к льюисова кислота, которая облегчает атаку на координированный ангидрид внешнего нуклеофила, так как сродство более реакционно-способного коордннироваиного ангидрида к более сильному нук-леофилу (гидроксид-иону) должно ослабевать, а не усиливаться

ИИон цинка в ацетонитриле катализирует восстановление альдегида (1,10-фенантролин-2-карбоксальдегида) под действием аналога NADH К-пропил-1,4-дигидроникотинамида [схема (9.7)]. В этом случае альдегид или координирован, или по крайней мере максимально приближен к иону металла, а его карбонильная группа активирована вследствие поляризации. Альдегидный комплекс с ионом Zn2+ сначала образует интермедиат с аналогом NADH, а затем следует прямой перенос протона, протекающий, как в ферментативной реакции. Эффективность ионов цинка очевидна: реакция не идет в отсутствие катализатора. Эта модельная система может имитировать фермент алкоголь-дегидрогеназу, который содержит ион (ионы) цинка вне активного центра белка.

СНЭ "COO"

но катализируют гидролиз и аминолиз (под действием триса) бензилпенициллина. В этой системе ионы Си2+ и Ni2+ не реак-ционноспособны. Скорость расходования пенициллина является линейной функцией концентрации ионов цинка вплоть до их содержания 10^5 моль/л, тогда как зависимость скорости реакции от концентрации трис-буфера при всех значениях рН достигает предельной величины при концентрации 0,02— 0,03 моль/л. При высоких концентрациях трис-буфера скорость

RCONH-NО

о-I

сн2NH2

сн7он сн2он

Рис. 9.4. Схематическое изображение тройного комплекса цинк—трис—пенициллин.

реакции перестает зависеть от его концентрации. Анализ продуктов показал, что при низких концентрациях трис-буфера в основном образуется пенициллиновая кислота, а при высоких —? N- (пенициллоил)-трис. В соответствии с предложенным механизмом реакция протекает через образование тройного комплекса, роль металла в котором сводится, с одной стороны, к сближению реагентов (пенициллина и трис-буфера), а с другой —: к понижению рКа гидрокси-группы трис-буфера, т. е. к формированию сильного нуклеофила (рис. 9.4) [9]. Предложенный механизм объясняет характер получающихся продуктов, а также отсутствие каталитической активности у ионов других металлов. Эта реакция в определенном смысле моделирует механизм действия известного цинк-зависимого фермента р-лзктамазы.

Из строения промежуточного продукта (рис. 9.4). следует, что продуктом распада тройного комплекса мог бы быть трисо-вый эфир пенициллиновой кислоты. Известно, что такие эфиры довольно легко гидролизуются, а также подвергаются аминоли-зу. Можно ожидать, что при наличии тройного промежуточного комплекса возможно образование и кислоты, и амида, причем относительное содержание последнего должно возрастать при увеличении концентрации трис-буфера, но не зависеть от скорости расходования пенициллина. Результаты анализа продуктов полностью согласуются с предположением о промежуточном образовании тройного комплекса.

Отсутствие реакционной способности у ионов Си2+ и Ni2+ вплоть до концентраций Ю-3 моль/л и рН 8, вероятно, результат хелатирования ионов металлов трис-буфером, затрудняющего взаимодействие с пенициллином. Константы образования хе

латных комплексов ионов металлов с трис-буфером приведены в табл. 9.1.

Ионы металлов катализируют гидролиз галогенидов фосфорной и фосфоновой кислот, сложных эфиров фосфорной кислоты [10] и различных ангидридов фосфорной кислоты, включая ацил-фосфаты, пирофосфаты и трифосфаты. Гидролиз диизопропил-фторфосфата и изопропилметилфторфосфоната (зарина) катализируется солями многих металлов и хелатами типа М0О42-, Ce(III), Mn(II), Cu(II), WO42- и Cr042- Наиболее эффективный маршрут гидролиза зарина под действием ионов церия(III), меди (II) и марганца (II) включает образование бифункциональных частиц, содержащих нуклеофильный (гидроксид-ион) и электрофильный (ион металла) центры. Хотя гидроксо-комплексы — существенно более слабые основания по сравнению со свободным гидроксид-ионом, их каталитическая активность примерно в 10 раз выше.

Катализируемый лутидином (являющимся общим основанием) сольволиз тетрабензилпирофосфата дополнительно катализируется ионами кальция [схема (9.8)]. В присутствии 0,02 моль/л ионов кальция и 0,2 моль/л лутидина (2,6-диметил-пиридина) скорость сольволиза тетрабензилпирофосфата (с разрывом связи Р—О—Р) возрастает, почти в миллион раз по сравнению со скоростью некатализируемой реакции, причем каждый из катализаторов приводит примерно к тысячекратному эффекту [11]. Двухзарядный катион способен хелатировать оба атома кислорода пирофосфата, облегчая атаку нуклеофила на атом фосфора.

,-Са?*

ОО О О

(PhCH20)2POP(OCH2Ph)2 +Ы=+ —4PhCH2ObP4 .P(OCH2Ph)2

О ly-oJ

лутидин продукт гидролиза

Нуклеофильные реакции ацетилфосфатов катализируются такими ионами, как ионы магния, кальция, кобальта, марганца, никеля, цинка и лития. Ионы кальция катализируют гидролиз как в нейтральной, так и в щелочной среде. Постулируемый хелатный промежуточный комплекс показан на с