Interested Article - Химическая индукция

Химическая индукция ( англ. chemical induction , укр. хімічна індукція ) — это явление, при котором в химической системе одна реакция ускоряет другую или вызывает протекание другой реакции, которая сама в отсутствии первой в данных условиях не идёт.

Описание

Данное взаимодействие возможно благодаря участию интермедиата или продукта первой реакции в другой. Химическая индукция часто наблюдается в окислительно-восстановительных, радикально-цепных и биохимических реакциях. Две реакции, из которых одна индуцирует другую, называют сопряжёнными . Сопряжёнными могут быть только сложные реакции, так как простые (элементарные) реакции протекают всегда независимо (при заданном состоянии среды).

Механизм

Механизм химической индукции заключается в участии одних и тех же промежуточных веществ — активных частиц — в каждой из двух сопряжённых реакций. Одна из реакций порождает такие частицы в количестве, достаточном для квазистационарного течения обеих реакций.

Некоторое вещество Х может вступать в реакцию с А ₁ , переводя его в активное производное, а само оно при этом превращается практически необратимо в какой-то продукт Y, то есть расходуется. Например, реакция окисления бензола в фенол при низкой температуре пероксидом водорода.

C ₆ H ₆ +H ₂ O ₂ → C ₆ H ₅ OH+H ₂ O

Такая реакция должна идти с синхронным разрывом двух существующих и образованием двух новых связей в четырёхчленном циклическом активированном комплексе, что связано с преодолением высокого энергетического барьера. Поэтому прямое взаимодействие компонентов практически не приводит к образованию продуктов реакции. Если добавить в эту смесь соль железа (ІІ), то в результате реакции

Fe ²⁺ + H ₂ O ₂ → FeOH ²⁺ + OH ^-

(FeOH ²⁺ представляет собой ион OH ^- в координационной сфере иона Fe ³⁺ ) образуется свободный радикал OH ^- , который легко (через линейный трёхчленный активированный комплекс) отрывает атом H у бензола

C ₆ H ₆ + OH ^- → C ₆ H ₅ + H ₂ O

с образованием свободного фенила. Последний еще с одним радикалом OH даёт фенол

C ₆ H ₅ + OH ^- → C ₆ H ₅ OH

В итоге происходит суммарный процесс

2Fe ²⁺ + 2H ₂ O ₂ + C ₆ H ₆ → 2FeOH ²⁺ + H ₂ O + C ₆ H ₅ OH

Если известен механизм сопряжения, можно управлять выходом продуктов одной из сопряжённых реакций, меняя условия протекания той из реакций, в которой производятся активные частицы.

Особенность

Важная особенность химической индукции: суммарное изменение энергии Гиббса при протекании сопряжённых реакций отрицательно, и такой процесс может протекать самопроизвольно.

Это свойство сопряжённых реакций играет исключительно важную роль в живой природе. Например, синтез важнейших компонентов живой материи — белков и нуклеиновых кислот соответственно из аминокислот и нуклеотидов сопровождается существенным увеличением энергии Гиббса. Эти процессы становятся возможными потому, что протекают сопряжённо с гидролизом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), который сопровождается существенным уменьшением энергии Гиббса, перекрывающим её рост при синтезе указанных полимеров. Наоборот, образование АТФ из продуктов её гидролиза, сопровождающееся увеличением энергии Гиббса, происходит сопряжённо с окислением органических соединений (идущим с существенным уменьшением энергии Гиббса) .