PH-ul unor sisteme de fluide corporale.
Funcționarea normală a organismelor vii este posibilă numai în condițiile unei anumite constante a pH-ului și a altor parametri ai mediului lor intern. Această constanță este susținută de sistemele tampon adecvate.
Cele mai multe reacții organice includ mai multe etape secvențiale (elementare). O descriere detaliată a combinației acestor etape se numește mecanism. Mecanismul reacției este ipoteza propusă pentru a explica datele experimentale. Poate fi rafinat și chiar schimbat odată cu apariția unor noi fapte și aprofundarea cunoștințelor.
Viteza generală a unei reacții chimice complexe este determinată (limitată) de viteza celei mai lente etape și viteza elementelor constitutive ale reacțiilor elementare este energia lor de activare Ea. Acesta din urmă este necesar pentru coliziunea eficientă a moleculelor, ceea ce duce la interacțiune. De asemenea, poate fi definită ca fiind energia necesară pentru realizarea unui sistem de stare de tranziție, altfel cunoscut ca un complex activat, transformarea acestuia în produse de reacție este deja spontan. Cu cât energia de activare a reacției este mai mică, cu atât viteza acesteia este mai mare.
Utilizarea catalizatorului reduce în mod semnificativ viteza de reacție datorată scăderii energiei de activare datorită formării unui complex intermediar activat. În organismele vii, rolul catalizatorilor foarte specifici se realizează prin enzime.
Enzima anhidrază carbonică catalizează reacțiile biochimice de hidratare a aldehidelor, esterilor și, de asemenea, dioxidul de carbon. Importanța vitală a acestei enzime este determinată de faptul că reglează aciditatea sângelui și, prin aceasta (desigur, împreună cu alți factori) - intensitatea procesului respirator. Reacția specială catalizată de anhidraza carbonică este conversia în echilibru a apei și a dioxidului de carbon în acid carbonic.
Această reacție este folosită de organism pentru a îndepărta dioxidul de carbon din celulele formate în ele ca urmare a activității vitale. Hidratarea CO2 necatalizată este prea lentă pentru a asigura transportul eficient de la țesuturi la plămâni. Activitatea anhidrazei carbonice este uimitoare: o moleculă a enzimei catalizează în fiecare minut hidratarea »3,6 × 10 7 molecule de dioxid de carbon.
Schema de bază a anhidrazei carbonice este după cum urmează. Carboangihidra este o proteină formată din fragmente de 260 de aminoacizi. Molecula de apă pierde protonul pe locul activ al enzimei, care acționează ca bază. Aceasta formează o bază conjugată Noe - ion hidroxid, care este atașat la o moleculă de carbon-diok sida același mod ca și în reacția ionului hidroxid la alți compuși carbonil. În esență, această adăugare este o reacție Lewis bazată pe acid.
Aciditatea apei, totuși, nu este atât de ridicată încât un proton din ea poate fi ușor distrus. Prin urmare, anhidraza carbonică are nevoie de ajutor. Acest lucru se datorează cofactorului ei - unul dintre microelementele prezente în organism, și anume ionul Zn2 +. Ca acid Lewis, acesta este coordonat cu privire la atomul de oxigen al moleculei de apă și astfel facilitează în mod substanțial distrugerea protonului de către situsul activ al anhidrazei carbonice. La reacțiile modelului, a fost determinată influența ionului de zinc ca cofactor. Acest ion crește viteza reacției de hidratare a compusului carbonil cu mai mult de 6 milioane de ori comparativ cu reacția necatalizată.
Reactivitatea trebuie să fie întotdeauna luată în considerare numai în relația cu partenerul reacționar. Substanța însăși este numită substrat, iar compusul care acționează asupra ei (particula de reacție) este un reactiv. Substratul, ca regulă, se numește substanța în care atomul de carbon sparge vechiul și formarea unei noi legături. În procesele biochimice, reactivii iau în considerare enzimele și substanțele supuse acțiunii lor, substraturi. În cursul transformării chimice, întreaga moleculă nu este de obicei afectată, însă numai o parte din ea este centrul de reacție.
Tipuri de reacții în chimia organică
Varietatea reacțiilor organice conduce la oportunitatea clasificării lor în funcție de următoarele caracteristici:
1. Natura electronică a reactivilor (reacții nucleofile, electrofile, radicali liberi).
Reactivii nucleofili sunt anioni sau molecule singulare sau poliatomice care au centre cu densitate electronică crescută. Acestea includ anioni și molecule, cum ar fi HO -. RO -. Cl -. Br -. RCOO -. CN -. R -. NH3. C2H5OH, etc.
Reactivii electrofili sunt cationi, molecule simple sau complexe care, în sine sau în prezența unui catalizator, au o afinitate crescută pentru o pereche de electroni sau centre moleculare încărcate negativ. Acestea includ cationii H +. Cl +. + NO2. + SO3H, R + și molecule cu orbitale libere de AICI3. ZnCl2 și altele asemenea.
Radicalii liberi sunt particule neutre din punct de vedere electric care au un electron neparat, de exemplu: Cl. · NO2.
2. prin schimbarea numărului de particule în timpul reacției (substituție, adiție, scindare, descompunere, OVP etc.).
În cazul reacțiilor de substituție într-o moleculă, un atom (sau grup de atomi) este înlocuit cu un alt atom (sau grup de atomi), rezultând formarea de noi compuși:
În timpul reacțiilor de adiție a două (sau mai multe) molecule, se formează o nouă substanță:
Ca rezultat al reacției de scindare, se formează o nouă substanță organică, care conține o legătură multiplă:
Reacțiile de descompunere duc la formarea a două sau mai multe substanțe dintr-o substanță cu o structură mai simplă:
3. atribute private (hidratare și deshidratare, hidrogenare și dehidrogenare, nitrare, sulfonare, halogenare, acilare, alchilare, carboxilare și enolizare decarboxilare, ciclurile de închidere și deschidere, izomerizare de degradare oxidare, piroliza, polimerizare, condensare, etc.).
4. Mecanisme de etape de reacție elementare (SN substituție nucleofilă. Substituția electrofilă SE. Substituției Free radical SR. Clivaj Împerecheat, eliminare sau E, plus nucleofilă sau electrofilă AdE și adn și t. D.).
Să luăm în considerare câteva exemple.
Exemplul 1. Atunci când se aplică doze mari de hidrazină sau derivați ai acesteia în organism, se observă tulburări nervoase. Care este baza chimică pentru acțiunea hidrazinei, dacă se știe că reacționează cu coenzima cu piridoxalfosfat?
Soluția. Pyridoxal fosfatul este un compus heterociclic care conține în ciclu, împreună cu alți substituenți, o grupă aldehidică. Hydrazin NH2-NH2 ca reactiv nucleofilic reacționează cu un atom de carbon carbonil. conexiune polarizat-P al grupării carbonil ușor de spart, și între atomul de carbon carbonil și atomul de azot este o legătură covalentă perechi donor-acceptor de electroni datorită moleculei atom de azot hidrazină.
Ionul dipolar rezultat ca urmare a trecerii unui proton de la un atom de azot încărcat pozitiv (centrul acidului) la un anion (centrul principal) se transformă într-un compus neutru. În acest compus, atomul de carbon conține simultan două grupuri de absorbție de electroni, deci este instabilă și intră într-o stare mai stabilă prin desprinderea moleculei de apă. Produsul final al reacției de adăugare-clivare descrisă este hidrazona piridoxal fosfat.
Formarea hidrazonei duce la blocarea grupării aldehidă a piridoxalfosfatului, care perturbă interacțiunea sa ca o coenzimă cu gruparea amino a acidului glutamic. Această reacție este una dintre etapele de conversie a acidului glutamic într-un acid g-aminobutiric în organism. Blocarea aceluiași coenzim cu hidrazină duce la o lipsă a acidului g-aminobutiric, care inhibă conducerea impulsurilor nervoase.
Exemplul 2. În procesul de metabolizare în organismele vii, acidul fumaric se transformă în mere. Cum pot obține acidul malic din acidul fumaric in vitro?
Soluția. Acidul fumaric este un acid dibazic nesaturat, care poate fi considerat ca o alchenă substituită. Acidul apicos aparține acizilor hidroxi saturați dibazici.
Tranziția de la acidul fumaric la mar este realizată prin adăugarea apei peste o legătură multiplă, adică prin reacția de hidratare. Hidratarea alchenelor se efectuează într-o soluție apoasă diluată de acid tare, de exemplu acid sulfuric. Acidul servește ca sursă a particulelor electrofile - protonul H +.
Densitatea electronică a legăturii p carbon-carbon în molecula de acid fumaric este redusă datorită acțiunii de retragere a electronilor a două grupări carboxil. Prin urmare, hidratarea acidului fumaric se efectuează în condiții relativ stricte (încălzirea cu o soluție apoasă diluată de acid la o temperatură de 150-200 ° C).
Hidratarea acidului fumaric se realizează conform mecanismului obișnuit de atașare a AE electrofilă pentru alchenă. Protonul interacționează cu o legătură multiplă în molecula de acid fumaric. Carbocația formată este atașată de un reactiv nucleofilic - o moleculă de apă. Alchiloxoniul ionic, fiind un acid puternic, scindează protonul (revenirea catalizatorului). Ca rezultat, se formează produsul de reacție - acidul malic.
Hidratarea acidului fumaric in vitro conduce la formarea unui racemat - un amestec de cantități egale de doi enantiomeri ai acidului ib-lactic. În organism, această reacție este catalizată de o enzimă-fumarază, care se caracterizează prin specificitate spațială strictă, ceea ce duce la formarea numai a acidului L-măr. Acesta este un exemplu de curs selectiv (selectiv) al reacției.
Direcția reacției chimice este determinată de o combinație a mai multor factori.
Factori statici. Reactivitatea compușilor depinde în mod semnificativ de distribuția densității electronilor în moleculele lor, care la rândul lor este determinată de efectele electronice ale substituenților și de prezența fragmentelor conjugate și aromatice. Non-uniformitatea distribuției densității electronice caracteristică pentru majoritatea compușilor este motivul apariției centrelor de reacție din moleculă, care predetermină direcția de atac de către un anumit reactiv (factor electronic).
Structura spațială a moleculei determină factorul spațial, când, datorită relativ mari substituenților de volum spațial care înconjoară locul de reacție, să poate fi dificil să se apropie particulele atacator. În același timp, reacția fie nu va fi realizată deloc, fie va merge într-o direcție diferită cu participarea unui alt centru de reacție mai accesibil dacă există în moleculă.
Factori dinamici. Procesele în mai multe etape includ, în general, etapele de formare intermediară a intermediarilor instabili având o reactivitate ridicată. Adesea se poate presupune formarea a nu unuia, ci a mai multor intermediari. Reacția va trece, de preferință, prin etapa de formare a unui intermediar relativ mai stabil. Stabilitatea relativă a intermediarilor, în special, acționează adesea specii intermediare foarte reactive ale carbocationilor, carbanionilor și a radicalilor liberi determinate de capacitatea acestor particule la delocalizare a densității de electroni.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: