Reakcje sprzężone


Reakcje sprzężone w encyklopedii

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Reakcje sprzężone – rodzaj chemicznych reakcji złożonych[a], np. taki układ dwóch reakcji elementarnych, z których jedna zachodzi z wyraźną szybkością tylko wtedy, gdy równocześnie zachodzi druga z nich, np.:

A + BM – reakcja zachodząca niezależnie od drugiej, nazywana „pierwotną” albo „wzbudzającą” (inicjującą) A + CN – reakcja zachodząca tylko w obecności B (induktor), nazywana „wtórną” lub „wzbudzoną”

np. FeSO4 (B) utlenia się pod wpływem H2O2 (A) zarówno w obecności jak i nieobecności HI (C), ale HI utlenia się tylko w obecności FeSO4 (B), jako induktora[1][2][3][4][5][b].

Spis treści

Podstawy termodynamiczne | edytuj kod

Wyjaśnienie zjawiska sprzężenia reakcji umożliwia termodynamika chemiczna[1][2][3]. Wartości stałych równowagi (K) dwóch przykładowych reakcji elementarnych ze wspólnym reagentem A i reakcji sumarycznej:

reakcja 1: A + B = M reakcja 2: A + C = N reakcja 3: 2 · A + B + C = M + N

wynoszą:

K 1 = M A B {\displaystyle K_{1}={\frac {[M]}{[A][B]}}} K 2 = N A C {\displaystyle K_{2}={\frac {[N]}{[A][C]}}} K 3 = N M A 2 B C {\displaystyle K_{3}={\frac {[N][M]}{[A]^{2}[B][C]}}}

gdzie: [A], [B], [C], [M], [N] – stężenia molowe reagentów.

Wartości standardowych entalpii swobodnych (ΔG0) tych reakcji, świadczące o możliwości samorzutnego ich zajścia we wskazanym kierunku, opisują zależności:

ΔG0(1) = – RT ln K1 ΔG0(2) = – RT ln K2 ΔG0(3) = – RT ln K3

Porównanie równań prowadzi do wniosku, że:

ΔG0(3) = – RT ln K3 = – RT ln K1·K2 = – RT (ln K1 + ln K2) = ΔG0(1) + ΔG0(1)

Reakcja złożona 3 może więc przebiegać samorzutnie (spełniać warunek ΔG0(3) < 0) nawet wówczas, gdy samorzutny przebieg elementarnej reakcji 2 nie jest możliwy (ΔG0(2) > 0). Warunkiem jest, aby bezwzględna wartość entalpii swobodnej reakcji egzoenergetycznej (reakcja pierwotna) była większa od analogicznej wartości dla reakcji endoenergetycznej (reakcja wtórna).

Reakcje sprzężone o znaczeniu biologicznym | edytuj kod

Rola reakcji sprzężonych w organizmach żywych bywa ilustrowana przykładem syntezy glutaminy z glutaminianu i jonów amonowych. Entalpia swobodna tej reakcji w temperaturze 310 K i pH = 7 jest dodatnia (ΔG0 = + 15,69 kJ/mol). Wskazuje to, że reakcja nie zachodziłaby samorzutnie, gdyby była reakcją izolowaną. W komórkach biologicznych zachodzi m.in. dzięki obecności ATP, który ulega hydrolizie do ADP (defosforylacja) w reakcji egzoenergetycznej, której entalpia swobodna ΔG0 = – 31,05 kJ/mol[3]:

  • reakcja inicjująca (ΔG0 < 0): ATP = ADP + P
  • reakcja inicjowana ΔG0,(2) > 0): glutaminian + NH4+ = glutamina
  • reakcja złożona (ΔG0,(2) < 0): glutaminian + NH4+ + ATP = glutamina + ADP + P

Wymienione reakcje są tylko formalnym zapisem, ułatwiającym przewidywanie kierunku przemian w oparciu o obliczenia termodynamiczne. Bezpośrednie sprzężenie reakcji egzoenergetycznej i endoenergetycznej wymaga, aby brał w nich udział wspólny reagent (w procesach rzeczywistych zachodzą sprzężone reakcje pośrednie)[3].

Przedstawiony przykład reprezentuje liczne biochemiczne reakcje sprzężone, w których biorą udział ATP j ADP, przy czym (opcjonalnie)[3]:

  • egzoenergetyczna reakcja defosforylacji (ATP → ADP + P) jest reakcją inicjującą
  • endoenergetyczna reakcja fosforylacji (ADP + P → ATP) jest reakcją inicjowaną

W tabeli zamieszczono wartości standardowej entalpii swobodnej hydrolizy niektórych związków o znaczeniu biologicznym. Hydroliza rozpoczynających zestawienie związków najbardziej egzoenergetycznych (|ΔG0| > 31 kJ/mol) może być reakcją inicjującą dla przemiany ADP + P → ATP i dla innych reakcji endoenergetycznych.

Inne przykłady reakcji sprzężonych | edytuj kod

Reakcjami sprzężonymi, zachodzącymi w roztworach, są np.[2]:

Uwagi | edytuj kod

  1. Pojęcie „reakcje złożone” oznacza tu przeciwieństwo jednostopniowych reakcji prostych (elementarnych, izolowanych). Wynik reakcji złożonej zależy od przebiegu wszystkich reakcji cząstkowych. Do reakcji złożonych zalicza się, poza reakcjami sprzężonymi, reakcje równoległe, następcze, odwracalne (Encyklopedia techniki: Chemia, WNT 1993; s. 620). Inna definicja pojęcia reakcje złożone – zobacz Reakcja chemiczna
  2. Pojęcie „induktor” nie jest równoznaczne z pojęciem katalizator. W przeciwieństwie do katalizatora induktor zużywa się w czasie reakcji.

Przypisy | edytuj kod

  1. a b Peter William Atkins: komputeks.pl Podstawy chemii fizycznej. Warszawa: Wydawnictwo PWN, 09/2009. ISBN 978-83-01-15334-2.
  2. a b c Antoni Basiński, Adam Bielański, Kazimierz Gumiński, i inni: Chemia fizyczna. Wyd. Wyd. 3. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1966, s. 576–577. (pol.)
  3. a b c d e f Praca zbiorowa, red. Wanda Leyko: Biofizyka dla biologów. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1985, s. 49–51. ISBN 83-01-03109-3.
  4. Encyklopedia techniki. Chemia, EwaE. Czarnecka-Żołek (red.), wyd. 4, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1993, s. 620, ISBN 83-204-1312-5 .
  5. Beata Mycek: Chemia fizyczna: Reakcje złożone (pol.). W: Materiały dydaktyczne Uniwersytetu Jagiellońskiego, Collegium Medicum, Zakład Farmakokinetyki i Farmacji Fizycznej (pptp0 [on-line]. 2006. s. 18–19. [dostęp 2011-06-07].
Na podstawie artykułu: "Reakcje sprzężone" pochodzącego z Wikipedii
OryginałEdytujHistoria i autorzy