1,74 — 1,3 3,17 4,76 — 7,0 5„17 7,21 — 9,0 15,74 4,62 — 10,0 9,40 7 00 1,00 11 100 525 1,1.
10' 4,0 10а 6,3 10а 7,8 1Оа 1,6 1Оа 3 1. 1Оа 1,1 1Оа 1,3. 10а 1,3 ° 1Оа химичвскин катализ 89 такого рода является этерификация спирта карбоксилат-ионом. Для ее осуществления потребовалось бы образование тетраэдрического промежуточного соединения с двумя отрицательно заряженными атомами кислорода и последующим высвобождением О'-. т' ксо;+кон = к — с — о-- ксо,к+о' ОК' +н (2.69) М62" ]. 9 т Π— Р— Π— ~' — Π— ~ — Π— СН о о~о Г с о он он кнс (чнз О О !! Мя 'Р,О", +КНС вЂ” С вЂ” Π— Р— ОСН, зн, ОН ОН (2.70) [Заметьте, что в схеме (2.70) субстратом является комплекс АТР с магнием, причем ион Мд'+ является электрофильным катализатором].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
