Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Истинный катализ алкоголиза амидов наблюдается в тех случаях, когда образующийся сложный эфир гидролизуется до кислоты со скоростью большей, чем скорость образования эфира:
быстро „
R—C-OR + “ОН - ¦ —^ R—С—ОН + “OR2.
Однако алкоголиз амидов происходит очень медленно, и эта реакция была подробно исследована в противоположном направлении - как аминолиз сложных эфиров [1532,1533 b
Эффективность нуклеофильного катализа гидроксил-ионом видна из сравнения скорости щелочного гидролиза (см. табл.24) N-метилацетамида со скоростью некатализируемого (катализируемого водой) гидролиза этого соединения. Каталитическая эффективность ионов ОН” в концентрации 1 М составляет около 1-109 (при 25°С).
Окси-анионы могут осуществлять свое каталитическое действие по механизму общего основного катализа [1401]. Аналогично сопряженные им кислоты (спирты, фенолы и т.д.) будут функционировагь по механизму общего кислотною катализа. При этом возможно несколько механизмов и соответствующих им кинетических схем.
Так, медленная стадия может включать образование тетраэдрического промежуточного соединения и сопровождаться переносом протона:
О О"
НХ + R-H-'X ^--------- R-i-Y -» продукты.
вн+ I
Возможно также быстрое образование тетраэдрического соединения с последующим переносом протона и распадом тетраэдра:^
О ОН 0“
НХ + R-H-Y R-i-Y =в—R-i-Y -> продукты.
1 1
Для общего кислотного катализа возможны механизмы
0 ОН
1 ^ БН+ 1
R-C-Y + X ^ ~ R-C-Y-------» продукты,
X
О 0“ 0“ О
I быстро I ВН+
С-Y ^ ~ R-C-X - -
R-C-Y + ХН R-C-Y ^ R-C-X - - - R--C--X И YH.
t
Тип катализа определяется соотношением констант скоростей индивидуальных стадий
SH + В - ......- S“ + вн+.
продукты
Если и , т.е. наблюдаемая константа скорости k'=k^, то мы
имеем дело с общим катализом. Если же и fe то k’=k^k2/R ^ и
это случай специфического катализа.
Кроме того, механизмы общего катализа кинетически трудно отличить от ме-
ханизмов нуклеофильного катализа, поскольку в выражение для скорости во всех случаях вхсдят как концентрация субстрата, так и концентрация катализатора:
v = SCSHHB]. (20)
Более того, возможны случаи, когда механизм общего основного катализа кинетически эквивалентен механизму нуклеофильного катализа с участием сопряженной кислоты катализатора в качестве общего кислотного катализзтора (принцип кинетической эквивалентности; см. разд.3.4.1), например:
/0-НВ+
R-JU-X и R-C-X
о—“ОН н
Так как существует прототропное равновесие
В + н2о —. ВН+ + ОН", кинетическое уравнение (20) эквивалентно уравнению
= feCEH+] ЮН-]. (21)
Отличить общий катализ от нуклеофильного можно, проводя реакцию в тяжелой воде №г0). Так как при общем катьлизе стадией, лимитирующей скорость, является стадия, включающая перенос протона, то должно наблюдаться заметное (^ g/ftp 0«3) различие в скорости реакции в D20 по сравнению со скоростью в
Н20. Как уже отмечалось, интерпретация кинетического изотопного эффекта растворителя встречается с определенными трудностями (см. разд.3.3.3.).
Описано довольно чного примеров общего основного и общего кислотного катализа гидролитических реакций эфиров и амидов [1534-1536], а также реакций аминолиза эфиров и тиоэфиров [1537-15391. В большинстве случаев катализаторами служили относительно слабые окси-анионы и другие основания. Что касается сильных оснований, то они, как правило, функционируют по механизмам нуклеофильного или специфического (гидроксил- и гидроксоний-ионы) катализа.
3.4.4. Тиоловая группа
Тиоловая груша по сравнению со ^итоговой имеет значительно более низкое рКа<«7-9. Однако нуклеофильность тиолат-иона в реакциях присоединения к карбонильному углероду почги такая же, как и окси-аниона. Это обусловлено отк-
Таблица 28. Тиолиз амидов 2,2,2-трифторэтанолом и алкоголиз амидов ?г--яитрофенолом [1533]
Амид ftSH* м П° bRQ-, М-1с 1 рКа уходящей группы
сн3соннон 8,2.10-7 5,7-Ю-10 6,17
CH3C0NHNH2 4,5-Ю"8 2,8-10-1 1 8,20
/~\ 6,0.10-10 8.0.10-13 8,87
CH-CON 0
3 \_/
лонением алифатических окси-анионов и гидроксил-иона от обычной зависимости Бренстеда (см. разд.3.4.3). Тиолат-:юны обладают оолсе высокой нуклеофиль-ностью, чем сравнимые с ними по основности окси-анионы. Так, дианион о-мер-каптобензойной кислоты в 10-100 раз быстрее реагирует с п-нитрофенилацетатом, чем фенолят-ион И 5411.
