Главная > Основы физической органической химии
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

10.11. МЕХАНИЗМ ГИДРАТАЦИИ, КАТАЛИЗИРУЕМОЙ ОСНОВАНИЯМИ

Соответствующий механизм можно представить в виде

где — основание-катализатор. В скобках приведено строение переходного состояния, а точками обозначены связи в процессе их образования или разрыва. В переходном состоянии частичное образование связи между карбонильным кислородом и протоном кислоты уменьшает электронную плотность на карбонильном углероде и понижает энергетический барьер для образования связи между этим углеродом и кислородом гидроксила. Во всех случаях, когда наблюдается основной катализ, процесс (IIIб) протекает наверняка быстрее, чем процесс (IIIа). Для слабейшего из исследованных оснований — формиат-иона — константа равновесия равна Удельная скорость относится к такому виду реакций, который лимитируется диффузией; поэтому должна быть не меньше . Следовательно, удельная скорость не может быть меньше 0,6. Наблюдаемая удельная скорость гидратации при катализе формиат-ионом равна 0,065. Даже если концентрация альдегида

достигает значения 0,1, скорость первой стадии составляет около 1% скорости второй стадии. Картина такова, что относительно медленная реакция (IIIа) оказывает возмущающее действие на подвижное равновесие (IIIб).

В таких системах суммарная скорость с хорошим приближением равна скорости медленной стадии (разд. 4.18), а произведение близко к равновесной величине Следовательно,

где удельная скорость первого порядка. Поэтому механизм способен объяснить наблюдаемую на опыте пропорциональность между скоростью реакции и концентрацией основания-катализатора.

Из уравнения (30) вытекает, что

где оператор отвечает влиянию изменений в катализаторе, а константа кислотности кислоты На основании каталитического уравнения Бренстеда

причем . Следовательно,

что и отвечает наблюдаемой зависимости.

Возможно, хотя и не особенно важно, что при этом механизме происходит подвижное обратимое образование водородной связи между карбонильным кислородом и

Кинетические данные допускают и другой механизм:

Константа кислотности гидратированной формы ацетальдегида равна [27]. Удельная скорость , конечно, лимитируется диффузией, откуда не может быть

меньше 1,6. Наблюдаемая при катализе формиат-ионом удельная скорость дегидратации гидрата ацетальдегида равна 0,04. Следовательно, концентрации и снова близки к равновесным, а скорость дегидратации пропорциональна Однако в переходном состоянии процесса (111а) оба атома кислорода образуют по одной полной и по одной частичной связи, в то время как в переходном состоянии процесса один атом кислорода образует только одну и притом полную связь, а второй — одну полную и две частичные. Поэтому превращение лимитирующего переходного состояния механизма (III) в лимитирующее переходное состояние механизма (IV) наверняка сопровождалось бы значительным увеличением энергии и, вероятно, стандартного потенциала. С учетом эффективных равновесных соотношений суммы потенциалов веществ в левых частях уравнений и одинаковы. Отсюда следует, что протекание реакции по механизму (IV) должно быть незначительным по сравнению с протеканием по механизму (III).

Трудно себе представить, чтобы реакция была подвижной и обратимой, а реакция (IVб) лимитирующей. Последняя, представляющая собой взаимодействие умеренно сильной кислоты с очень сильным основанием, несомненно, лимитируется диффузией, и ее скорость не будет зависеть от силы кислоты Кроме того, скорость процесса никак не может быть больше скорости процесса, лимитируемого диффузией.

Против одностадийного механизма с переходным состоянием 1 свидетельствует то соображение, что переходное

состояние 2 имело бы более низкую энергию и в уравнении скорости появился бы член Тщательные поиски не обнаружили этого эффекта [28]. Однако следует иметь в виду, что вопрос касается относительных скоростей присоединения

кислот и к очень основному атому, а именно к карбонильному кислороду, который в некотором смысле сходен с кислородом алкоголят-ионов. Имеются как теоретические, так и экспериментальные данные (см., например, [14], особенно стр. 172), свидетельствующие о том, что при таких обстоятельствах параметр а мал. При достаточно малых а невозможно распознать катализ никакой другой кислотой, кроме воды. Поэтому не следует безоговорочно отвергать одностадийный механизм. Эйген [16] предложил циклический одностадийный механизм с участием цепи молекул воды, однако подробности неясны, особенно в связи с необходимостью объяснить и кислотный, и основной катализ.

1
Оглавление
email@scask.ru