Click here to load reader

Wykład specjalizacyjny

  • View
    35

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Wykład specjalizacyjny. BADANIE MECHANIZMÓW REAKCJI. Prof. dr hab. Marianna Kańska. Mechanizm reakcji. Mechanizm opisuje przebieg reakcji chemicznej. Mówi on o tym: a) które wiązania ulegają pęknięciu, b) jakie wiązania się się tworzą, c) jaka jest kolejność tych zjawisk, - PowerPoint PPT Presentation

Text of Wykład specjalizacyjny

  • Wykad specjalizacyjnyBADANIE MECHANIZMW REAKCJIProf. dr hab. Marianna Kaska

  • IZOTOPOWE METODY BADANIA MECHANIZMW REAKCJI

    Ustalenie mechanizmw reakcji jest jednym z bardzo wanych zada fizykochemii organicznej, ktra uatwia zrozumienie i sterowanie zoonymi syntezami zwizkw biologicznie czynnych. Znajomo mechanizmw reakcji uatwia odtworzenie in vitro przebiegu syntez, zachodzcych in vivo w organizmach ywych, oraz opracowanie nowych drg syntezy bardzo skomplikowanych zwizkw organicznych. W badaniach mechanizmw reakcji stosuje si rne metody eksperymentalne, a wrd nich rwnie metody izotopowe.

    W chemii organicznej mona wyrni trzy metody, gdzie stosuje si znakowanie izotopami zarwno promieniotwrczymi, jak i stabilnymi.

  • 1. Metoda wskanikw izotopowych, ktra umoliwia w warunkach laboratoryjnych lub in vivo przeledzenie drogi interesujcego nas atomu, lub stabilnych grup atomw, w czsteczce biorcej udzia w reakcji organicznej lub bioorganicznej.

    2. Metoda specyficznej wymiany izotopowej, ktra jest stosowana w radiochemii i znajduje szerokie zastosowanie w syntezie znakowych zwizkw organicznych oraz w badaniu trwaoci wiza. Dziki tej metodzie ustalono, ktre atomy wodoru w czsteczce organicznej s labilne i wymieniaj si miejscami z wodorami labilnymi czsteczek rozpuszczalnika zawierajcymi wodory np. w grupach aminowych, hydroksylowych, czy merkaptanowych. Takie radiochemiczne wstpne informacje s czsto wykorzystywane w syntezach zwizkw organicznych znakowanych metod wymiany izotopowej. Istnieje bogata literatura na temat wymian izotopowych, a mimo to metoda ta w dalszym cigu jest wykorzystywana do ustalania struktury skomplikowanych zwizkw organicznych

  • 3. Metoda kinetycznego efektu izotopowego, KEI- (Kinetic Isotope Effect, KIE), ktra polega na wyznaczeniu staych szybkoci przebiegajcych reakcji z uyciem ciszego i lejszego izotopu. Najczciej wyznaczane s KEI deuteru, trytu i wgla. Czsteczka chemiczna, wykorzystywana w tych badaniach, jest znakowana izotopem w cile okrelonym miejscu. Korelacja midzy dowiadczalnie zmierzonym, a teoretycznie wyliczonym KEI jest jedn z najlepszych metod do wyjanienia struktury i detali kompleksu aktywnego, a take zmian, jakie zachodz w wizaniu w trakcie przechodzenia od substratu do produktu. Metoda KEI jest szczeglnie uyteczna, kiedy do badania mechanizmu danej reakcji uywa si kolejno substratw znakowanych w rnych pozycjach, przy ktrych mog wystpowa zmiany w wizaniach chemicznych. Dodatkowych cennych szczegw moe dostarczy uycie substratu z rnymi podstawnikami, indukujcymi zmiany w otoczeniu wiza ulegajcych przeksztaceniu w trakcie badanego procesu.

  • Mechanizm reakcjiMechanizm opisuje przebieg reakcji chemicznej. Mwi on o tym:

    a) ktre wizania ulegaj pkniciu,b) jakie wizania si si tworz, c) jaka jest kolejno tych zjawisk,d) z ilu etapw skada si rozpatrywany proces,e) jakie s wzgldne szybkoci poszczeglnych etapw

    Poznanie odpowiedzi na te pytania jest czsto bardzo trudnym zadaniem.Szczeglnie moe to by skomplikowane w przypadku reakcji enzymaty-cznych, ze wzgldu na zoon struktur enzymu i zachodzce procesy katalityczne.

  • Metody wyznaczania mechanizmw reakcji1. Badanie produktw produktw reakcji: identyfikacja, dowody stereochemiczne.

    2. Badanie produktw porednich: izolacja produktw porednich, wykrywanie produktw porednich (metody spektroskopowe i rezonansowe), wychwycenie produktw porednich (przy zaoeniu, e produkt poredni bdzie reagowa z danym reagentem dajc cile okrelony produkt), dodatek oczekiwanego produku poredniego.

    3. Badania kinetyczne: rwnanie kinetyczne (mechanizm musi objania obserwowane rwnanie i rzd reakcji), badania katalizy (rwnie inhibicji), efekty izotopowe.

    4. Stosowanie czsteczek znakowanych izotopowo (analiza produktw takimi technikami, jak MS, NMR itp.).

  • Kinetyczny efekt izotopowy k1A + 1B ------------ A1B

    k2A + 2B ------------ A2B

    k1 -staa szybkoci reakcji z udziaem izotopu lejszego (1B)

    k2 -staa szybkoci reakcji z udziaem izotopu lejszego (2B)

  • Kinetyczny efekt izotopowy Jednym z najpotniejszych narzdzi w badaniu mechanizmw reakcji jest metoda kinetycznego efektu izotopowego. Jest ona bardzo czsto stosowana do badania mechanizmw reakcji enzymatycznych.Teoretyczne wyjanienie kinetycznych efektw izotopowych jest zoonym i trudnym zadaniem. Z praktycznego punktu widzenia istotne jest jedynie uzmysowienie sensu fizycznego tego zjawiska. Zastpienie atomu pierwiastka, w czsteczce zwizku biorcym udzia w reakcji, na jego ciszy izotop czsto powoduje zmian szybkoci reakcji. Rna szybko tych dwch reakcji jest nazywana kinetycznym efektem izotopowym i okrela si j jako stosunek staych szybkoci:

    kiz. lejszego / kiz. ciszego

  • Rnica ta wynika z tego, e energia oscylacyjna wizania chemicznego na najniszym moliwym poziomie (zero-point energy) nie jest zerowa (wynosi: E = h) i zaley od masy zredukowanej:

    = zgodnie z prawem Hooka:

    (k- staa siowa niezalena od masy).

    Z tego wynika e wizanie z ciszym izotopem bdzie miao nisz energi oscylacji i rozerwanie wizania bdzie wymagao wikszej energii.

  • Obrazowo przedstawiono to na poniszym schemacie: Energia dysocjacji wiza C-H i C-DTa wanie rnica w energiach dysocjacji jest powodem rnych szybkoci procesw z udziaem izotopw. Efekt izotopowy obserwujemy jedynie wwczas, gdy rozpatrywany etap jest wystarczajco wolny, aby mie decydujcy wpyw na szybko caego procesu.

  • Kinetyczne efekty izotopowe. Najwaniejsze kryteria podziau.1. Podzia KEI ze wzgldu na wielko stosunku efekty normalne, wystpuj wwczas gdy szybko reakcji dla zwizku z izotopem lejszym jest wiksza ni dla zwizku z izotopem ciszym brak efektu izotopowego efekty odwrotne (obserwowane rzadko) gdy:

    > 1

    _1061666507.unknown

    = 1

    _1061666507.unknown

    < 1

    _1061666507.unknown

  • Metody wyznaczania mechanizmw reakcji1. Badanie produktw produktw reakcji: identyfikacja, dowody stereochemiczne.

    2. Badanie produktw porednich: izolacja produktw porednich, wykrywanie produktw porednich (metody spektroskopowe i rezonansowe), wychwycenie produktw porednich (przy zaoeniu, e produkt poredni bdzie reagowa z danym reagentem dajc cile okrelony produkt), dodatek oczekiwanego produku poredniego.

    3. Badania kinetyczne: rwnanie kinetyczne (mechanizm musi objania obserwowane rwnanie i rzd reakcji), badania katalizy (rwnie inhibicji), efekty izotopowe.

    4. Stosowanie czsteczek znakowanych izotopowo (analiza produktw takimi technikami, jak MS, NMR itp.).

  • 3. Podzia KEI ze wzgldu na pooenie znacznika izotopowego w stosunku do miejsca w czsteczce, gdzie zachodzi etap determinujcy szybko reakcji:

    a) pierwszorzdowe,b) a-drugorzdowec) b-drugorzdowe

    Na przykadzie mechanizmu E1 mona wyjani te efekty.Wedug tego mechanizmu, najwolniejszym etapem jest rozerwanie wizania pomidzy atomem wgla a grup X (odchodzc), co prowadzi do utworzenia karbokationu. Ten etap bdzie decydowa o szybkoci caego procesu. W zwizku z tym podstawienie atomu 12C1 izotopem 14C spowolni reakcj. Taki efekt izotopowy jest nazywany efektem pierwszo-rzdowym. Analogicznie dla wodoru H2 wystpi efekt a-drugorzdowy, a dla wodoru H3 wystpi efekt b-drugorzdowy.

    Mechanizm E1

  • 4. Podzia na efekty substratowe i rozpuszczalnikowe

    substratowe wystpuj wwczas gdy zmiana skadu izotopowego substratu powoduje zmian szybkoci reakcji,

    rozpuszczalnikowe wystpuje wwczas gdy zmiana rozpuszczalnika np. z H2O na D2O powoduje zmian szybkoci reakcji.

    5. Podzia efektw izotopowych znajdujcych odbicie w zmianie kinetycznych parametrw reakcji enzymatycznych:

    kinetyczne efekty izotopowe na Vmaxkinetyczne efekty izotopowe na Vmax /Km

  • 4. Podzia na efekty substratowe i rozpuszczalnikowe

    substratowe wystpuj wwczas gdy zmiana skadu izotopowego substratu powoduje zmian szybkoci reakcji,

    rozpuszczalnikowe wystpuje wwczas gdy zmiana rozpuszczalnika np. z H2O na D2O powoduje zmian szybkoci reakcji.

    5. Podzia efektw izotopowych znajdujcych odbicie w zmianie kinetycznych parametrw reakcji enzymatycznych:

    kinetyczne efekty izotopowe na Vmaxkinetyczne efekty izotopowe na Vmax /Km

  • METODY WYZNACZANIA KINETYCZNYCH EFEKTW IZOTOPOWYCH

    1. Bezporednie wyznaczanie kinetycznych efektw izotopowych.

    2. Metoda zaburze rwnowagi.

    3. Metody z uyciem spektrometrii mas.

  • Wyznaczanie KIE wg rwna Bigeleisena i Wolsgerga- R0 - aktywno molow lub stosunek zawartoci izotopu lejszego do izotopu ciszego w substracie przed rozpoczciem reakcji, - Rp - aktywno molow lub stosunek zawartoci izotopu lejszego do izotopu ciszego w produkcie w chwili, gdy stopie przereagowania wynosi f,- Rs - aktywno molow lub stosunek zawartoci izotopu lejszego do izotopu ciszego w substracie, gdy stopie przereagowania wynosi f,- f - stopie przereagowania.- - kinetyczny efekt izotopowy,

  • Badanie mechanizmu elektrofilowej substytucji w piercieniu aromatycznym

    Mechanizm elektrofilowej substytucji w piercieniu aromatycznym

  • Badanie mechanizmu elektrofilowej substytucji w piercieniu aromatycznym

    Znajomo efektu izotopowego oraz oglna znajomo przyczyn jego wystpowania, stwarza moliwo wyjanienia, dlaczego ten efekt interesuje chemika organika.

    Z dotychczasowych ustale eksperymentalnych, dotyczcych reakcji elektrofilowej substytucji w zwizkach aromatycznych, wynika, e zachodz one wedug jednego mechanizmu, niezalenie od rodzaju reagenta biorcego w niej udzia. Dla reagenta YZ oglny mechanizm tej reakcji mona zapisa nastpujco:

    Mechanizm elektrofilowej substytucji w piercieniu aromatycznym

    Mechanizm obejmuje dwa zasadnicze etapy: Etap (1) atak reagenta elektrofilowego na piercie z utworzeniem karbokationu oraz etap (2) oderwanie protonu od karbokationu przez dowoln zasad.

  • Mechanizm obejmuje dwa zasadnicze etapy: Etap (1) atak reagenta elektrofilowego na piercie z utworzeniem karbokationu oraz etap (2) oderwanie protonu od karbokationu przez dowoln zasad.

    Pytanie skd wiadomo, e elektrofilowa substytucja w piercieniu aromatycznym obejmuje dwa etapy, a nie tylko jeden.

    Oraz skd wiadomo, e pierwszy z dwch etapw [etap (1)] przebiega znacznie wolniej ni [etap (2)]?

    Odpowied uzyskano w wyniku serii bada rozpocztych przez Melandera (z Instytutu Chemii im. Nobla w Sztokholmie) i prowadzonych take przez wielu innych badaczy. Rnorodne zwizki aromatyczne znakowane atomami deuteru i trytu w piercieniu aromatycznym poddano nitrowaniu, bromowaniu i alkilowaniu metod Friedla-Craftsa.

    Stwierdzono, e w reakcjach tych nastpuje wymiana atomw deuteru lub trytu z tak sam szybkoci jak atomw zwykego wodoru (protu). Rwnie nie zaobserwowano wyranego efektu izotopowego. Wiadomo, e wizanie wgiel-deuter ulega rozerwaniu wolniej ni wizanie wgiel-prot, a wizanie wgiel-tryt jeszcze wolniej.

    Jak wic moemy interpretowa fakt, e nie stwierdza si w tym przypadku efektu izotopowego?

  • Jeeli szybkoci substytucji rnych izotopw wodoru s taki same, moe to tylko oznacza, e w reakcjach, ktrych szybko porwnujemy, nie nastpuje rozerwanie wizania wgiel-wodr.

    Interpretacja ta jest zgodna z przyjtym mechanizmem. Powolne przyczenie reagenta elektrofilowego okrela szybko caego procesu substytucji. Powstajcy karbokation szybko traci jon wodorowy i przeksztaca si w czsteczk produktu. Etap (1) jest etapem okrelajcym szybko reakcji. W etapie tym nie nastpuje rozerwanie wizania wgiel-wodr, dlatego szybko tego etapu, a wic szybko caej reakcji, nie zaley od rodzaju izotopu wodoru, ktry znajduje si w piercieniu.

    Gdyby reakcja substytucji obejmowaa etap (1a), to musia by on by etapem okrelajcym szybko reakcji, a poniewa nastpowaoby w nim rozerwanie wizania wgiel-wodr, powinnimy zaobserwowa kinetyczny efekt izotopowy. Gdyby natomiast etap (2) w sekwencji dwuetapowej przebiega dostatecznie wolno w porwnaniu z etapem (1), wwczas musiaby on wpywa na cakowit szybko reakcji i ponownie naleaoby si spodziewa wystpienia KEI.

  • Mechanizm kondensacji Dieckmana

    Badanie mechanizmu kondensacji Dieckmana

    Reakcja kondensacji Dieckmana polega na katalizowanej przez zasad cyklizacji wewntrznej estru dikarboksylowego do -ketoestru

    Kady z trzech etapw moe okrela kinetyk procesu. Problem ktry z etapw jest kinetycznie istotnym, rozwizano znakujc kolejno ester wglem 14C, raz w grupie metylenowej, drugi raz w grupie karbonylowej.

  • 1. Jeeli etap (1) jest istotny kinetycznie, wtedy powinnimy obserwowa KEI 14C w grupie metylenowej oraz brak KEI 14C w grupie karbonylowej.

    2. Jeeli etap drugi jest istotny kinetycznie, wtedy powinnimy obserwowa KEI zarwno dla wgla w grupie metylenowej jak i w grupie karbonylowej, gdy w stanie przejciowym tego etapu ulegaj zmianie wizania chemiczne przy obu tych wglach.

    3. Jeeli etap trzeci jest istotny kinetycznie, wtedy w stanie przejciowym reakcji wizania chemiczne przy wglu grupy metylenowej nie ulegaj zmianie. W tym przypadku KEI 14C grupy karbonylowej powinien by obserwowany.

    Pomiary dowiadczalne wykazay istnienie kinetycznego efektu izotopowego zarwno dla wgla metylenowego i dla wgla z grupy karbonylowej;

    Grupa metylenowa; k12/k14 = 1,089

    Grupa karbonylowa; k12/k14 = 1,084

    Oznacza to, e etap drugi tj. tworzenie nowego wizania wgiel wgiel decyduje o kinetyce reakcji.

  • Mechanizm reakcji addycji elektrofilowej chlorku 2,4-dinitrobenzenosulfenowegoBadanie mechanizmu reakcji addycji elektrofilowej chlorku 2,4 dinitrobenzenosulfenowego do styrenu i jego para pochodnych w rodowisku kwasu octowego

  • Jeeli reakcje addycji chlorku 2,4-dinitrobenzenosulfenylowego do styrenu i jego para pochodnych prowadzi si w kwasie octowym, to wiadomo, e reakcja przebiega zgodnie z regu Markownikowa i dodatnia cz czsteczki chlorku 2,4-dinitrobenzenosulfenowego przycza si do C natomiast ujemny chlor przycza si do C i powstaj odpowiednie siarczki chloro fenyloetylowo-2,4-dinitrofenylowe.

    Powstaje pytanie, jak struktur posiada kompleks aktywny powstajcy w etapie okrelajcym szybko reakcji w reakcji elektrofilowej? Prezentowany schemat zawiera trzy rne struktury stanw przejciowych dajce ten sam produkt kocowy.

    Na temat reakcji elektrofilowej addycji do nienasyconych wglowodorw ukazao si wiele prac, ale nie byo jednomylnoci jak struktur ma kompleks aktywny. Problem ten mg by rozwizany przez wyznaczenie KEI 14C w pozycji - i -styrenw zawierajcych elektronodonorowe i elektronoakceptorowe podstaw\niki.

    Przewidziano, e jeeli kompleks aktywny posiada struktur (2) to powinnimy obserwowa kinetyczny efekt izotopowy dla C, poniewa tworzy si wizanie z siark tylko przy tym wglu. Natomiast jeeli kompleks aktywny posiada struktur (3) bd (4) wwczas powinnimy obserwowa KEI dla C i dla C.

  • Badania doprowadziy do wyznaczenia KEI dla C i C nastpujcych dla kolejno podstawionych styrenw:

    C p-CH3; p-H; p-Cl; k/k = 1,004; 1,022; 1,027C p-CH3; p-H: p-Cl; k/k = 1,037; 1,032; 1,035

    Oznaczenia wartoci k/k i k/k wykazay, e kinetyczny efekt izotopowy dla wgla 14C jest zaleny od miejsca podstawienia izotopowego oraz od charakteru podstawnikw w piercieniu aromatycznym. Wyznaczona warto k/k dla C jest do dua i nie zaleny od charakteru podstawnikw w pozycji para piercienia. Natomiast k/k jest zaleny od charakteru podstawnika. Wyranie may kinetyczny efekt izotopowy wgla 14C w reakcji addycji ArSCl do styrenu, posiadajcy elektronodonorowy podstawnik w pozycji para piercienia aromatycznego, sugeruje, e struktura stanu przejciowego jest zbliona do struktury otwartej karbokationu (2), w ktrej dodatni adunek jest zlokalizowany przy wglu . Wizanie C-S tworzy si niezalenie od mechanizmu i dlatego jest jasne, e KEI wystpuje i jego warto nie zmienia si, niezalenie od tego jaki podstawnik jest w piercieniu aromatycznym.

  • Jeli aktywny kompleks miaby struktur (3) lub (4) to utworzone wizanie pomidzy C i siark powinno by taki samo lub podobne i wwczas KEI dla C powinien by podobny. Im silniejsze jest wizanie C-S tym wikszy powinien by KEI. Jeeli adunek dodatni na C jest bardziej zdelokalizowany w piercieniu wwczas wizanie C-S jest bardzo sabe lub go nie ma i wtedy jest brak kinetycznego efektu izotopowego. Jeeli podstawnik jest elektronodonorowy (-CH3), to wolna para elektronowa jest do pewnego stopnia zdelokalizowana, co powoduje zwikszenie chmury elektronowej piercienia, a nastpnie osabienie adunku dodatniego przy C. Wizanie C-S jest wtedy bardzo sabe i w konsekwencji tego KEI jest bardzo may. Obecno chloru w pozycji para piercienia powoduje, e gsto elektronowa w piercieniu jest mniejsza ni w czsteczce styrenu i dlatego te wizanie C-S jest silniejsze i KEI jest wikszy. A wic jeeli podstawnik jest elektronodonorowy, to aktywny kompleks ma struktur (2).

    Jeeli podstawnik jest elektronoakceptorowy, to aktywny kompleks ma struktur (3) lub (4).

    Reasumujc, struktura kompleksu aktywnego powstajcego w etapie okrelajcym szybko reakcji zaley od budowy podstawnika znajdujcego si przy podwjnym wizaniu.

  • Badania mechanizmu reakcji eliminacji bromu z kwasw dibromocynamonowych do odpowiednich kwasw cynamonowych

    I etap:

    II etap:

    KJ + IBr KBr + I2

    I2 + KI KI3(KI, J2)

  • Mechanizm eliminacji kwasu

    para metylo[(2R),(3S)]-dibromocynamonowego

  • Mechanizm eliminacji kwasu para metylo[(2R),(3S)]-dibromocynamonowegoBadania wykazay, e kinetyczny efekt izotopowy 14C wystpuje w pozycjach , , oraz jest zaleny od miejsca podstawienia izotopowego i od charakteru podstawnika w piercieniu aromatycznym. Gdy: R = H, p-CH3, oraz p-NO2wtedy (k12\k14) w pozycji wynosz odpowiednio: 1,05226; 1,0094; 1,0233.

    Natomiast (k12\k14) w pozycji dla podstawnikw R = p-CH3 i H wynosz odpowiednio:1,072; 1,0483

  • Wnioski dotyczce mechanizmu reakcji eliminacji bromu z kwasu

    [(2R),(3S)]-dibromocynamonowego

    Zakadany

    mechanizm

    KEI

    k / (k

    k / (k

    k / *k

    E 1

    (jedno-czsteczkowy)

    nie

    tak

    nie

    E 2

    (zsynchronizowany)

    tak

    tak

    nie

  • Badanie mechanizmu eliminacji amin z soli p-nitrofenylo-2-etylo-N,N,N-trimetyloamoniowej i n-propylo-N,N,N-trimetyloamoniowej

    Reakcje eliminacji, badane metod KEI z zastosowaniem cikich atomw zachodziy gownie wedug mechanizmu E1 i E2. W zwizku z tym prowadzone badania byy gwnie ukierunkowane w stron wyznaczenia trwaoci wiza przy C-H i C-X. Skomplikowana natura takiej reakcji zostaa wyjaniona na przykadzie wyznaczenia KEI dla kolejno znakowanych zwizkw w trakcie rozkadu soli n-propylo-N,N,N-trimetyloamoniowej oraz p-nitrofenylo-2-etylo-N,N,N-trimetylo-amoniowej

    Mechanizm eliminacji soli amoniowych do styrenu

  • Badano kinetyczny efekt izotopowy dla wgla 14C, wodoru i azotu. W literaturze wystpuj znaczne rnice w wyznaczonych efektach izotopowych przez dwie oddzielne grupy badawcze. Pierwsza grupa dla podstawnika R = CH3 otrzymaa:

    k/k = 1,036 dla 14C w pozycji ,k/k = 1,069 dla 14C w pozycji , oraz kH/kT = 2 dla trytu w pozycji .

    Reakcja ta bya prowadzona w temperaturze 50 oC. Ponadto wyznaczono KEI dla reakcji w tych samych warunkach z podstawnikiem R = p-NO2C6H4 dla 14C w pozycji , gdzie otrzymano: k/k = 1,026. Z tego wida, e wystpujce znaczne efekty izotopowe przy C, C i H wpywaj na etapy determinujce szybko reakcji.

    Druga grupa badawcza dla podstawnika R = p-NO2C6H4 wyznaczya kinetyczny efekt izotopowy:

    k/k = 1,078 dla14C w pozycji 2, k14/k15 = 1,024 dla azotu, i kH/kT = 2,12 dla trytu w pozycji .

    Reakcj prowadzono w temperaturze 100 oC.

    Przyczyna tych rozbienoci nie jest znana, ale autorzy wycigaj podobne wnioski, e zmiany wiza przy N, C,C i H decyduj o szybkoci reakcji.

  • Badanie mechanizmu reakcji dehydrohalogenacjii

  • Badanie mechanizmu reakcji dehydrohalogenacjii

    Zaproponowany mechanizm reakcji dehydrohalogenacji przedstawia poniszy schemat Przed dokadnym przebadaniem reakcji dehydrohalogenacji sdzono, e przebiega ona w rodowisku zasadowym wedug mechanizmu E1cB, ale nie wykluczono rwnie mechanizmu podobnego do E2. W zwizku z czym przebadano proces eliminacji z uyciem czterech uprzednio podanych ukadw.

  • Zakadany mechanizm eliminacji amoniaku i odtworzenie miejsca aktywnego

  • Mechanizm reakcji eliminacji z udziaem PAL zaproponowany przez Havira i Hansona

  • Mechanizm reakcji eliminacji z udziaem PAL zaproponowany przez Schustera i Reteya

  • Kinetyczny efekt izotopowy H/T w pozycji 3-pro-S L-tyrozyny

    Liaza fenyloalaninowa katalizuje rwnie eliminacj amoniaku z L-tyrozyny, co pozwala na zbadanie wpywu grupy elektrodonorowej na wielko kinetycznego efektu izotopowego w tej reakcji. Nie mona jednoczenie wykluczy, e reakcja eliminacji z udziaem L-tyrozyny przebiega wedug innego mechanizmu. Potwierdzeniem takiej tezy byby wynik znaczco rny od otrzymanego dla L-Phe, czyli na przykad brak efektu lub duy efekt.

  • Kinetyczny efekt izotopowy H/T w pozycji orto piercienia aromatycznego L-fenyloalaninyWyniki bada kinetycznego efektu izotopowego H/T w pozycji 2 i 6 piercienia aromatycznego L-fenyloalaniny.

    Nr eksperymentu nr frakcji

    Stopie przereagowania [%]

    KEI

    1-1

    5,89

    0,8595

    1-2

    9,32

    0,9664

    1-3

    12,09

    1,0254

    1-4

    13,86

    1,0870

    1-5

    16,22

    1,0991

    2-1

    9,95

    1,0143

    2-2

    12,34

    1,0354

    2-3

    19,70

    1,1559

    2-4

    21,82

    1,1591

    2-5

    24,12

    1,1598

  • Kinetyczny efekt izotopowy 12C/14C w pozycji 2 L-Phe

    Kinetyczny efekt izotopowy 12C/14C w pozycji 2 L-fenyloalaniny

    Nr eksp.*

    R0, Rp, f

    R0, Rr, f

    Rp, Rr, f

    R0, Rr, Rp

    rednia

    1

    0.9957

    1.0262

    1.0003

    0.9981

    1.0051

    2

    0.9955

    0.9918

    0.9955

    0.9955

    0.9946

    3

    1.0095

    0.9696

    1.0020

    1.0050

    0.9965

    4

    1.0085

    1.0044

    1.0075

    1.0078

    1.0070

    rednia

    1.0023

    0.9980

    1.0013

    1.0016

    1.0008

    0.0062

    0.0019

  • Procedura wyznaczenie KEI H/T w pozycji 3-pro-R

  • Kinetyczny efekt izotopowy H/T w pozycji 3-pro-R L-Phe

    Nr Eksp.

    KEI

    Odchylenie stand.

    1

    1,0594

    0,0215

    2

    1,0535

    0,0187

    3

    1,0566

    0,0151

    4

    1,0480

    0,0167

    5

    1,0585

    0,0193

    rednia

    1,0552

    0,0046

  • Procedura badania KEI w pozycji 3-pro-S L-Phe

  • Kinetyczny efekt izotopowy D/T w pozycji 3-pro-S L-Phe

    Nr Eksp.

    KEI

    Odchylenie Stand.

    1

    1,0750

    0,0186

    2

    1,0953

    0,0187

    3

    1,0899

    0,0151

    4

    1,0734

    0,0167

    rednia

    1,0834

    0,0109

    (1,01%)

  • Zaleno Swaina-Schaada = = Gdzie: kH/kT - KIE dla 1H/3H. kH/kD - KIE dla 1H/2H. kD/kT - KIE dla 2H/3H. Jeli efekt 1H/3H, obliczony z efektw 1H/2H lub 2H/3H przy pomocy wspomnianych zalenoci, jest mniejszy od efektu zaobserwowanego, wtedy prawdopodobnie w reakcji nastpuje tunelowanie protonu.

    Jeli warto wyliczonego KIE jest wiksza od zaobserwowanej, to mamy do czynienia ze zoonoci kinetyczn, tzn. nie tylko etap odrywania protonu decyduje o szybkoci reakcji.