уклеофильного катализа, но при наличии любых других заместителей механизм катализируемого ацетат-ионом гидролиза меняется на общий основной. Переход от общего основного к нуклеофильному катализу в промотируемых имидазолом реакциях был исследован путем анализа взаимосвязи между реакционной способностью и строением на примере катализируемого имидазолом и гидроксид-ионом гидролиза ряда сложных эфиров. Соответствующие константы скорости в логарифмических координатах показаны на рис. 7.4. Константы скорости в случае гидроксид-иона отвечают одному и тому же механизму для всех сложных эфиров и поэтому могут быть использованы для построения эмпирической шкалы, отражающей структурные изменения. Электронные эффекты, которые можно учитывать в рамках уравнений Гаммета (ароматические о константы) и Тафта (алифатические гт* константы), пока приниматься во внимание не будут. Таким образом, при сопоставлении констант скорости катализируемых имидазолом реакций с константами скорости реакций, катализируемых гидроксид-ионом, автоматически будут выявляться те структурные факторы, которые влияют на реакционную способность. Заметим, что в ходе такого анализа необходимо принимать во внимание помимо смены механизма катализа

«ще один дополнительный фактор. Следует помнить о возможном изменении скоростьлимитирующей стадии в двухступенчатом процессе гидролиза сложных эфиров.

Верхняя ветвь на рис. 7.4 соответствует реакциям, идущим по механизму нуклеофильного катализа. Доказательством тому

служит обнаружение промежуточно образующегося N-ацетилимидазола. Нижняя ветвь соответствует реакциям, для которых более вероятным представляется механизм общего основного катализа. Некоторые из них обсуждаются в гл. 6.

В верхней части рис. 7.4 представлены данные для некоторых эфиров уксусной кислоты, содержащих хорошие уходящие группы. При перемещении вниз по верхней ветви графика уходящие группы последовательно ухудшаются. В случае субстратов с хорошими уходящими группами практически каждый промежуточный тет-рлэдрический продукт, образующийся в результате присоединения имидазола к карбонильной группе, превращается в продукты реакции. При этом следует ожидать, что константы скорости слабо зависят от изменения структуры уходящей группы, и поэтому между логарифмами констант скорости реакций, катализируемых имидазолом и гидроксид-ионом, наблюдается линейная зависимость с наклоном, равным 1,2. При переходе к субстратам с плохими уходящими группами в катализируемых имидазолом реакциях энергетический барьер превращения промежуточных частиц в продукты реакции становится выше энергетического барьера возврата к исходным реагентам, и поэтому скорость всего процесса начинает лимити роваться распадом промежуточных частиц (рис. 7.5) [19]. Таким образом, изменение структуры уходящей группы сразу начинает сказываться на константах скорости. На рис. 7.4 это-проявляется в том, что верхняя кривая резко уходит вниз. Наконец, при дальнейшем ухудшении уходящей группы скорость-катализируемого имидазолом маршрута настолько падает, что соответствующий вклад невозможно оценить. Это приводит к тому, что доминирующим становится общий основной маршрут гидролиза, который менее чувствителен к природе уходящей.

I 1 I I I I I—I I I I

Координата реакции Структурный параметр

Рис. 7.5. Диаграмма переходного состояния двухстадийной реакции, показывающая, как изменение структуры, принципиальным образом влияющее на вторую стадию, сказывается на нелинейной корреляции структура — реакционная способность. Из работы: Kirsch J. F., Jencks W. P., J. Am. Chem. Soc, 86, 845 (1964). © 1964 by the American Chemical Society.

группы. Двигаясь по сигмоидальной кривой на рис. 7.4, мы попадаем в точку, соответствующую поведению этилацетата. На этой кривой видны два излома. Один из них отражает изменение скоростьлимитирующей стадии: медленным становится распад тетраэдрического промежуточного продукта, а не его образование. Второй отражает переход от нуклеофильного механизма катализа к общему основному.

Следует отметить, что возможны и другие изменения механизма катализа. Если для соединения с хорошими уходящими группами, например для уксусного ангидрида и п-нитрофенил-ацетата, кинетический порядок реакции по имидазолу равен единице, то в случае ацетатов менее кислых фенолов порядок по имидазолу может быть равен двум (первый по нуклеофилу и первый по общему основанию) с одновременным сохранением маршрута первого порядка по имидазолу, в котором катализатор действует как нуклеофил. В родственных реакциях ацетатов ацетоксима и трифторэтанола, а также сложных эфиров, содержащих еще худшие уходящие группы, нуклеофильный катализ проявляется только под действием гидроксид-иона. Наконец, этил ацетат вообще не реагирует по нуклеофильному механизму.

7.3. Электрофильный катализ

Если исключить из рассмотрения катализ ионами металлов, обсуждающийся отдельно в гл. 9, а также пиридоксальфосфа-том, то можно сказать, что в катализе ферментами электрофиль