Cтраница 3
Основная группа с рКа около 4, от которой зависят как ацили-рование, так и дезацилирование, почти наверняка соответствует имидазолу гистиднна-159. Структурные исследования свидетельствуют также в пользу участия этой группы в качестве общего основного катализатора на первой стадии процесса ацилирова-ния. Есть основания также полагать, что и дезацилирование подчиняется механизму общего основного катализа. [31]
В результате гидролиза, протекающего по типу общего основного катализа ( k00), образуется карбоновая кислота в отличие от реакции нуклеофильного замещения ( &), приводящей к образованию ацетанилида. В системе этил-дихлорацетат - трис ( оксиметил) аминометан [ трис ] основным продуктом реакции является ацилированный трис. Таким образом, из анализа продуктов гидролиза следует, что гидролиз в присутствии слабоосновного анилина проходит по механизму общего основного катализа, в то время как более сильные основания ( аммиак, ионы аммония или трис) либо в какой-то мере являются обобщенными основаниями, либо вовсе не являются ими. [32]
Может также возникнуть вопрос: почему один из данной серии субстратов реагирует по механизму общего основного катализа, а другой - по нуклеофильному. Изменение механизма легко проследить на реакции катализируемого имидазолом гидролиза сложных эфиров различного строения. Сложные эфиры; с активированной ацильной группировкой, а также содержащие плохие уходящие группы в присутствии имидазола реагируют по механизму общего основного катализа. С другой стороны, сложные эфиры с хорошей уходящей группой реагируют в тех же условиях по механизму Нуклеофильного катализа. [33]
Эффективными катализаторами реакций по карбонильным центрам являются определенные молекулы, с помощью которых могут осуществляться синхронные переносы протона. В этом случае когда роль катализатора выполняет пиридон-2, а не присутствующая в переходнрм состоянии вторая молекула бутиламина ( действующая по механизму общего основного катализа) суммарная скорость процесса возрастала в 500 раз. Для того чтобы точнее выразить роль пиридоиа-2 б переносе протона, его называют таутомерным катализатором. [34]
Так как для процессов, идущих по механизму нуклеофильного катализа, тангенсы угла наклона на бренстедовских зависимостях больше, чем для процессов, идущих по механизму общего основного катализа, более сильные основания будут преимущественно действовать как нуклеофилы, а более слабые - как общие основные катализаторы. Таким образом, появление излома на зависимостях типа бренстедовских можно объяснить сменой механизма общего основного катализа, характерного для более слабых оснований, на нуклеофильный, типичный для более сильных оснований. Следует отметить, что зависимость, изображенная на рис. 7.3, не является чисто гипотетической. Она схематично отражает ситуацию, реализующуюся при гидролизе этилдихлорацетата под действием ряда оснований. Гидролиз идет по механизму общего основного катализа, если основность катализаторов ниже основности аммония. [35]
Было показано, что эфир ( 1 - 202) гидролизуется без участия имидазола. Из характера рН - зависимости для гидролиза этого соединения следует, что катализ осуществляется только гидро-ксильными ионами. Однако константа скорости второго порядка процесса гидролиза, катализируемого гидроксильным ионом, превышает соответствующую величину для гидролиза высоко реакционноспособного я-нитрофенилацетата, катализируемого ионом гидроксила, в 10 раз, а бензилацетата - в 104 раз. Следовательно, реакционная способность соединения ( 1 - 202) по отношению к иону гидроксила сравнима с реакционной способностью ангидрида по отношению к тому же агенту. Кроме того, было показано, что гидролиз эфира ( 1 - 202) катализируется ацетат-ионом, пиридином и имидазолом по механизму общего основного катализа и протекает путем аномального расщепления связи алкил - кислород. [36]
Известен также другой тип катализа имидазолом. При гидролизе эфиров с электроноакцеп-торной карбонильной группой имидазол может выступать в роли обобщенного основания, облегчая атаку молекулой воды. Этот тип катализа также проявляется в некоторых случаях при гидролизе эфиров, образованных нормальными карбоновыми кислотами и спиртами с кислыми гидроксильными группами. Нуклео-фильный и общий основной механизмы катализа, катализируемого имидазолом, являются кинетически неразличимыми процессами. Различие между ними может быть обнаружено на основе изучения кинетического изотопного эффекта в дейтерированной воде. Кроме того, обнаружение N-ацетилимидазола указывает на нуклеофильный катализ. Эфиры, гидролиз которых в присутствии имидазола протекает по механизму общего основного катализа, в водных растворах обычно подвергаются заметному спонтанному гидролизу. [37]
В основе этого предположения лежит то, что ацетат катализирует гидролиз уксуснопропионового ангидрида с промежуточным образованием уксусного ангидрида, обладающего большой реакционной способностью, и то, что н-нитрофенилацетат и 2, 4-динитрофенилацетат можно считать смешанными ангидридами. В настоящее время, по-видимому, нельзя считать, что нук-леофильный катализ в данном случае является преобладающим механизмом. Батлер и Голд [177] при изучении гидролиза / г-ни-трофенилацетата, катализируемого ацетат-ионом, предложили использовать анилиновую ловушку по методу Коскикаллио [178] для обнаружения промежуточно образующегося уксусного ангидрида. В специальных исследованиях было показано, что сольволиз уксусного ангидрида в присутствии анилина приводит к превращению уксусного ангидрида на 84 % в ацетанилид в условиях, идентичных используемым для захвата уксусного ангидрида. На основании этих результатов можно было ожидать, что выход ацетанилида должен составлять 57 %, если механизм катализа включает промежуточное образование уксусного ангидрида. Экспериментально установлено, что только 20 % эфира превращается в ацетанилид, причем большая часть ацетанилида образуется в результате прямой реакции анилина с эфиром. Таким образом, гидролиз ге-нитрофенилацетата, катализируемый ацетат-ионом, является, по-видимому, реакцией общего основного катализа, причем ацетат-ион облегчает замещение нитрофенола молекулой воды. Этот результат, который сначала показался неожиданным, имеет прецеденты. Так, гидролиз уксусного ангидрида в присутствии ацетат-иона протекает по механизму общего основного катализа. [38]