10.8. СКОРОСТИ РЕАКЦИЙ ПЕРЕНОСА ПРОТОНА
С развитием методов изучения очень быстрых реакций (см. обзоры [14, 16, 17]) удалось показать, что величины
для переноса протона от атомов кислорода или азота одной молекулы к атомам азота или кислорода другой молекулы равны нулю или отрицательны, а удельные скорости, за некоторыми исключениями, равны скоростям диффузии участвующих молекул. Исключения представляют те случаи, когда переносимый протон связан в реагенте внутримолекулярной водородной связью. Для водных растворов при комнатной температуре удельные скорости таких процессов переноса протона имеют порядок
Но когда положительно и в одном направлении процесс лимитируется диффузией, то удельная скорость обратного процесса меньше, чем скорость диффузии.
Эйген и Шен [18] установили, что реакция между ионами гидроксония и ацетата с образованием воды и
уксусной кислоты имеет удельную скорость
. Так как константа равновесия равна
удельная скорость ионизации уксусной кислоты должна быть равной
. Для борной кислоты соответствующие величины равны
и 10 [19], для иона триметиламмония — 6-1010 и 10 [20]. Удельная скорость реакции
составляет
Совсем иная ситуация наблюдается при отрыве или присоединении протона к атому углерода. Удельная скорость реакции
равна только 16 [22], хотя
составляет —11,7 ккал и мало отличается от величины —12,6 ккал, найденной для лимитируемой диффузией реакции ионов бората и гидроксония. Однако имеются данные [23], что в диметилсульфоксидных растворах отрыв или присоединение протона к атому углерода могут протекать значительно быстрее, чем в гидроксилсодержащих растворителях.
Удельная скорость лимитируемогодиффузией переноса протона зависит от объема диффундирующих молекул, вязкости среды и иногда от зарядов реагирующих молекул. На нее не влияет электронное распределение в реагенте и строение последнего. Удельная скорость кинетически контролируемого переноса протона, т. е. такого, скорость которого меньше скорости диффузии, зависит от электронной плотности и геометрии реакционного центра. Эти же факторы определяют положение равновесия реакции переноса. Подобное различие в поведении помогает установить механизм реакции.