Супрамолекулярная химия - 5.Супрамолекулярная реакционная способность и катализ - 48 - читать

Супрамолекулярная химия(Страница: 48)

Страница: 
48

Супрамолекулярная химия читать 5.Супрамолекулярная реакционная способность и катализ 48

К числу важнейших задач химии, науки о веществах и их превращениях, относится создание высокоэффективных иселективных реагентов,и катализаторов.

Знание того, какими замечательными свойствами обладают природные катализаторы, ферменты, служит мощным стимулом и источником вдохновения при разработке новых катализаторов. При этом за основу могут браться уже существующие в природе соединения либо, напротив, могут предприниматься попытки создать абсолютно искусственные катализаторы, которые в то же время будут обладать эффективностью и селективностью природных. В своей Нобелевской лекции в1902г. Эмиль Фишер проявил замечательную способность к научному предвидению, сказав: “Я предвижу время, когда физиологическая химия не только будет более широко использовать природные ферменты, но и перейдет к созданию их синтетических аналогов"[5.1].

Поскольку ферментативные реакции включают как необходимые стадии связывание со вполне определенным субстратом и последующую химическую реакцию, они обладают необходимыми чертами супрамолекулярного процесса. С другой стороны, реакционная способность и катализ относятся к главным особенностям и функциональным свойствам супрамолекулярных систем[1.7, 1.29].Молекулярные рецепторы, содержащие помимо центров связывания соответствующие реакционноспособные группы, могут образовывать комплекс с субстратом (характеризуемый определенной устойчивостью, селективностью и кинетикой образования), вступать с ним в химические реакции (с определенной скоростью и селективностью, с регенерацией рецептора и без нее) и отщеплять от себя продукты реакции, регенерируя реагент для нового цикла превращения (рис.6).

Супрамолекулярные реакции и катализ включают две главные стадии:связывание, при котором выбирается субстрат, ипревращениесвязанных в супермолекулу частиц в продукты. Для обеих стадий требуется молекулярноераспознаваниепродуктивного субстрата. Равно необходимо, чтобы в реакционноспособном рецепторе содержалась правильная молекулярная информация. Отличие от реакций отдельных молекул заключается в том, что собственно химическому превращению необходимо предшествует стадия связывания. Для каталитических процессов дополнительно требуется еще и третьястадия—отщеплениесубстрата.

image44.png

Рис. 6. Схематичное представление процесса супрамолекулярного катализа.

На стадии связывания происходит не только выбор субстрата. Для того чтобы сделать возможной химическую реакцию, связывание должно продеформировать, конформационно изменить субстрат[5.2]так, чтобы подготовить переход в переходное состояние данной реакции. Таким образом, эффективный катализатор должен образовывать более прочную связь с субстратом в переходном состоянии, чем в основном, для того чтобы связывание субстрата с катализатором приводило к снижению энергии активации реакции субстрата[5.3, 5.4].В то же время дизайн катализаторов, способных к оптимальной стабилизации переходного состояния, не сводится к поиску систем, в которых будет осуществляться наиболее прочное связывание точных аналогов переходного состояния (АПС)(StrictTransitionStateAnalogues,TSA)субстрата. Скорее, необходимо оптимизировать связываниеАПС—X(TSA—X), т. е. АПС(TSA)без X, где X обозначает атом(ы) функциональной группы (групп) в катализаторе, который (е) вступает (ют) в реакцию со связанным субстратом.

Медиа

See video
Видео
Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 110 элементов:...
02.04.2013 | 6:58
3,062
See video
Видео
Сервис Нигма-Химия и многие функции Нигма-математики не имеют аналогов ни в России, ни в мире.Начиная с 2009 года, Нигма разрабатывает интеллектуальную...
02.04.2013 | 6:58
3,683
See video
Видео
Основным источником этанола является нефтехимический синтез, использующий реакцию, гидратации этилена в присутствии различных катализаторов. Известны также...
02.04.2013 | 6:58
3,216