из

Гидратация сиж-дихлорацетона {в 95%-ном водном диоксане (по объему)} под действием имидазола может также идти по механизму лолифункционального катализа. В интервале концентраций имидазола от 0 до 0,6 моль/л реакция имеет одновременно маршруты первого и второго порядка по катализатору. При катализе другими вторичными и третичными аминами.

включая N-метилимидазол, скорость гидратации пропорциональна концентрации катализатора только в первой степени. Если реакцию катализируют общие основания, то квадратичная зависимость скорости от концентрации катализатора может означать наличие общего основного катализа в катализируемом общим основанием процессе. Возможное переходное состояние дегидратации показано ниже, хотя определенную сложность в такую интерпретацию вносит возможность ассоциации имидазола в среде с низкой диэлектрической проницаемостью.

С1

11.2.3. Общий кислотный — общий основной катализ

Одновременное проявление общего кислотного и общего основного катализа можно установить, измеряя зависимость скорости реакции от концентрации каждого из катализаторов. Скорость некоторых реакций, например галогенирования кетонов, гидратации дихлорацетона, а также образования кетона из аниона щавелевоуксусной кислоты, зависит от концентраций общей кислоты и общего основания. Однако реакции, скорость которых пропорциональна как концентрации карбоновой кислоты, так и карбоксилат-иона, нельзя строго отнести к процессам, где реализуется полифункциональный катализ. Эти реакции могут катализироваться димерными (основными) частицами типа НАг, которые в принципе могут существовать в растворе. Кинетически эти две возможности неразличимы.

11.2.4. Нуклеофильный — общий основной катализ

Если катализируемый имидазолом гидролиз л-нитрофенил-ацетата идет по механизму нуклеофильного катализа, то нуклео-фильно катализируемый имидазолом гидролиз сложных эфиров с худшими уходящими группами, например л-метилфеноксид-ной или л-метоксифеноксидной, ускоряется под действием дополнительной молекулы имидазола, действующей как общее основание. Гидролиз сложных эфиров с еще более плохими уходящими группами, например фенилацетата, трифторэтилаце-тата и ацетоксимацетата, в дополнение к нуклеофильному катализу имидазолом ускоряется под действием гидроксид-иона, также действующего как общее основание [3].

Маршрут второго порядка по имидазолу является следствием общего основного катализа, накладывающегося на нуклеофильный. Об этом говорит наличие дейтериевого изотопного эффекта, который не наблюдается в маршруте первого порядка как по имидазолу, так и по я-нитрофенилацетату. При катализе N-метилимидазолом маршрут второго порядка по катализатору не проявляется. Это свидетельствует о том, что в идущей в присутствии имидазола реакции одна молекула катализатора помогает второй путем отрыва протона [соединение 11.1 на схеме (11.3)]. Возможны и другие объяснения этого эффекта. Например, катализатор может облегчать диссоциацию спиртовой группы, атакуя промежуточный тетраэдрический продукт 11.2 или предоставляя протон уходящему спирту, см. структуру 11.3. Ускорение гидроксид-ионом катализируемой имидазолом реакции может также происходить в результате равновесного образования аниона имидазола, который выступает в качестве нуклеофильного агента.

Н^ о- ^в

V СНэсАж CH3cA)R

О К ,К (,,'3)

н N ^

ИЛ П.1 11-3

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.

11.2.5. Нуклеофильно-электрофильный катализ

Под действием фермента гидроксиметилазы в присутствии коферментов — тетрагидрофолиевой кислоты и пиридоксальфос-фата — аминокислота серии разрушается с образованием глицина и «активированного» формальдегида. Действие этого фермента с успехом моделирует система, в состав которой входят г<,г4'-диарилэтилендиамин, пиридоксальфосфат и ион металла при рН 5,5 [4]. Необходимо, однако, отметить, что данная система не является истинным катализатором процесса деструкции серина, так как в ходе реакции не происходит регенерации каталитической системы. В этом процессе пиридоксальфосфат действует как электрофильный рецептор, а Ы,№-диарилэтилендиамин —как нуклеофил. Удаление любого из этих двух реагентов из реакционной смеси приводит к остановке реакции. Ниже показан возможный механизм реакции:

н

HOCHj-C-COJ

сно

Ключевой стадией на схеме (11.4) является взаимодействие диамина с имином аминокислоты. В этой реакции диамин выступает как нуклеофил, а пиридоксаль — как электрофил, причем оба катализатора одновременно облегчают расщепление связи углерод — углерод в очень мягких условиях. В ферментативных реакциях в качестве нуклеофила вместо диарилэтилен-диамина эффективно действует тетрагидрофолиевая кисл