उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं: उदाहरण। सजातीय और विषम कटैलिसीस। प्रोटीयोलाइटिक एंजाइम और डीऑक्सीराइबोन्यूक्लेज़ का उपयोग प्युलुलेंट घावों के उपचार के लिए किया जाता है जो एंजाइम गतिविधि का निर्धारण करते हैं

बताएं कि प्युलुलेंट एंजाइम और डीऑक्सीराइबोन्यूक्लाइज का उपयोग प्युलुलेंट घावों के इलाज के लिए किया जाता है:

ए) इन एंजाइमों द्वारा क्या प्रतिक्रियाएं उत्प्रेरित होती हैं

ख) यदि इसकी रचना में मैक्रोमोलेक्यूल्स की सांद्रता पर निर्भर करता है, तो शुद्ध सामग्री की चिपचिपाहट कैसे बदल जाएगी?

ग) क्या मवाद के घावों को साफ करने के लिए पेप्सिन, साथ ही कोलेजनैस और हाइलूरोनिडेस का उपयोग करना संभव है।

तथा) प्रोटीओलाइटिक एंजाइम कुछ अमीनो एसिड द्वारा गठित पेप्टाइड बांड को तोड़ते हैं। प्रोटियोलिटिक एंजाइमों में पेप्सिन, ट्रिप्सिन, काइमोट्रिप्सिन शामिल हैं।

पेप्सिन, काइमोट्रिप्सिन, ट्रिप्सिन एंडोपेप्टिडेस हैं, यानी वे पेप्टाइड बॉन्ड पर पेप्टाइड श्रृंखला के छोर से दूर तक कार्य करते हैं।

अग्नाशयी रस के डीऑक्सीराइबोन्यूक्लाइज (डीएनएएस) और राइबोन्यूक्लाइज (आरएनए-एसे) न्यूक्लिक एसिड के दरार में शामिल हैं। वे एंडोन्यूक्लियूज़ हैं और ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स के लिए मैक्रोलेकोल को हाइड्रोलाइज़ करते हैं।

ख) चूंकि पुरुलेंट सामग्रियों की चिपचिपाहट इसकी संरचना में मैक्रोमोलेक्यूल्स की एकाग्रता पर निर्भर करती है, इसका मतलब है कि प्रोटियोलिटिक एंजाइम और डीएनसे की कार्रवाई के साथ, चिपचिपाहट कम हो जाएगी।

में) पित्त का एक प्रधान अंश प्यूपुलेंट घावों के उपचार के लिए इसका उपयोग नहीं किया जाता है, क्योंकि पेप्सिन का इष्टतम पीएच 1.0-2.5 है, जो पेट के पीएच से मेल खाता है, इसलिए पेप्सीन का उपयोग अच्यमिया, हाइपो और -एनासीड गैस्ट्राइटिस के लिए प्रतिस्थापन एंजाइम थेरेपी में किया जाता है।

प्रोटियोलिटिक एंजाइम्स (trypsin, chymotrypsin) का उपयोग स्थानीय कार्रवाई के लिए किया जाता है ताकि मृत कोशिकाओं के प्रोटीन को तोड़ने के लिए, श्वसन पथ के सूजन संबंधी रोगों (पीएच 7.0) में रक्त के थक्के या चिपचिपा स्राव को दूर किया जा सके।

एंजाइम RNAse और DNase की तैयारी करता है एडिनोवायरल नेत्रश्लेष्मलाशोथ के उपचार में एंटीवायरल ड्रग्स के रूप में उपयोग किया जाता है।

hyaluronidase मवाद से घाव को साफ करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है। यह पॉलीसैकराइड श्रृंखलाओं को तोड़ता है। बाह्य अंतरिक्ष से, ग्लाइकोसामिनोग्लाइकेन्स एन्डोसाइटोसिस के तंत्र के माध्यम से सेल में प्रवेश करते हैं और एंडोसाइटिक पुटिकाओं में संलग्न होते हैं, जो तब लाइसोसोम के साथ विलय कर देते हैं। लाइसोसोमल हाइड्रॉलिसिस ग्लाइकोसामिनोग्लाइकेन्स के क्रमिक पूर्ण दरार को मोनोमर में प्रदान करते हैं। नतीजतन, सूक्ष्मजीव अंतरकोशिकीय पदार्थ में प्रवेश करते हैं, और फिर शरीर के ऊतकों में, जो एक शुद्ध संक्रमण की ओर जाता है। Hyaluronidase का उपयोग उपचर्म और इंट्रामस्क्युलर दोनों तरह से निशान को भंग करने के लिए किया जाता है।

कोलेजनेज़ का उपयोग चिकित्सा पद्धति में शल्य चिकित्सा में जले हुए रोग के उपचार के लिए और नेत्र विज्ञान में शुद्ध नेत्र रोगों के उपचार के लिए किया जाता है। कोलेजन के दो प्रकार हैं: 1. ऊतक कोलेजनज़ कोलेजन अपचय में शामिल है। 2. जीवाणु कोलेजनेज़ को कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा संश्लेषित किया जाता है। यह 200 से अधिक स्थानों पर कोलेजन पेप्टाइड श्रृंखला को तोड़ता है। मानव शरीर में संयोजी ऊतक अवरोध नष्ट हो जाते हैं, जो सूक्ष्मजीव के आक्रमण को सुनिश्चित करता है और गैस गैंग्रीन के उद्भव और विकास में योगदान देता है। प्रेरक एजेंट में ही कोलेजन नहीं होता है और इसलिए, कोलेजन से प्रभावित नहीं होता है।

परिचय ………………………………………………………………… .2

कटैलिसीस के बारे में रसायन विज्ञान की प्रसिद्ध हस्तियां …………………………………… 5

औद्योगिक कटैलिसीस के बारे में थोड़ा ………………………………… .7

पारिस्थितिकी में कटैलिसीस की भूमिका …………………………………………………… .11

ऊर्जा अवरोध …………………………………………………… .. 12

ऊर्जा अवरोध से गुजरना ……………………… .14

सजातीय कटैलिसीस ……………………………………………………… १ysis

विषम कटाव ……………………………………………………… १ ९

जैव रसायन में कैटलिसिस …………………………………………………………… 20

परिशिष्ट (रेखांकन और चित्र) ………………………………………… .22-25

सन्दर्भ …………………………………………………………… .26

परिचय।

कटैलिसीस- एक प्रक्रिया जो उत्प्रेरक नामक पदार्थों की उपस्थिति में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को बदलती है।

उत्प्रेरक पदार्थ एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बदलने वाले पदार्थ हैं, जो प्रतिक्रिया में भाग ले सकते हैं, मध्यवर्ती उत्पादों का हिस्सा हो सकते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया के अंतिम उत्पादों का हिस्सा नहीं हैं और प्रतिक्रिया के अंत के बाद अपरिवर्तित रहते हैं।

उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएँ - उत्प्रेरक की उपस्थिति में होने वाली प्रतिक्रियाएं।

सकारात्मक कटैलिसीस कहा जाता है, जिसमें प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है, नकारात्मक (निषेध) - जिसमें यह घट जाती है। एक सकारात्मक उत्प्रेरक का एक उदाहरण नाइट्रिक एसिड के उत्पादन में प्लैटिनम पर अमोनिया का ऑक्सीकरण है। नकारात्मक का एक उदाहरण जंग की दर में कमी है जब एक तरल में पेश किया जाता है जिसमें धातु संचालित होती है, सोडियम नाइट्राइट, क्रोमेट और पोटेशियम डाइक्रोमेट।

रासायनिक प्रतिक्रिया को धीमा करने वाले उत्प्रेरक को कहा जाता है अवरोधकों.

इस बात पर निर्भर करता है कि उत्प्रेरक अभिकारक के समान चरण में है या एक स्वतंत्र चरण बनाता है, एक सजातीय या विषम कटैलिसीस की बात करता है।

सजातीय उत्प्रेरक का एक उदाहरण आयोडीन आयनों की उपस्थिति में हाइड्रोजन पेरोक्साइड का अपघटन है। प्रतिक्रिया दो चरणों में होती है:

HO + I \u003d HO + IO

HO + IO \u003d HO + O + I

सजातीय कटैलिसीस के साथ, उत्प्रेरक का प्रभाव इस तथ्य के कारण होता है कि यह मध्यवर्ती यौगिकों को बनाने के लिए अभिकारकों के साथ बातचीत करता है, इससे सक्रियण ऊर्जा में कमी आती है।

विषम उत्प्रेरक के मामले में, प्रक्रिया का त्वरण आमतौर पर एक ठोस की सतह पर होता है - एक उत्प्रेरक; इसलिए, एक उत्प्रेरक की गतिविधि इसकी सतह के आकार और गुणों पर निर्भर करती है। व्यवहार में, उत्प्रेरक आमतौर पर छिद्रपूर्ण ठोस समर्थन पर समर्थित होता है। विषम कटैलिसीस का तंत्र सजातीय की तुलना में अधिक जटिल है।

विषम कटैलिसीस के तंत्र में पांच चरण शामिल हैं, जिनमें से सभी प्रतिवर्ती हैं।

1. किसी ठोस की सतह पर अभिकारकों का प्रसार।

2. प्रतिक्रियाशील अणुओं की ठोस सतह के सक्रिय केंद्रों पर शारीरिक सोखना और फिर उनका रसायन।

3. प्रतिक्रियाशील अणुओं के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया।

4. उत्प्रेरक सतह से उत्पादों का वर्णन।

5. उत्प्रेरक सतह से उत्पाद की सामान्य धारा में प्रसार।

विषम कैटेलिसिस का एक उदाहरण सल्फ्यूरिक एसिड (संपर्क विधि) के उत्पादन में वीओ उत्प्रेरक पर एसओ से एसओ का ऑक्सीकरण है।

प्रमोटर (या एक्टिवेटर) ऐसे पदार्थ हैं जो उत्प्रेरक की गतिविधि को बढ़ाते हैं। इसके अलावा, प्रमोटरों के पास उत्प्रेरक गुण नहीं हो सकते हैं।

उत्प्रेरक जहर प्रतिक्रिया मिश्रण में अशुद्धियाँ हैं जो उत्प्रेरक गतिविधि के आंशिक या पूर्ण नुकसान का कारण बनती हैं। तो, आर्सेनिक, फॉस्फोरस के निशान उत्प्रेरक (वी एसओ की संपर्क विधि) द्वारा वी ओ गतिविधि का तेजी से नुकसान का कारण बनते हैं।

कई महत्वपूर्ण रासायनिक उद्योग, जैसे कि सल्फ्यूरिक एसिड, अमोनिया, नाइट्रिक एसिड, सिंथेटिक रबर, कई पॉलिमर आदि का उत्पादन उत्प्रेरक की उपस्थिति में किया जाता है।

पौधे और जानवरों के जीवों में जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को जैव रासायनिक उत्प्रेरक - एंजाइम द्वारा त्वरित किया जाता है।

रासायनिक उत्पादन उपकरण के प्रदर्शन को निर्धारित करने में प्रक्रिया की गति एक अत्यंत महत्वपूर्ण कारक है। इसलिए, वैज्ञानिक और तकनीकी क्रांति द्वारा रसायन विज्ञान के लिए निर्धारित मुख्य कार्यों में से एक प्रतिक्रियाओं की दर को बढ़ाने के तरीके खोजना है। रासायनिक उत्पादों के उत्पादन के तेजी से बढ़ते पैमाने के कारण आधुनिक रसायन विज्ञान का एक अन्य महत्वपूर्ण कार्य, उपयोगी उत्पादों में रासायनिक परिवर्तनों की चयनात्मकता को बढ़ाना है, और उत्सर्जन और कचरे की मात्रा को कम करना है। इसके अलावा, यह पर्यावरण संरक्षण और दुर्भाग्य से प्राकृतिक संसाधनों को नष्ट करने के अधिक तर्कसंगत उपयोग से संबंधित है।

इन सभी लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए, सही साधनों की आवश्यकता होती है, और उत्प्रेरक ऐसे साधनों के रूप में कार्य करते हैं। हालांकि, उन्हें ढूंढना आसान नहीं है। हमारे आस-पास की चीजों की आंतरिक संरचना को पहचानने की प्रक्रिया में, वैज्ञानिकों ने एक निश्चित ग्रेडेशन की स्थापना की है, जो कि माइक्रोवर्ल्ड के स्तरों का एक पदानुक्रम है। हमारी पुस्तक में वर्णित दुनिया अणुओं की दुनिया है, जिनमें से पारस्परिक परिवर्तन रसायन विज्ञान का विषय हैं। हम सभी रसायन विज्ञान में रुचि नहीं लेंगे, लेकिन केवल इसका एक हिस्सा अणुओं की रासायनिक संरचना में परिवर्तन की गतिशीलता के अध्ययन के लिए समर्पित है। स्पष्ट रूप से यह कहने की आवश्यकता नहीं है कि अणु परमाणुओं से निर्मित होते हैं, और नाभिक से उत्तरार्द्ध और इसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन शेल; अणुओं के गुण उनके घटक परमाणुओं की प्रकृति और एक दूसरे के साथ उनके संबंध के अनुक्रम पर निर्भर करते हैं; पदार्थों के रासायनिक और भौतिक गुण अणुओं के गुणों और उनके संबंधों की प्रकृति पर निर्भर करते हैं। हम मानेंगे कि यह सब आम तौर पर पाठक को पता है, और इसलिए हम रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर की अवधारणा से संबंधित मुद्दों पर ध्यान केंद्रित करेंगे।

अणुओं का पारस्परिक परिवर्तन बहुत भिन्न दरों पर होता है। प्रतिक्रियाशील अणुओं के मिश्रण को गर्म या ठंडा करके दर को बदला जा सकता है। गर्म होने पर, प्रतिक्रिया दर, एक नियम के रूप में, बढ़ जाती है, लेकिन यह रासायनिक परिवर्तनों को तेज करने का एकमात्र साधन नहीं है। एक और, अधिक प्रभावी तरीका है - उत्प्रेरक, जो कि हमारे समय में व्यापक रूप से विभिन्न प्रकार के उत्पादों के उत्पादन में उपयोग किया जाता है।

उत्प्रेरक के बारे में पहला वैज्ञानिक विचार पदार्थ की संरचना के परमाणु सिद्धांत के विकास के साथ-साथ उत्पन्न हुआ। 1806 में, आधुनिक परमाणु सिद्धांत के संस्थापकों में से एक, डाल्टन के एक साल बाद, मैनचेस्टर लिटरेरी एंड फिलोसोफिकल सोसाइटी के नोट्स में कई संबंधों के नियम तैयार किए गए, क्लेमेंट और डेसोर्म ने एक कक्ष में नाइट्रोजन ऑक्साइड की उपस्थिति में सल्फर डाइऑक्साइड के ऑक्सीकरण के त्वरण पर विस्तृत डेटा प्रकाशित किया। सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन। छह साल बाद, टेक्नोलॉजिकल जर्नल में, किरचॉफ ने स्टार्च से ग्लूकोज के हाइड्रोलिसिस पर तनु खनिज एसिड के त्वरित प्रभाव पर अपनी टिप्पणियों के परिणाम प्रस्तुत किए। इन दो टिप्पणियों ने उस समय के लिए असामान्य रासायनिक घटना के प्रायोगिक अध्ययन के युग को खोल दिया, जिसे स्वीडिश रसायनज्ञ बर्जेलियस ने 1835 में ग्रीक शब्द "कटालू" से सामान्य नाम "कटैलिसीस" दिया - नष्ट करने के लिए। यह, संक्षेप में, कटैलिसीस की खोज की कहानी है, जिसे अच्छे कारण के साथ मौलिक मौलिक घटनाओं में से एक के लिए जिम्मेदार ठहराया जाना चाहिए।

अब हमें कटैलिसीस की आधुनिक और सबसे आम तौर पर स्वीकृत परिभाषा देनी चाहिए, और फिर उत्प्रेरक प्रक्रियाओं के कुछ सामान्य वर्गीकरण, क्योंकि यह वह जगह है जहां कोई भी सटीक विज्ञान शुरू होता है। जैसा कि आप जानते हैं, "भौतिकी वही है जो भौतिक विज्ञानी करते हैं (रसायन विज्ञान के बारे में भी यही कहा जा सकता है)।" बर्गमैन की इस सलाह के बाद, कोई भी अपने आप को इस कथन तक सीमित कर सकता है कि "कटैलिसीस रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी दोनों कर रहे हैं।" लेकिन, स्वाभाविक रूप से, इस तरह की एक चंचल व्याख्या पर्याप्त नहीं है, और बर्जिलियस के समय से "कटैलिसीस" की अवधारणा की कई वैज्ञानिक परिभाषाएं दी गई हैं। हमारी राय में, जी.के. वेरसेकोव द्वारा सबसे अच्छी परिभाषा तैयार की गई थी: "रासायनिक रूप से, उत्प्रेरक को रासायनिक प्रतिक्रियाओं की उत्तेजना या पदार्थों की कार्रवाई के तहत उनकी दर में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है - उत्प्रेरक जो प्रतिक्रिया में प्रतिभागियों के साथ मध्यवर्ती रासायनिक बातचीत में बार-बार प्रवेश करते हैं और मध्यवर्ती बातचीत के प्रत्येक चक्र के बाद उनकी रासायनिक संरचना को पुनर्स्थापित करते हैं। "।

इस परिभाषा में सबसे अजीब बात इसका अंतिम हिस्सा है - रासायनिक प्रक्रिया को तेज करने वाले पदार्थ का सेवन नहीं किया जाता है। यदि किसी भारी शरीर की गति को तेज करना आवश्यक है, तो इसे धक्का दिया जाता है और इसलिए, इस पर ऊर्जा खर्च की जाती है। जितनी अधिक ऊर्जा खर्च होती है, उतनी ही गति शरीर को प्राप्त होती है। आदर्श रूप से, खर्च की गई ऊर्जा की मात्रा शरीर द्वारा अधिग्रहित गतिज ऊर्जा के बराबर होगी। यह प्रकृति के मौलिक नियम की अभिव्यक्ति है - ऊर्जा का संरक्षण।

कटैलिसीस पर प्रमुख रसायनज्ञ

आई। बर्ज़ेलियस (1837):

“जब अन्य पदार्थों के संपर्क में होते हैं, तो ज्ञात पदार्थों का उत्तरार्द्ध पर ऐसा प्रभाव पड़ता है कि एक रासायनिक प्रभाव उत्पन्न होता है - कुछ पदार्थ नष्ट हो जाते हैं, अन्य शरीर के बिना फिर से बनते हैं, जिनकी उपस्थिति इन परिवर्तनों का कारण बनती है, उनमें कोई भी हिस्सा लेने के लिए। हम इन घटनाओं के कारण को उत्प्रेरक बल कहते हैं। "

एम। फैराडे (1840)।

"कैटेलिटिक घटना को किसी नए बल के साथ आपूर्ति किए बिना पदार्थ के ज्ञात गुणों द्वारा समझाया जा सकता है।"

पी। राशिग (1906):

"कैटलिसिस एक अणु की संरचना में बाहरी रूप से प्रेरित परिवर्तन है जिसके परिणामस्वरूप रासायनिक गुणों में बदलाव होता है।"

ई। हाबिल (1913):

"मैं इस निष्कर्ष पर आया था कि कटैलिसीस एक प्रतिक्रिया है, न कि किसी पदार्थ की उपस्थिति।"

एल। गुरविच (1916):

"कैटलिटिक रूप से अभिनय करने वाले शरीर, उत्प्रेरक कार्रवाई से रहित निकायों की तुलना में अपने आप को बढ़ते अणुओं को आकर्षित करते हैं, जिससे उनकी सतह पर गिरने वाले अणुओं के प्रभाव का बल बढ़ जाता है।"

G.K.Boreskov (1968):

“एक समय में, कैटलिसिस को एक विशेष, थोड़ा रहस्यमय घटना के रूप में माना जाता था, विशिष्ट कानूनों के साथ, जिसके प्रकटन को तुरंत एक सामान्य रूप में चयन की समस्या को हल करना चाहिए। अब हम जानते हैं कि यह मामला नहीं है। कैटालिसिस अनिवार्य रूप से एक रासायनिक घटना है। उत्प्रेरक कार्रवाई के दौरान प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन उत्प्रेरक के साथ अभिकारकों के मध्यवर्ती रासायनिक संपर्क के कारण होता है। "

यदि हम बर्ज़ेलियस के छिपे हुए घटना को एक छिपे हुए "उत्प्रेरक बल" की कार्रवाई के साथ जोड़ने के असफल प्रयास को ध्यान में नहीं रखते हैं, तो, जैसा कि उद्धृत भाषणों से देखा जा सकता है, चर्चा मुख्य रूप से उत्प्रेरक के भौतिक और रासायनिक पहलुओं के आसपास थी। लंबे समय तक, कटैलिसीस का ऊर्जावान सिद्धांत विशेष रूप से लोकप्रिय था, अणुओं की उत्तेजना की प्रक्रिया को ऊर्जा के गुंजयमान प्रवास के साथ जोड़ता था।

उत्प्रेरक प्रतिक्रियाशील अणुओं के साथ बातचीत करता है, अस्थिर मध्यवर्ती यौगिक बनाता है, जो प्रतिक्रिया उत्पाद की रिहाई और रासायनिक रूप से अपरिवर्तित उत्प्रेरक के साथ विघटित होता है। बोरसकोव के बयान में हमारा आधुनिक ज्ञान सबसे अच्छा है।

यहां, हालांकि, सवाल उठता है: क्या उत्प्रेरक, चूंकि यह रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया में भाग लेता है, एक नया संतुलन राज्य बना सकता है? यदि ऐसा होता है, तो उत्प्रेरक की रासायनिक भागीदारी का विचार तुरंत ऊर्जा संरक्षण के कानून के साथ संघर्ष करेगा। इससे बचने के लिए, वैज्ञानिकों को स्वीकार करने के लिए मजबूर किया गया और फिर प्रयोगात्मक रूप से साबित किया गया कि उत्प्रेरक न केवल आगे की दिशा में, बल्कि विपरीत दिशा में भी प्रतिक्रिया को तेज करता है। समान यौगिक जो शब्द के सख्त अर्थों में प्रतिक्रिया की दर और संतुलन दोनों को बदलते हैं, उत्प्रेरक नहीं हैं।

यह हमारे लिए आम तौर पर एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में, रासायनिक प्रतिक्रियाओं का त्वरण होता है, और यह घटना "सकारात्मक" कटैलिसीस के रूप में "नकारात्मक" के विपरीत होती है, जिसमें प्रतिक्रिया प्रणाली में एक उत्प्रेरक की शुरूआत के कारण दर में कमी होती है। सख्ती से बोलना, कैटेलिसिस हमेशा प्रतिक्रिया की दर को बढ़ाता है, लेकिन कभी-कभी चरणों में से एक का त्वरण (उदाहरण के लिए, श्रृंखला समाप्ति की एक नई पथ की उपस्थिति) रासायनिक प्रतिक्रिया के मनाया निषेध की ओर जाता है।

हम केवल सकारात्मक कटैलिसीस पर विचार करेंगे, जिसे स्वीकार किया जाता है

निम्न प्रकारों में विभाजित:

a) जब प्रतिक्रिया मिश्रण और उत्प्रेरक या तो तरल या गैसीय अवस्था में होते हैं;

बी) विषम - उत्प्रेरक एक ठोस के रूप में है, और प्रतिक्रियाशील यौगिक एक समाधान या गैसीय मिश्रण के रूप में हैं; (यह कटैलिसीस का सबसे आम प्रकार है, इस प्रकार दो चरणों के बीच इंटरफेस में किया जाता है।)

ग) एंजाइमैटिक - जटिल प्रोटीन संरचनाएं जो वनस्पतियों और जीवों के जीवों में जैविक रूप से महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम को तेज करती हैं, उत्प्रेरक के रूप में काम करती हैं। (एंजाइमैटिक कटैलिसीस या तो सजातीय या विषम हो सकता है, लेकिन एंजाइम की कार्रवाई की विशिष्ट विशेषताओं के कारण, इस प्रकार के कटैलिसीस को एक स्वतंत्र क्षेत्र में अलग करना उचित है।)

औद्योगिक कटैलिसीस के बारे में थोड़ा

मुझे अपने सारे जीवन में परिणामी घनीभूतता के आसवन के लिए याद है, एंग्लर के अनुसार, जिसमें प्रयोग की शुरुआत में गैसोलीन अंश 67% था। हम देर रात तक लेट गए, एक रेसिंग कार पर परीक्षण के लिए पर्याप्त इंतजार कर रहे थे, लेकिन हमने सोचा कि उच्च गैसोलीन की उपज के कारण, इंजन में विस्फोट हो जाएगा। अगली सुबह मैं अपने उत्साह को कभी नहीं भूलूंगा जब कार विस्फोट के बिना पहाड़ी पर चढ़ गई!

जे। गुडी, 1957

ये शब्द कैटलरी के व्यावहारिक उपयोग में एक उत्कृष्ट शोधकर्ता गुडरी के हैं। 1957 में कैटालिसिस पर अंतर्राष्ट्रीय कांग्रेस में उनके द्वारा बोला गया था, बीस साल बाद, एक लंबी दिनचर्या खोज के परिणामस्वरूप, भारी तेल अवशेषों को उच्च-ऑक्टेन मोटर ईंधन में परिवर्तित करने का एक नया तरीका, तेल का उत्प्रेरक दरार, अंततः विकसित किया गया था। गुडरी के अनुसार, कम उबलते बिंदु के साथ कम आणविक भार वाले उत्पादों में पेट्रोलियम हाइड्रोकार्बन को तोड़ने के लिए कैटेलिसिस का उपयोग करने का विचार 1927 में उनके पास वापस आया। लेकिन केवल दस साल बाद पॉल्स-मोबिल रिफाइनरी में पॉल्सबोरो (यूएसए) में था। दुनिया की पहली औद्योगिक उत्प्रेरक क्रैकिंग यूनिट एक उत्प्रेरक के रूप में सिलिकॉन ऑक्साइड और एल्यूमीनियम ऑक्साइड (एल्यूमिनोसिलिकेट) यौगिकों का उपयोग करके बनाई गई थी। 1937 के बाद, तेल शोधन की उत्प्रेरक विधियों, जिसमें विभिन्न रासायनिक प्रक्रियाओं की एक किस्म शामिल है, तेल उद्योग में दृढ़ता से स्थापित हो गई। इनमें मुख्य हैं: कार्बन-कार्बन बॉन्ड की दरार और प्राथमिक दरार उत्पादों (आइसिंग) का आइसोमेराइजेशन; शाखाओं और सुगंधित अणुओं (मिंग) के गठन के साथ हाइड्रोकार्बन के निर्जलीकरण और आइसोमेरिज़ेशन; हाइड्रोजन सल्फाइड और अमोनिया (हाइड्रोट्रीटिंग) के रूप में सल्फर और नाइट्रोजन के समय-आधारित निष्कासन के साथ असंतृप्त हाइड्रोकार्बन का हाइड्रोजनीकरण; सुगंधित यौगिकों (अल्काइलेशन) के बेंजीन रिंग में हाइड्रोकार्बन अंशों की शुरूआत।

आइए हम याद करते हैं कि 1937 तक, तेल के खुर को विशेष रूप से तापीय विधि द्वारा किया जाता था: तेल अंशों को लगभग 500 ° C के तापमान पर संसाधित किया जाता था और 50-60 atm का दबाव बनाया जाता था। कैटेलिटिक क्रैकिंग को ~ 50-500 डिग्री सेल्सियस पर किया जाता है और बेंटोनाइट क्लैस या कृत्रिम रूप से तैयार एलुमिनोसिलाइकेट्स की उपस्थिति में वायुमंडलीय दबाव होता है। यह एक उच्च-ऑक्टेन ईंधन और सुगंधित हाइड्रोकार्बन का उत्पादन करता है जिसका उपयोग आगे रासायनिक प्रसंस्करण के लिए किया जा सकता है। दुनिया के लगभग एक तिहाई मोटर ईंधन का निर्माण क्रैकिंग द्वारा किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी विश्व रासायनिक उत्पादों के एक चौथाई से अधिक विभिन्न प्रकार के रासायनिक तेल शोधन उत्पादों से उत्पादित होते हैं।

औद्योगिक उत्प्रेरक का एक महत्वपूर्ण घटक है प्रवर्तक -पदार्थ, जिसके कारण कम मात्रा में उत्प्रेरक (प्रतिशत या प्रतिशत का अंश) इसकी गतिविधि, चयनात्मकता या स्थिरता को बढ़ाता है। यदि प्रमोटर को बड़ी मात्रा में उत्प्रेरक में जोड़ा जाता है या अपने आप में उत्प्रेरक रूप से सक्रिय होता है, तो उत्प्रेरक को मिश्रित कहा जाता है। पदार्थ, जिसका प्रभाव उत्प्रेरक पर पड़ता है, इसकी गतिविधि में कमी आती है या उत्प्रेरक के पूर्ण समाप्ति को कहा जाता है उत्प्रेरक जहर... ऐसे मामले हैं जब उत्प्रेरक के लिए एक और एक ही additive कुछ सांद्रता में एक प्रमोटर और दूसरों पर एक जहर है। विषम कटैलिसीस (नीचे देखें) में, पदार्थों के वाहक व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जो स्वयं उत्प्रेरक रूप से निष्क्रिय या थोड़े सक्रिय होते हैं।

कटैलिसीस का "भूगोल" असामान्य रूप से व्यापक और विविधतापूर्ण है - एक जीवित कोशिका में महत्वपूर्ण जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के प्रबंधन के लिए जैविक पदार्थों के बड़े-टन भार उत्पादन से (और, संभवतः, "परमाणु संलयन" भी "नियंत्रित") - और कई प्रोफाइल और दिशाओं के शोधकर्ताओं की गतिविधि के क्षेत्र को शामिल करता है। बेशक, हम खुद को कटैलिसीस के उपयोग के सभी मुख्य क्षेत्रों को सूचीबद्ध करने का कार्य निर्धारित नहीं करते हैं और रासायनिक उद्योग के क्षेत्र से केवल कुछ उदाहरण देंगे।

एक, उदाहरण के लिए, हवा में नाइट्रोजन "फिक्सिंग" की समस्या के साथ शुरू हो सकता है - एक अत्यंत अक्रिय पदार्थ जो केवल 3500-4000 डिग्री सेल्सियस पर ऑक्सीजन के साथ भी प्रतिक्रिया करता है। बाध्य नाइट्रोजन के प्राकृतिक संसाधन सीमित हैं, जबकि कृषि उत्पादों के उत्पादन में नाइट्रोजन यौगिकों की मात्रा में वृद्धि हो सकती है। मुक्त नाइट्रोजन के संसाधन व्यावहारिक रूप से असीमित हैं। कैमिस्ट इसे प्रतिक्रिया का उपयोग करके एक बाध्य (और अधिक प्रतिक्रियाशील) अवस्था में बदल देते हैं

व्यावहारिक दृष्टिकोण से स्वीकार्य होने के लिए इस प्रतिक्रिया की गति के लिए, उच्च तापमान और दबाव की आवश्यकता होती है। हालांकि, बढ़ते तापमान के साथ, प्रतिक्रिया का संतुलन धीरे-धीरे शुरुआती सामग्रियों के गठन की ओर बढ़ जाता है। दूसरी ओर, कम तापमान और अधिक पूरी तरह से अमोनिया के गठन की प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है, अधिक उल्लेखनीय रूप से प्रक्रिया की दर कम हो जाती है। विभिन्न दिशाओं में काम करने वाले कारकों के बीच एक समझौते की खोज ने हैबर (1907) को 500 डिग्री सेल्सियस और 300 बजे पर अमोनिया में नाइट्रोजन-हाइड्रोजन मिश्रण में परिवर्तित करने के लिए एक औद्योगिक विधि बनाने के लिए प्रेरित किया। अब यह अमोनिया के उत्पादन के लिए मुख्य विधि है, जिसका उपयोग उर्वरकों, नाइट्रिक एसिड (प्लैटिनम के ऊपर अमोनिया का उत्प्रेरक ऑक्सीकरण), अमोनियम लवण, सोडा, हाइड्रोसीनिक एसिड, आदि के उत्पादन में व्यापक रूप से किया जाता है।

उत्प्रेरक के माध्यम से, असंतृप्त रासायनिक यौगिकों को हाइड्रोजनीकृत किया जाता है। इस प्रकार, 400 डिग्री सेल्सियस पर जस्ता-क्रोमियम उत्प्रेरक की उपस्थिति में हाइड्रोजन के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड का इलाज और लगभग 300 एटीएम का दबाव, मेथनॉल सीओ + 2 एच СН3ОН प्राप्त किया जाता है, जो विशेष रूप से अन्य मूल्यवान पदार्थों के उत्पादन के लिए एक विलायक के रूप में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से, चांदी पर ऑक्सीकरण करके। तांबा उत्प्रेरक, फॉर्मलाडेहाइड प्राप्त किया जा सकता है

СНзОН + О НСОН + Н О

कोई कम महत्वपूर्ण पदार्थ नहीं, प्लास्टिक के संश्लेषण के लिए बड़ी मात्रा में खपत।

मेथनॉल का उपयोग हाइड्रोजन क्लोराइड CH3OH + HO 3H + CO को प्राप्त करने के लिए भी किया जा सकता है।

निकल उत्प्रेरक की उपस्थिति में हाइड्रोजन के साथ वनस्पति तेलों के प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप, मैं ठोस वसा (विशेष रूप से, मार्जरीन) बनाता हूं। कैटालिसिस का उपयोग पॉलीआटोमिक कार्बनिक यौगिकों के हाइड्रोलिसिस में तेजी लाने के लिए किया जाता है, मुख्य रूप से कार्बोहाइड्रेट युक्त यौगिकों को लगाए जाते हैं। यहाँ खनिज अम्ल उत्प्रेरक का काम करते हैं। पौधों के कच्चे माल (लकड़ी का कचरा, सूरजमुखी की भूसी, पुआल, आदि) के एसिड उपचार के दौरान, पॉलीसेकेराइड चेन (सेल्यूलोज, पैंटोसंस) खाद्य और फ़ीड उत्पादों, ग्लूकोज, ज़ाइलोज़, फ़्यूरफ़्यूरल और कई अन्य ऑक्सीजन युक्त डेरिवेटिव बनाने के लिए विभाजित होते हैं। अधिक गंभीर परिस्थितियों (200 ° C, 50 atm) के तहत किए गए एसिड हाइड्रॉलिसिस और कैटेलिटिक हाइड्रोजिनेशन (तथाकथित हाइड्रोजनलिसिस) की प्रक्रियाओं को मिलाकर आणविक श्रृंखलाओं, ग्लिसरॉल, इथाइलीन ग्लाइकॉल और प्रोपलीन ग्लाइकॉल के गहरे दरार के उत्पाद प्राप्त किए जाते हैं। इन पदार्थों का उपयोग विस्फोटक, ग्लिफ़थलिक रेजिन और प्लास्टिसाइज़र और सॉल्वैंट्स के निर्माण में किया जाता है।

पॉलिमर और सिंथेटिक फाइबर के उत्पादन को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। यहां, घरेलू विज्ञान का गौरव योजना के अनुसार सिंथेटिक रबर का उत्पादन करने के लिए एस.वी. लेबेडेव (1932) द्वारा विकसित की गई प्रक्रिया है: एथिल अल्कोहल - ब्यूटाडीन - पॉलीब्यूटेनिन। इस प्रक्रिया में उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं पहले चरण में की जाती हैं - डीहाइड्रोजनीकरण और साथ में एथिल अल्कोहल का निर्जलीकरण। अब ब्यूटिना-क्रोमियम उत्प्रेरक पर विशेष रूप से ब्यूटेन से सामान्य संरचना के हाइड्रोकार्बन के डिहाइड्रोजनीकरण द्वारा ब्यूटेडीन और आइसोप्रीन भी प्राप्त किए जाते हैं। इससे सिंथेटिक रबर के उत्पादन में तेल शोधन से प्राकृतिक गैस संसाधनों और गैसों को शामिल करना संभव हो गया।

पॉलिमर के उत्पादन में एक प्रमुख घटना मिश्रित ज़िग्लर - नट्टा उत्प्रेरक (1952) की उपस्थिति में असंतृप्त यौगिकों के स्टीरियोस्कोपिक पोलीमराइजेशन की खोज थी। इस प्रकार के उत्प्रेरक का एक उदाहरण ट्राइथाइलेलुमिन और टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड का मिश्रण है। इन उत्प्रेरकों के उपयोग से मोनोमर इकाइयों के एक निश्चित स्थानिक विन्यास के साथ मैक्रोमोलेक्यूल प्राप्त करना संभव हो गया। ऐसे पॉलिमर से बने उत्पादों में उत्कृष्ट प्रदर्शन गुण होते हैं। वर्थ का उल्लेख मॉर्टन (1947) द्वारा विकसित अत्यंत सक्रिय उत्प्रेरक प्रणाली है, जिसे कोड नाम "अल्फिन" के तहत जाना जाता है और जो एलिल सोडियम, सोडियम आइसोप्रोपाइलेट और सोडियम क्लोराइड का मिश्रण है। अल्फिन की उपस्थिति में, ब्यूटाडीन कुछ ही मिनटों में दसियों या सैकड़ों हजारों मोनोमर इकाइयों वाली श्रृंखलाओं का निर्माण करता है।

पारिस्थितिकी में कटैलिसीस की भूमिका

कैटालिसिस को सबसे जरूरी समस्या - पर्यावरण संरक्षण को हल करने में एक बड़ी भूमिका निभाने के लिए कहा जाता है। Cousteau के अनुसार, ग्लोब "एक एग्जॉस्ट पाइप के बिना अंतरिक्ष में अकेले दौड़ने वाली कार जैसा दिखता है।" वास्तव में, हम अपने कचरे को उसी वातावरण में फेंकने के लिए कहीं नहीं हैं, जिसमें हम रहते हैं। यह एक दुखद विषय है, लेकिन इसके बारे में बात करने लायक है, क्योंकि एक व्यक्ति पहले से ही कई तूफानी गतिविधियों के लिए अपने तूफानी गाद के नकारात्मक पहलुओं को महसूस करना शुरू कर रहा है। कैटलिस्ट केमिस्ट इस उत्पाद पर कड़ी मेहनत कर रहे हैं। समस्या और पहले ही कुछ परिणाम प्राप्त कर चुके हैं। ऑटोमोबाइल निकास गैसों के अपघटन के लिए विशेष उपकरण विकसित किए गए हैं, जो गैसों के हानिकारक घटकों के उत्प्रेरक ऑक्सीकरण के आधार पर काम कर रहे हैं। रासायनिक उद्योगों से अपशिष्ट गैसों के निष्कासन के लिए उत्प्रेरक और स्थितियों का चयन किया गया था। उत्प्रेरक फिल्टर को उत्प्रेरक एजेंटों के साथ लेपित धातु की जाली या सिरेमिक सामग्री से भरे कारतूस के रूप में डिज़ाइन किया गया है; ये फ़िल्टर 250-350 ° C पर काम करते हैं।

हमने तापमान और दबाव दिया है जिस पर प्रतिक्रियाएं औद्योगिक परिस्थितियों में उत्प्रेरित होती हैं, आंशिक रूप से वनस्पतियों और जीवों के जीवों में होने वाली समान रासायनिक प्रतिक्रियाओं की स्थितियों के साथ उनकी तुलना करने के लिए। उत्तरार्द्ध सामान्य तापमान और दबाव में बहुत तेज होता है। यह जैविक उत्प्रेरकों की मदद से प्राप्त होता है - पृथ्वी पर जीवन के लंबे विकास के उत्पाद, अनिवार्य रूप से लाखों गलतियों और मृत सिरों के साथ। संभवतः, हम जल्द ही घुमावदार मार्ग नहीं सीखेंगे, जिसके साथ प्रकृति ने प्राकृतिक परिस्थितियों में प्रभावी कार्बनिक संरचनाओं की खोज की और हल्के परिस्थितियों में रहने वाले जीवों में प्रक्रियाओं को तेज करने की क्षमता हासिल की।

ऊर्जा बाधा

सभी उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं एक सहज प्रक्रिया है, अर्थात। गिब्स ऊर्जा में कमी की दिशा में प्रवाह - प्रणाली की ऊर्जा में कमी।

यह लंबे समय से ज्ञात है कि गैर-अणु एक दूसरे से टकराते हुए बहुत कम प्रतिक्रिया करते हैं। अर्नहेनियस ने इस तथ्य को यह सुझाव देकर समझाया कि अणु केवल तभी प्रतिक्रिया कर सकते हैं जब टकराव के क्षण में उनके पास कम से कम एक निश्चित महत्वपूर्ण मूल्य का ऊर्जा आरक्षित हो। इस मामले में, उन्हें "सक्रिय अणु" कहा जाता है।

ए। रेज़चिक, 1945

ऐसा एक सिद्धांत है, यह पूर्ण प्रतिक्रिया दरों का सिद्धांत है, जिसकी शुरुआत 1931 में पॉलीनी के सैद्धांतिक अध्ययनों द्वारा की गई थी। नीचे हम इसके साथ परिचित होंगे, लेकिन अब हम रासायनिक नृवंशविज्ञान के एक और कानून पर ध्यान देंगे, जिसे अरहेनियस कानून (1889) के रूप में जाना जाता है। कानून एक निश्चित प्रतिक्रिया की एक निश्चित ऊर्जा विशेषता के साथ प्रतिक्रिया दर को निरंतर जोड़ता है, जिसे सक्रियण ऊर्जा E कहा जाता है।

जहां k0 एक स्थिर या पूर्व-घातीय कारक है; आर - गैस निरंतर 1,987 कैल / डीएल * मोल के बराबर, टी - डिग्री केल्विन में तापमान; ई प्राकृतिक लघुगणक का आधार है।

सक्रियण ऊर्जा E का मान ज्ञात करने के लिए, विभिन्न तापमान पर प्रतिक्रिया दर का अध्ययन करें और T के प्रत्येक मान के लिए स्थिर दर का मान ज्ञात करें। चूंकि समीकरण (26) में दो अज्ञात मात्राएँ हैं - k0 और E, तो निम्नानुसार आगे बढ़ें। लघुगणक (26)

एल / के (1) पर निर्भरता की साजिश रचने और ढलान का निर्धारण करने के लिए, जो ई / आर के बराबर है। आमतौर पर प्राकृतिक नहीं, लेकिन दशमलव लघुगणक का उपयोग किया जाता है।

(अंतिम संख्या प्राकृतिक लॉगरिथम को दशमलव में बदलने के लिए मॉड्यूल है, जिसे आर \u003d l.987 से गुणा किया जाता है)।

अरहेनियस कानून अंजीर में दिखाए गए एक ऊर्जा आरेख के रूप में, रसायन विज्ञान में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रतिक्रिया पथ के प्रतीकात्मक प्रतिनिधित्व से जुड़ा हुआ है। 1. इस छवि का अर्थ इस प्रकार है: अणुओं के लिए एक राज्य एच 1 से दूसरे एच 2 तक पारित होने के लिए, उनके पास एक आंतरिक ऊर्जा आरक्षित होना चाहिए जो एक महत्वपूर्ण महत्वपूर्ण मान से कम नहीं है। राज्य एचएल और एच 2 अलग हो जाते हैं, इस प्रकार, ऊंचाई के बराबर ऊंचाई वाले कुछ अवरोधों द्वारा। सक्रियण ऊर्जा E, और अवरोधक की ऊँचाई कम, Arrhenius समीकरण के अनुसार प्रतिक्रिया दर अधिक से अधिक। यह वृद्धि अनंत नहीं है: यहां तक \u200b\u200bकि एक बाधा (ई \u003d ओ) की अनुपस्थिति में, प्रतिक्रिया एक निश्चित परिमित (और बड़ी नहीं) दर के साथ आगे बढ़ेगी, चूंकि ई \u003d 0 पर एक साथ।

ऊर्जा आरेख की एक महत्वपूर्ण संपत्ति यह है कि प्रारंभिक एच 1 और अंतिम एच 2 स्तर बाधा की ऊंचाई पर निर्भर नहीं करते हैं। आप मनमाने ढंग से बाधा ई की ऊंचाई को बदल सकते हैं (यदि, ज़ाहिर है, हम जानते हैं कि यह अभ्यास में कैसे करना है), लेकिन एच 1 और एच 2 का स्तर अपरिवर्तित रहेगा यदि कुछ बाहरी परिस्थितियों को निर्धारित किया जाता है - तापमान, दबाव, आदि, दूसरे शब्दों में, वे मौजूद हैं। सिद्धांत रूप में, विभिन्न पथ जिनके साथ अणु एक निश्चित स्थिति से दूसरे में स्थानांतरित हो सकते हैं, जिनमें वे शामिल हैं जिन पर ऊर्जा अवरोध शून्य है; केवल तभी ऐसा मामला हो सकता है जब ई< О.

ऊर्जा अवरोध से गुजरना

अरहेनियस का कानून एक प्रायोगिक रूप से स्थापित तथ्य है। वह दावा करता है कि प्रतिक्रियाओं की अधिकता के लिए बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है, लेकिन वह इस बारे में कुछ नहीं कहता है कि वास्तव में प्रतिक्रिया प्रणाली ऊर्जा दर को कैसे पार करती है। यह कुछ मॉडल अभ्यावेदन शुरू करके इसे और अधिक विस्तार से समझने के लिए समझ में आता है।

एक सरल विनिमय सहभागिता प्रतिक्रिया की कल्पना करें

ए - बी + सी - डी \u003d\u003e ए - डी + बी - सी (ए)

यदि हम अणुओं की परस्पर क्रिया को अलग-अलग प्राथमिक क्रियाओं में विभाजित कर सकते हैं - पुराने बांड ए - बी और सी - डी को तोड़ना और नए बांड बी - सी और ए - डी के गठन, तो हम निम्नलिखित तस्वीर का निरीक्षण करेंगे: पहली बार में प्रतिक्रिया प्रणाली ने तोड़ने के लिए आवश्यक बाहरी ऊर्जा को अवशोषित किया। प्रारंभिक रासायनिक बांड, और फिर नए बांड के गठन के कारण इसे अलग किया गया था। ऊर्जा आरेख पर, यह एक निश्चित वक्र द्वारा परिलक्षित होगा, जिसमें से अधिकतम पुराने बांड (छवि 2) के पृथक्करण ऊर्जा के अनुरूप है।

वास्तविकता में, हालांकि, सक्रियण ऊर्जा हमेशा हदबंदी ऊर्जा से कम होती है। नतीजतन, प्रतिक्रिया इस तरह से आगे बढ़ती है कि बॉन्ड ब्रेकिंग एनर्जी को नए बॉन्ड के गठन के दौरान जारी ऊर्जा द्वारा आंशिक रूप से मुआवजा दिया जाता है। शारीरिक रूप से, यह हो सकता है, उदाहरण के लिए, निम्नानुसार है। उस समय जब परमाणु B और C एक दूसरे के पास आते हैं, B… C बॉन्ड बनता है और उसी समय A - B और C - D बॉन्ड शिथिल होते हैं। इस मामले में, ऊर्जा आंशिक रूप से एक डिब्बे से दूसरे में "प्रवाह" करती है। यह समझना मुश्किल नहीं है कि जब प्रतिक्रिया करने वाले परमाणु एक-दूसरे से संपर्क करते हैं, तो जल्दी या बाद में एक पल आता है जब सभी बंधन समान रूप से शिथिल अवस्था में होते हैं।

पोलानी और ईयरिंग इस राज्य को संक्रमणकालीन कहते हैं और इसमें आम अणुओं के सभी गुणों को शामिल करते हैं, सिवाय इसके कि परमाणुओं का कंपन रेखा के साथ होता है जिसके साथ बंधनों के सम्मिलन और टूटने से अंतिम उत्पादों का निर्माण होता है।

इन कारणों के लिए, प्रतिक्रिया योजना में एक निश्चित संक्रमण राज्य ए - बी + सी - डी \u003d\u003e * \u003d \u003d ए - डी + बी - सी (बी) को लागू करना उचित है।

ऊर्जा अवरोध के शीर्ष के अनुरूप। केवल वे अणु जिनके पास एक निश्चित मात्रा में आंतरिक ऊर्जा होती है, वे शीर्ष पर चढ़ सकते हैं। वे अन्य अणुओं के साथ टकराव के परिणामस्वरूप इस ऊर्जा को प्राप्त करते हैं। उनमें से जो अपने भंडार को फिर से भरने के लिए ऊर्जा रोल की आवश्यक राशि वापस नहीं लेते हैं। शीर्ष पर चढ़ाई पथ का सबसे कठिन हिस्सा है, लेकिन पास तक पहुंचने पर, अणु अनियंत्रित रूप से नीचे गिरते हैं। उनके लिए कोई रास्ता नहीं है। शीर्ष पर अधिक अणु, उच्च प्रतिक्रिया दर। यह सरल तर्क आपको दो मात्राओं के उत्पाद के रूप में स्थिर दर का प्रतिनिधित्व करने की अनुमति देता है:

जिनमें से एक * प्रतिक्रिया उत्पादों में सक्रिय परिसर के मोनोमोलेक्यूलर रूपांतरण का स्थिरांक है, जिसमें आवृत्ति का आयाम है, और दूसरा, K *, संक्रमण परिसर के गठन का संतुलन स्थिरांक है।

सामान्य तौर पर, प्रतिक्रिया सामग्री को अंतिम उत्पादों से लेकर विभिन्न तरीकों से आगे बढ़ सकती है, अर्थात। विभिन्न पास (सक्रियण ऊर्जा के मूल्यों) के माध्यम से। हालांकि, प्रतिक्रिया, एक नियम के रूप में, एक पथ के साथ जाती है, जैसे कि जहां ऊर्जा लागत कम से कम होगी।

अम्ल और क्षार के साथ रासायनिक अभिक्रियाओं में तेजी लाना सबसे आम तकनीक है जिसका उपयोग रसायनज्ञ अपने दैनिक कार्य में करते हैं। हम केवल "प्रोटिक" एसिड द्वारा कैटेलिसिस पर विचार करेंगे। इस मामले में, उत्प्रेरक अभिनय सिद्धांत जलीय घोल में एसिड के पृथक्करण के दौरान गठित हाइड्रोनियम आयन है

एक मध्यम सांद्रता में, हाइड्रोक्लोरिक एसिड पूरी तरह से आयनों में विघटित हो जाता है। कार्बोक्जिलिक एसिड, विशेष रूप से एसिटिक (बी) में, पूरी तरह से अलग नहीं होता है: एसिड के आयनों और गैर-विघटित रूपों के बीच एक निश्चित संतुलन स्थापित होता है। कमजोर एसिड के पृथक्करण के उपाय के रूप में, पृथक्करण स्थिरांक को चुना जाता है, जो एसिटिक एसिड के लिए 1.75 * 10 ^ -15 मोल / लीटर है;

अपने शुद्ध रूप में, प्रोटॉन एच + समाधान में मौजूद नहीं है, क्योंकि पानी के अणु के साथ संयोजन के लिए यह अधिक लाभदायक है। (हालांकि, संक्षिप्तता के लिए, वे बस एच + लिखते हैं, जिसका अर्थ है इस प्रतीक द्वारा हाइड्रोनियम आयन।)

पीएच \u003d -एलजी की इकाइयों में हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता को व्यक्त करना सुविधाजनक है, अर्थात, एक घातांक की इकाइयों में (यह इकाई पहले सॉरेन्सेन द्वारा शुरू की गई थी)।

एसिड सांद्रता (या माध्यम की अम्लता) जितनी अधिक होगी, उतनी ही उच्च प्रतिक्रिया दर होगी, लेकिन केवल एक निश्चित पीएच मान तक। इसके आधार पर, आइए दो प्रश्नों को समझने का प्रयास करें:

1) क्यों एच + आयनों की एकाग्रता में वृद्धि के साथ दर में वृद्धि होती है (यानी, पीएच में कमी के साथ);

2) जब एक निश्चित मानक से अधिक मात्रा में एसिड जोड़ा जाता है तो प्रतिक्रिया धीमी हो जाती है;

एक मजबूत धारणा है कि यह सभी कार्बोनिल समूह के कार्बन पर नाइट्रोजन परमाणु के हमले से शुरू होता है। नाइट्रोजन में दो अप्रकाशित इलेक्ट्रॉन होते हैं, और कार्बन न केवल उनके पास होता है, बल्कि इलेक्ट्रॉन घनत्व में भी एक निश्चित कमी होती है। वे कहते हैं कि कार्बोनिल समूह ध्रुवीकृत है - बाहरी इलेक्ट्रॉन बादल का हिस्सा ऑक्सीजन परमाणु की ओर विस्थापित होता है।

जब हम प्रतिक्रिया मिश्रण में एक एसिड का परिचय देते हैं, तो गठित हाइड्रोजन आयन दोनों भागीदारों के अणुओं पर हमला करना शुरू कर देते हैं, लेकिन केवल एक प्रकार के हमले से उनके रासायनिक संपर्क में आसानी होगी - कार्बोनिल ऑक्सीजन पर हमला। ऐसा क्यों है? हां, क्योंकि ऑक्सीजन परमाणु के साथ एक प्रोटॉन के समन्वय से प्रोटॉन की ओर कार्बन परमाणु से इलेक्ट्रॉन घनत्व का बदलाव होगा। कार्बन को उजागर किया जाएगा, और यह नाइट्रोजन परमाणु के इलेक्ट्रॉनों को आसानी से स्वीकार कर सकता है। यह, वास्तव में, एसिड कटैलिसीस की प्रकृति है। यह समझना आसान है कि एच + आयनों की एकाग्रता जितनी अधिक होती है (हम दोहराते हैं - पीएच कम), प्रोटोनाइज्ड (ऑक्सीजन में) एल्डिहाइड अणुओं की एकाग्रता जितनी अधिक होगी, उतनी ही उच्च प्रतिक्रिया दर होनी चाहिए।

हमने माना, निश्चित रूप से, एसिड कटैलिसीस की एक सरलीकृत योजना, लेकिन यह एक अच्छा उदाहरण है कि घटना का अध्ययन कैसे किया जाता है और हाइड्रोजन आयनों की एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता को जानने के परिणामस्वरूप क्या निष्कर्ष निकाला जा सकता है। OH- आयनों (मूल कटैलिसीस) की कार्रवाई के तहत कटैलिसीस की घटनाओं का विश्लेषण मौलिक रूप से सिर्फ माना जाने वाले एसिड कटैलिसीस के विश्लेषण से अलग है।

दृढ़ता से अम्लीय मीडिया में कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के कटैलिसीस के अध्ययन में, कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है जो आमतौर पर पतला एसिड के साथ काम करते समय आसानी से दूर हो जाते हैं। लेकिन हम इस पर अपना ध्यान केंद्रित नहीं करेंगे, हम इसे केवल इस बात पर बदल देंगे कि एकाग्रता निर्भरता का अध्ययन करके किस तरह की जानकारी प्राप्त की जाती है।

सजातीय उत्प्रेरक

कई उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के बीच, श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में कटैलिसीस एक विशेष स्थान रखता है।

"चेन प्रतिक्रियाएं, जैसा कि आप जानते हैं, ऐसी रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाएं हैं जिनमें पदार्थ या कुछ सक्रिय कणों (सक्रिय केंद्रों) के पदार्थों के मिश्रण में गठन इस तथ्य की ओर जाता है कि प्रत्येक सक्रिय कण पदार्थ के क्रमिक परिवर्तनों की एक संख्या (श्रृंखला) का कारण बनता है" ( एमानुएल, 1957)।

प्रक्रिया के विकास के लिए इस तरह का एक तंत्र इस तथ्य के कारण संभव है कि सक्रिय कण पदार्थ के साथ बातचीत करता है, न केवल प्रतिक्रिया उत्पादों का निर्माण करता है, बल्कि एक नया सक्रिय कण (एक, दो या अधिक) पदार्थ परिवर्तन की एक नई प्रतिक्रिया में सक्षम होता है, आदि जिसके परिणामस्वरूप श्रृंखला। पदार्थ का परिवर्तन तब तक जारी रहता है जब तक कि सक्रिय कण सिस्टम से गायब नहीं हो जाता है (सक्रिय कण की "मौत" होती है और श्रृंखला टूट जाती है)। इस मामले में सबसे कठिन चरण सक्रिय कणों का न्यूक्लियेशन है (उदाहरण के लिए, फ्री रेडिकल्स), न्यूक्लिएशन के बाद, परिवर्तनों की श्रृंखला आसानी से बाहर की जाती है।

श्रृंखला प्रतिक्रियाएं प्रकृति में व्यापक हैं। पॉलिमराइजेशन, क्लोरीनीकरण, ऑक्सीकरण, और कई अन्य रासायनिक प्रक्रियाएं एक श्रृंखला का पालन करती हैं, या बल्कि, एक कट्टरपंथी-श्रृंखला (कट्टरपंथी शामिल) तंत्र।

कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया (प्रारंभिक अवस्था में) अब अच्छी तरह से स्थापित है। यदि हम ऑक्सीकरण वाले पदार्थ R-H (जहाँ H, R के अणु के साथ सबसे कम बंधन शक्ति वाला हाइड्रोजन परमाणु है) को निरूपित करते हैं, तो इस तंत्र को निम्न रूप में लिखा जा सकता है:

उत्प्रेरक, जैसे कि वैरिएबल वैलेंस मेटल कंपाउंड, चर्चा की गई किसी भी प्रक्रिया को प्रभावित कर सकते हैं।

आइए अब हम अध: पतन श्रृंखला शाखाओं की प्रक्रियाओं में उत्प्रेरक की भूमिका पर ध्यान केन्द्रित करते हैं। किसी धातु के साथ हाइड्रोपरॉक्साइड का संपर्क जलयोजन के अपघटन के दौरान बनने वाले उत्पादों की प्रकृति के आधार पर, परिवर्तनशील वैलेन्स के धातुओं के यौगिकों द्वारा कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के त्वरण और निषेध दोनों को जन्म दे सकता है। धातु के यौगिक हाइड्रोपरोक्साइड के साथ एक जटिल बनाते हैं, जो माध्यम के विलायक के "पिंजरे" में विघटित हो जाता है; यदि परिसर के अपघटन के दौरान बनने वाले कट्टरपंथी के पास सेल छोड़ने का समय है, तो वे प्रक्रिया (सकारात्मक कटैलिसीस) शुरू करते हैं। यदि इन रेडिकल्स के पास आणविक निष्क्रिय उत्पादों में सेल से बचने और पुनर्संयोजन करने का समय नहीं है, तो इससे रेडिकल-चेन प्रक्रिया (नकारात्मक कैटलिसिस) धीमा हो जाएगी, क्योंकि इस मामले में नए रेडिकल्स के एक संभावित आपूर्तिकर्ता हाइड्रोपरोक्साइड बर्बाद हो जाता है।

अब तक हमने केवल ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के उथले चरणों पर विचार किया है; उदाहरण के लिए, गहरे चरणों में, हाइड्रोकार्बन, एसिड, अल्कोहल, केटोन्स, एल्डीहाइड्स के ऑक्सीकरण के मामले में, जो उत्प्रेरक के साथ भी प्रतिक्रिया कर सकते हैं और प्रतिक्रिया में मुक्त कणों के अतिरिक्त स्रोत के रूप में काम कर सकते हैं, अर्थात्, इस मामले में, चेन के अतिरिक्त पतित शाखाकरण होगा।

विषम कटैलिसीस

दुर्भाग्य से, अब तक, कैटलिसिस के क्षेत्र में काफी बड़ी संख्या में सिद्धांतों और परिकल्पनाओं के बावजूद, कई मौलिक खोजों को संयोग से या एक सरल अनुभवजन्य दृष्टिकोण के परिणामस्वरूप बनाया गया है। जैसा कि आप जानते हैं, एम। ए। इलिंस्की द्वारा सुगंधित हाइड्रोकार्बन के सल्फोनेशन के लिए एक पारा उत्प्रेरक गलती से पाया गया, जिसने गलती से एक पारा थर्मामीटर को तोड़ दिया: पारा रिएक्टर में मिला, और प्रतिक्रिया शुरू हुई। इसी तरह से, स्टीरियोस्कोपिक ज़िग्लर पॉलीमराइज़ेशन के लिए अब जाने-माने उत्प्रेरक, जिन्होंने अपने समय में पॉलिमराइज़ेशन की प्रक्रिया में एक नया युग खोला था।

स्वाभाविक रूप से, कटैलिसीस के सिद्धांत के विकास का यह मार्ग आधुनिक स्तर के विज्ञान के अनुरूप नहीं है, और यह विषम उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में प्रक्रियाओं के प्रारंभिक चरणों के अध्ययन में बढ़ती रुचि को बताता है। ये अध्ययन अत्यधिक कुशल उत्प्रेरक के चयन के लिए कड़ाई से वैज्ञानिक आधार के निर्माण के लिए एक प्रस्तावना है।

कई मामलों में, ऑक्सीकरण प्रक्रिया में विषम उत्प्रेरक की भूमिका उत्प्रेरक सतह पर इन पदार्थों के सोखने वाले परिसर के गठन के साथ कार्बनिक यौगिकों और ऑक्सीजन के सोखने के लिए कम हो जाती है। ऐसा एक जटिल घटकों के बंधन को ढीला करता है और उन्हें अधिक प्रतिक्रियाशील बनाता है। कुछ मामलों में, उत्प्रेरक केवल एक घटक का विज्ञापन करता है, जो कट्टरपंथी में अलग हो जाता है। उदाहरण के लिए, कॉपर ऑक्साइड पर प्रोपलीन एक एलिल रेडिकल बनाने के लिए अलग हो जाता है , जो तब ऑक्सीजन के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करता है।

यह पाया गया कि परिवर्तनशील वैलेन्स की धातुओं की उत्प्रेरक गतिविधि मोटे तौर पर धातु ऑक्साइड पिंजरों में डी-ऑर्बिटल्स के भरने पर निर्भर करती है।

कई हाइड्रोपरॉक्साइड्स के अपघटन प्रतिक्रिया में उत्प्रेरक गतिविधि के अनुसार, धातु के यौगिक निम्नलिखित पंक्ति में स्थित हैं

हमने प्रक्रिया को शुरू करने के संभावित तरीकों में से एक माना है - एक उत्प्रेरक के साथ हाइड्रोपरोक्साइड की बातचीत। हालांकि, ऑक्सीकरण के मामले में, जंजीरों के विषम दीक्षा की प्रतिक्रिया दोनों हाइड्रोप्रोक्साइड रेडिकल्स में अपघटन और उत्प्रेरक सतह द्वारा सक्रिय ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोकार्बन के संपर्क से आगे बढ़ सकते हैं। जंजीरों की दीक्षा कार्बनिक यौगिक आरएच + के आवेशित रूप की भागीदारी के कारण हो सकती है, जो उत्प्रेरक के साथ आरएच की बातचीत के दौरान बनता है। यह चेन की दीक्षा (न्यूक्लिएशन और ब्रांचिंग) की प्रतिक्रियाओं में कैटेलिसिस के साथ मामला है। श्रृंखला प्रसार प्रतिक्रियाओं में विषम उत्प्रेरक की भूमिका विशेष रूप से पेरोक्साइड कट्टरपंथियों के आइसोमराइजेशन की दर और दिशा में परिवर्तन से स्पष्ट रूप से जोर देती है।

जैव रसायन में कटैलिसीस

वनस्पति और जीवों में जीवों के जीवन के साथ एंजाइमैटिक कैटेलिसिस का अटूट संबंध है। सेल में होने वाली कई महत्वपूर्ण रासायनिक प्रतिक्रियाएं (दस हजार के बारे में कुछ) विशेष कार्बनिक उत्प्रेरक द्वारा नियंत्रित होती हैं जिन्हें एंजाइम या एंजाइम कहा जाता है। शब्द "विशेष" को करीब ध्यान नहीं दिया जाना चाहिए, क्योंकि यह पहले से ही ज्ञात है कि इन एंजाइमों से क्या बनाया गया है। प्रकृति ने इस एक एकल निर्माण सामग्री के लिए चुना - अमीनो एसिड और उन्हें विभिन्न लंबाई और अलग-अलग अनुक्रमों के पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं में जोड़ा।

यह एंजाइम की तथाकथित प्राथमिक संरचना है, जहां आर पक्ष अवशेष हैं, या प्रोटीन के सबसे महत्वपूर्ण कार्यात्मक समूह, संभवतः एंजाइम के सक्रिय केंद्र के रूप में कार्य करते हैं। ये पक्ष समूह एंजाइम के काम के दौरान मुख्य भार वहन करते हैं, जबकि पेप्टाइड श्रृंखला एक सहायक कंकाल की भूमिका निभाती है। पॉलिंग-कोरी संरचनात्मक मॉडल के अनुसार, यह एक सर्पिल में जड़ा हुआ है, जो इसकी सामान्य स्थिति में अम्लीय और बुनियादी केंद्रों के बीच हाइड्रोजन बांड द्वारा स्थिर होता है:

कुछ एंजाइमों के लिए, श्रृंखला में पूर्ण अमीनो एसिड संरचना और उनकी व्यवस्था का अनुक्रम, साथ ही एक जटिल स्थानिक संरचना स्थापित की गई है। लेकिन यह अभी भी बहुत बार हमें दो मुख्य सवालों के जवाब देने में मदद नहीं कर सकता है:

1) क्यों एंजाइम इतने चयनात्मक होते हैं और अणुओं के रासायनिक परिवर्तनों को पूरी तरह से निश्चित संरचना (जो हम भी जानते हैं) में तेजी लाते हैं;

2) एंजाइम ऊर्जा अवरोध को कम कैसे करता है, अर्थात्, एक ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल मार्ग चुनता है, जिसके कारण प्रतिक्रियाएं सामान्य तापमान पर आगे बढ़ सकती हैं।

मजबूत चयनात्मकता और उच्च गति एंजाइमेटिक कटैलिसीस की दो मुख्य विशेषताएं हैं जो इसे प्रयोगशाला और औद्योगिक कटैलिसीस से अलग करती हैं। कार्बनिक अणुओं पर उनके प्रभाव की ताकत और चयनात्मकता के संदर्भ में मानव निर्मित उत्प्रेरक (2-हाइड्रॉक्सीप्रिडीन के अपवाद के साथ, शायद, के साथ) में से कोई भी नहीं।

एंजाइम की गतिविधि, किसी भी अन्य उत्प्रेरक की तरह, तापमान पर भी निर्भर करती है: जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, एंजाइम प्रतिक्रिया की दर भी बढ़ जाती है। इसी समय, गैर-उत्प्रेरक प्रतिक्रिया की तुलना में सक्रियण ऊर्जा ई में तेज कमी पर ध्यान आकर्षित किया जाता है। सच है, यह हमेशा नहीं होता है। ऐसे कई मामले हैं जहां अरहेनियस समीकरण में तापमान-स्वतंत्र preexponential कारक में वृद्धि के कारण गति बढ़ जाती है।

एंजाइमों की असामान्य रूप से उच्च दक्षता को स्पष्ट करने के लिए, आइए हम दो उदाहरण दें और एक पारंपरिक अम्लीय उत्प्रेरक के प्रभाव की तुलना करें। गतिविधि के माप के रूप में, हम अरहेनियस समीकरण के सभी तीन मापदंडों को प्रस्तुत करते हैं - दर स्थिर (k, l / mol * sec), preexponential factor A, और सक्रियण ऊर्जा (E, kcal / mol)।

यूरिया की हाइड्रोलिसिस:

ये उदाहरण इस अर्थ में विशेष रूप से दिलचस्प हैं कि पहले मामले में, मूत्र की उपस्थिति में दर में निरंतर वृद्धि मुख्य रूप से सक्रियण ऊर्जा में कमी (17-18 किलो कैलोरी / मोल) की वजह से होती है, जबकि दूसरे मामले में, दर स्थिर पर मायोसिन का प्रभाव पूर्व-घातीय कारक में वृद्धि के कारण होता है। ...

एंजाइम गतिविधि पर्यावरण की अम्लता पर भी निर्भर करती है जिसमें रासायनिक प्रतिक्रिया होती है। यह उल्लेखनीय है कि मध्यम के पीएच पर इस निर्भरता का वक्र एसिड-बेस कटैलिसीस के घंटी के आकार के घटता जैसा दिखता है। (चित्र 3 देखें।)

किसी को यह धारणा मिलती है कि एंजाइमों को यह तय करने का अधिकार दिया जाता है कि इस विशेष मामले में उनके लिए क्या फायदेमंद है - सक्रिय केंद्र और सब्सट्रेट अणु के बीच एक मजबूत बंधन को व्यवस्थित करने या उनकी संरचना को अव्यवस्थित करने के लिए।

यह कहना मुश्किल है कि सब्सट्रेट सक्रियण के लिए एक मार्ग का चयन करते समय एंजाइम क्या विचार करता है। किसी भी मामले में, एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया के कैनेटीक्स और मध्यवर्ती परिसरों के गठन के ऊष्मप्रवैगिकी का अध्ययन, हालांकि यह मूल्यवान मात्रात्मक जानकारी प्रदान करता है, एंजाइम की आणविक और इलेक्ट्रॉनिक तंत्र को पूरी तरह से प्रकट करने की अनुमति नहीं देता है। यहाँ, जैसा कि सामान्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अध्ययन में, किसी को मॉडलिंग के मार्ग का अनुसरण करना पड़ता है - मोटे तौर पर बोलना, ऐसे आणविक तंत्र का आविष्कार करना जो कम से कम प्रयोगात्मक डेटा और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्राथमिक तर्क का खंडन नहीं करेगा। परेशानी यह है कि इस तरह के "अच्छे" तंत्र की पर्याप्त विकसित कल्पना के साथ, आप काफी कुछ के साथ आ सकते हैं। नीचे हम इन कुछ मॉडल अवधारणाओं से परिचित होंगे, और अब हम देखेंगे कि शोधकर्ता एंजाइमों के सक्रिय केंद्रों की प्रकृति को कैसे स्थापित करते हैं।

माध्यम की अम्लता में वृद्धि कुछ प्राथमिक चरणों के लिए फायदेमंद होगी और दूसरों के लिए प्रतिकूल। ऐसे प्रतिस्पर्धी तथ्यों की उपस्थिति में, जैसा कि अनुमान लगाना आसान है, माध्यम की कुछ इष्टतम अम्लता होनी चाहिए, जिस पर एंजाइम अधिकतम दक्षता के साथ काम कर सकता है।

इस प्रकार, पीएच पर दर की निर्भरता का विश्लेषण सब्सट्रेट अणुओं के सक्रियण में शामिल एंजाइम के प्रोटीन अणु के कार्यात्मक समूहों की पहचान करने का एक बहुत प्रभावी साधन है। सक्रिय केंद्रों की प्रकृति को जानने के बाद, कोई कल्पना कर सकता है कि वे कैसे काम करते हैं। बेशक, इस मामले में किसी को जैविक क्रियाओं में सामान्य प्रतिक्रियाओं के अध्ययन में विकसित किए गए प्राथमिक कृत्यों के तंत्र के बारे में समान विचारों का उपयोग करना होगा। किसी विशेष तंत्र को पेश करने की आवश्यकता नहीं है। एक दृढ़ विश्वास है कि एक एंजाइम का काम अंततः उन साधारण ऑपरेशनों के एक सेट के समान कम हो जाता है जो सामान्य टेस्ट-ट्यूब स्थितियों में कार्बनिक अणुओं की बातचीत के दौरान किए जाते हैं।

तो हम जानते हैं:

1) कम से कम दो कार्यात्मक समूह एंजाइमैटिक कटैलिसीस में शामिल होते हैं, और एक एंजाइमैटिक प्रतिक्रिया के तंत्र में प्राथमिक कृत्यों का एक निश्चित अनुक्रम शामिल होता है, जो गैर-एंजाइमिक प्रतिक्रिया की तुलना में ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल मार्ग प्रदान करता है;

2) पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला पर सक्रिय केंद्र स्थित हैं ताकि एक निश्चित समय पर और एक निश्चित स्थान पर वे सब्सट्रेट अणु के साथ बातचीत कर सकें और समन्वित रासायनिक कृत्यों की एक श्रृंखला कर सकें।

प्रोटीन सामग्री का निर्माण कर रहे हैं। कुछ बैक्टीरिया और सभी पौधे उन सभी अमीनो एसिड को संश्लेषित करने में सक्षम होते हैं जिनसे प्रोटीन का निर्माण होता है, इसके लिए अकार्बनिक पदार्थों का उपयोग करते हैं: हवा में नाइट्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड, पानी के बंटवारे से प्राप्त हाइड्रोजन (प्रकाश की ऊर्जा के कारण), मिट्टी में अकार्बनिक पदार्थ। विकास की प्रक्रिया में जानवरों ने दस विशेष रूप से जटिल अमीनो एसिड को संश्लेषित करने की क्षमता खो दी है, जिसे आवश्यक कहा जाता है। वे उन्हें पौधे और जानवरों के भोजन के साथ तैयार करते हैं। ऐसे अमीनो एसिड डेयरी उत्पादों (दूध, पनीर, पनीर), अंडे, मछली, मांस के साथ-साथ सोयाबीन, सेम और कुछ अन्य पौधों के प्रोटीन में पाए जाते हैं। पाचन तंत्र में, प्रोटीन अमीनो एसिड में टूट जाते हैं, जो रक्तप्रवाह में अवशोषित होते हैं और कोशिकाओं में प्रवेश करते हैं। कोशिकाओं में, तैयार अमीनो एसिड से, अपने स्वयं के प्रोटीन, किसी दिए गए जीव की विशेषता, निर्मित होते हैं। प्रोटीन सभी सेलुलर संरचनाओं का एक अनिवार्य घटक है, और यह उनकी महत्वपूर्ण संरचनात्मक भूमिका है।

प्रोटीन एंजाइम। हर जीवित कोशिका में हजारों जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं लगातार होती रहती हैं। इन प्रतिक्रियाओं के दौरान, बाहर से आने वाले पोषक तत्वों का टूटना और ऑक्सीकरण होता है। कोशिका ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप प्राप्त पोषक तत्वों की ऊर्जा और विभिन्न कार्बनिक यौगिकों की ज़रूरतों को पूरा करने के लिए उनके दरार के उत्पादों का उपयोग करती है। ऐसी प्रतिक्रियाओं का तेजी से कोर्स जैविक उत्प्रेरक, या प्रतिक्रिया त्वरक, - एंजाइम द्वारा प्रदान किया जाता है। एक हजार से अधिक विभिन्न एंजाइम ज्ञात हैं। वे सभी प्रोटीन हैं।

प्रत्येक एंजाइम एक ही प्रकार की एक प्रतिक्रिया या कई प्रतिक्रियाएं प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, पाचन तंत्र में वसा (साथ ही कोशिकाओं के अंदर) एक विशेष एंजाइम द्वारा टूट जाता है जो पॉलीसेकेराइड (स्टार्च, ग्लाइकोजन) या प्रोटीन को प्रभावित नहीं करता है। बदले में, केवल स्टार्च या ग्लाइकोजन को तोड़ने वाला एंजाइम वसा पर कार्य नहीं करता है। प्रत्येक एंजाइम अणु प्रति मिनट कई हजार से कई मिलियन समान संचालन करने में सक्षम है। इन प्रतिक्रियाओं के दौरान, एंजाइम का सेवन नहीं किया जाता है। यह प्रतिक्रियाशील पदार्थों के साथ जोड़ती है, उनके परिवर्तनों को तेज करती है और प्रतिक्रिया को अपरिवर्तित छोड़ देती है।

एंजाइम केवल एक इष्टतम तापमान (उदाहरण के लिए, 37 डिग्री सेल्सियस पर मनुष्यों और गर्म रक्त वाले जानवरों) और पर्यावरण में हाइड्रोजन आयनों की एक निश्चित एकाग्रता में अपना काम सबसे अच्छा करते हैं।

किसी भी पदार्थ को किसी कोशिका में विभाजित या संश्लेषित करने की प्रक्रिया को आमतौर पर रासायनिक क्रियाओं की एक श्रृंखला में विभाजित किया जाता है। प्रत्येक ऑपरेशन एक अलग एंजाइम द्वारा किया जाता है। इस तरह के एंजाइमों का एक समूह एक तरह का जैव रासायनिक वाहक होता है।

नियामक प्रोटीन। यह ज्ञात है कि जानवरों और पौधों की विशेष कोशिकाएं शारीरिक प्रक्रियाओं के विशेष नियामकों का उत्पादन करती हैं - हार्मोन। जानवरों और मनुष्यों के कुछ हार्मोन (लेकिन सभी नहीं) प्रोटीन हैं। इस प्रकार, प्रोटीन हार्मोन इंसुलिन (अग्न्याशय का हार्मोन) कोशिकाओं द्वारा ग्लूकोज अणुओं को पकड़ने और कोशिका के अंदर उनके टूटने या भंडारण को सक्रिय करता है। यदि पर्याप्त इंसुलिन नहीं है, तो रक्त में ग्लूकोज अधिक मात्रा में जमा हो जाता है। इंसुलिन की मदद के बिना, कोशिकाएं इसे पकड़ने में असमर्थ हैं - वे भूखे रहते हैं। यह मधुमेह के विकास का कारण है - शरीर में इंसुलिन की कमी के कारण होने वाली बीमारी।

हार्मोन एंजाइम की गतिविधि को नियंत्रित करने, शरीर में एक आवश्यक कार्य करते हैं। तो, इंसुलिन यकृत कोशिकाओं में एक एंजाइम को सक्रिय करता है जो ग्लूकोज से एक अन्य कार्बनिक पदार्थ - ग्लाइकोजन, और कई अन्य एंजाइमों को संश्लेषित करता है।

प्रोटीन उपचार हैं। शरीर विशेष सुरक्षात्मक प्रोटीन - एंटीबॉडी का उत्पादन करके जानवरों और मनुष्यों के रक्त में बैक्टीरिया या वायरस के प्रवेश पर प्रतिक्रिया करता है। ये प्रोटीन शरीर में विदेशी रोगजनकों के प्रोटीन को बांधते हैं, जिससे उनकी महत्वपूर्ण गतिविधि को दबा दिया जाता है। प्रत्येक विदेशी प्रोटीन - एंटीजन के लिए, शरीर विशेष "एंटीप्रोटीन" - एंटीबॉडी का उत्पादन करता है।

इल्या इलिच MECHNIKOV (1845-1916) - रूसी जीवविज्ञानी, तुलनात्मक विकृति विज्ञान, विकासवादी भ्रूणविज्ञान के संस्थापकों में से एक। फागोसाइटोसिस की घटना की खोज की। प्रतिरक्षा के सेलुलर सिद्धांत का निर्माण किया। नोबेल पुरस्कार विजेता।

एंटीबॉडी में एक अद्भुत संपत्ति है: हजारों विभिन्न प्रोटीनों के बीच, वे केवल अपने स्वयं के प्रतिजन को पहचानते हैं और केवल इसके साथ प्रतिक्रिया करते हैं। रोगजनकों के प्रतिरोध के इस तंत्र को प्रतिरक्षा कहा जाता है। रक्त में भंग एंटीबॉडी के अलावा, विशेष कोशिकाओं की सतह पर एंटीबॉडी होते हैं जो विदेशी कोशिकाओं को पहचानते हैं और कैप्चर करते हैं। यह सेलुलर प्रतिरक्षा है, जो ज्यादातर मामलों में नए उभरते कैंसर कोशिकाओं के विनाश को भी सुनिश्चित करता है।

बीमारी को रोकने के लिए, कमजोर या मारे गए बैक्टीरिया या वायरस (टीके) मनुष्यों और जानवरों को दिए जाते हैं, जो बीमारी का कारण नहीं बनते हैं, बल्कि शरीर में विशेष कोशिकाओं को इन रोगजनकों के खिलाफ एंटीबॉडी का उत्पादन करते हैं। यदि थोड़ी देर के बाद एक रोगजनक अनजाने जीवाणु या वायरस ऐसे जीव में प्रवेश करते हैं, तो वे एंटीबॉडी के मजबूत सुरक्षात्मक अवरोध का सामना करते हैं। चेचक, रेबीज, पोलियो, पीले बुखार और अन्य बीमारियों के खिलाफ टीकाकरण से लाखों लोगों की जान बचाई गई है।

प्रोटीन ऊर्जा का एक स्रोत हैं। प्रोटीन कोशिका के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में काम कर सकते हैं। कार्बोहाइड्रेट या वसा की कमी के साथ, अमीनो एसिड के अणु ऑक्सीकरण होते हैं। इस मामले में जारी ऊर्जा का उपयोग जीव की महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं को बनाए रखने के लिए किया जाता है।

1. कोशिका में उनके कार्यों के संबंध में प्रोटीन अणुओं की संरचना का वर्णन करें।
2. बताएं कि एंजाइम-उत्प्रेरित प्रतिक्रियाएं पीएच और तापमान निर्भर क्यों हैं।
3. टीकाकरण का जैविक महत्व स्पष्ट कीजिए।

रसायन विज्ञान पदार्थों और उनके परिवर्तनों का विज्ञान है, साथ ही उन्हें प्राप्त करने के तरीके भी हैं। नियमित स्कूल के पाठ्यक्रम में भी, इस तरह के एक महत्वपूर्ण मुद्दे को प्रतिक्रियाओं के प्रकार के रूप में माना जाता है। वर्गीकरण, जिसे बुनियादी स्तर पर स्कूली बच्चों के लिए पेश किया जाता है, ऑक्सीकरण स्थिति में परिवर्तन, पाठ्यक्रम का चरण, प्रक्रिया का तंत्र आदि को ध्यान में रखता है। इसके अलावा, सभी रासायनिक प्रक्रियाओं को गैर-उत्प्रेरक और उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में विभाजित किया जाता है। उत्प्रेरक की भागीदारी के साथ होने वाले परिवर्तनों के उदाहरण रोजमर्रा की जिंदगी में एक व्यक्ति में सामने आते हैं: किण्वन, क्षय। हम गैर-उत्प्रेरक परिवर्तनों को बहुत कम बार पूरा करते हैं।

उत्प्रेरक क्या है

यह एक रसायन है जो बातचीत की दर को बदल सकता है, लेकिन खुद इसमें भाग नहीं लेता है। मामले में जब उत्प्रेरक की मदद से प्रक्रिया को तेज किया जाता है, तो हम सकारात्मक उत्प्रेरक के बारे में बात कर रहे हैं। इस घटना में कि प्रक्रिया में जोड़ा गया पदार्थ कम हो जाता है, उसे अवरोधक कहा जाता है।

कटैलिसीस के प्रकार

सजातीय और विषम कटैलिसीस उस चरण में भिन्न होता है जिसमें शुरुआती सामग्री स्थित होती है। यदि उत्प्रेरक सहित इंटरैक्शन के लिए प्रारंभिक घटक समान राज्य में हैं, तो सजातीय उत्प्रेरक होता है। मामले में जब विभिन्न चरणों के पदार्थ प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं, तो विषम कटैलिसीस होता है।

कार्रवाई की चयनात्मकता

कैटलिसिस केवल उपकरणों की उत्पादकता बढ़ाने का एक साधन नहीं है, इसका परिणामी उत्पादों की गुणवत्ता पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। इस घटना को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि अधिकांश उत्प्रेरकों की चयनात्मक (चयनात्मक) कार्रवाई के कारण, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया तेज हो जाती है, और साइड प्रोसेस कम हो जाते हैं। अंततः, परिणामी उत्पाद महान शुद्धता के होते हैं; पदार्थों के अतिरिक्त शुद्धिकरण की कोई आवश्यकता नहीं होती है। उत्प्रेरक की चयनात्मकता कच्चे माल की गैर-उत्पादन लागतों में वास्तविक कमी देती है, एक अच्छा आर्थिक लाभ।

उत्पादन में उत्प्रेरक का उपयोग करने के लाभ

उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के अलावा और क्या हैं? एक सामान्य हाई स्कूल के उदाहरण बताते हैं कि उत्प्रेरक का उपयोग करने से प्रक्रिया कम तापमान पर चल सकती है। प्रयोग इस बात की पुष्टि करते हैं कि इसका उपयोग ऊर्जा लागत में उल्लेखनीय कमी की उम्मीद के लिए किया जा सकता है। यह विशेष रूप से आधुनिक परिस्थितियों में महत्वपूर्ण है, जब दुनिया में ऊर्जा संसाधनों की कमी है।

उत्प्रेरक उत्पादन के उदाहरण हैं

किस उद्योग में उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है? ऐसे उद्योगों के उदाहरण: नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड, हाइड्रोजन, अमोनिया, पॉलिमर का उत्पादन। कैटालिसिस का उपयोग कार्बनिक अम्ल, मोनोएटोमिक और फिनोल, सिंथेटिक रेजिन, रंजक और दवाओं के उत्पादन में व्यापक रूप से किया जाता है।

उत्प्रेरक क्या है

दिमित्री इवानोविच मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली में पाए जाने वाले कई पदार्थ, साथ ही साथ उनके यौगिक, उत्प्रेरक के रूप में कार्य कर सकते हैं। सबसे आम त्वरक हैं: निकल, लोहा, प्लैटिनम, कोबाल्ट, एलुमिनोसिलिकेट्स, मैंगनीज ऑक्साइड।

उत्प्रेरकों की विशेषताएं

चयनात्मक कार्रवाई के अलावा, उत्प्रेरक के पास उत्कृष्ट यांत्रिक शक्ति है, वे उत्प्रेरक जहरों का विरोध करने में सक्षम हैं, और आसानी से पुनर्जीवित (बहाल) हैं।

चरण की स्थिति के अनुसार, उत्प्रेरक को गैस-चरण और तरल-चरण में विभाजित किया जाता है।

आइए इस प्रकार की प्रतिक्रियाओं पर करीब से नज़र डालें। समाधान में, रासायनिक परिवर्तन के त्वरक हाइड्रोजन केशन एच +, हाइड्रॉक्साइड बेस आयन OH-, धातु केेशन एम + और पदार्थ हैं जो मुक्त कणों के निर्माण को बढ़ावा देते हैं।

उत्प्रेरक का सार

अम्ल और क्षारों की परस्पर क्रिया में उत्प्रेरित करने का तंत्र यह है कि परस्पर क्रिया करने वाले पदार्थों और उत्प्रेरक के बीच सकारात्मक आयनों (प्रोटॉन) के बीच आदान-प्रदान होता है। इस मामले में, इंट्रामोलॉजिकल परिवर्तन होते हैं। इस प्रकार के अनुसार प्रतिक्रियाएं होती हैं:

• निर्जलीकरण (पानी की टुकड़ी);
• जलयोजन (पानी के अणुओं का लगाव);
• एस्टेरिफिकेशन (अल्कोहल और कार्बोक्जिलिक एसिड से एस्टर का निर्माण);
• पॉलीकोंडेशन (पानी के उन्मूलन के साथ एक बहुलक का गठन)।

कटैलिसीस का सिद्धांत न केवल प्रक्रिया को बताता है, बल्कि संभावित पक्ष रूपांतरण भी बताता है। विषम उत्प्रेरक के मामले में, प्रक्रिया त्वरक एक स्वतंत्र चरण बनाता है, प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सतह पर कुछ केंद्रों में उत्प्रेरक गुण होते हैं, या पूरी सतह शामिल होती है।

एक माइक्रोएरेथोजेनस प्रक्रिया भी है, जो मानती है कि उत्प्रेरक कोलाइडल अवस्था में है। यह विकल्प सजातीय से विषम उत्प्रेरक के लिए एक संक्रमणकालीन अवस्था है। इनमें से अधिकांश प्रक्रिया ठोस उत्प्रेरक का उपयोग करके गैसीय पदार्थों के बीच होती है। वे दाने, गोलियां, अनाज के रूप में हो सकते हैं।

प्रकृति में कटैलिसीस का वितरण

एंजाइमिक कटैलिसीस प्रकृति में व्यापक है। यह बायोकैटलिस्ट्स की मदद से होता है जो प्रोटीन अणुओं को संश्लेषित करते हैं, और जीवित जीवों में चयापचय किया जाता है। जीवों को शामिल करने वाली कोई भी जैविक प्रक्रिया उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं को बायपास नहीं करती है। महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के उदाहरण: अमीनो एसिड से शरीर-विशिष्ट प्रोटीन का संश्लेषण; वसा, प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट का टूटना।

कैटेलिसिस एल्गोरिथ्म

आइए उत्प्रेरक के तंत्र पर विचार करें। रासायनिक बातचीत के झरझरा ठोस त्वरक पर होने वाली इस प्रक्रिया में कई प्रारंभिक चरण शामिल हैं:

• धारा के मूल से उत्प्रेरक अनाज की सतह के लिए पदार्थों को बातचीत करने का प्रसार;
• उत्प्रेरक के छिद्रों में अभिकर्मकों का प्रसार;
• रासायनिक सतह पदार्थों की उपस्थिति के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया त्वरक की सतह पर रासायनिक परिशोधन (सक्रिय सोखना) - सक्रिय उत्प्रेरक-अभिकर्मक परिसरों;
• सतह संयोजनों "उत्प्रेरक-उत्पाद" की उपस्थिति के साथ परमाणुओं की पुनर्व्यवस्था;
• उत्पाद प्रतिक्रिया त्वरक के छिद्रों में प्रसार;
• प्रवाह कोर में प्रतिक्रिया त्वरक अनाज की सतह से उत्पाद का प्रसार।

उत्प्रेरक और गैर-उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं इतनी महत्वपूर्ण हैं कि वैज्ञानिकों ने कई वर्षों तक इस क्षेत्र में अनुसंधान जारी रखा है।

सजातीय कटैलिसीस के साथ, विशेष संरचनाओं के निर्माण की आवश्यकता नहीं है। एक विषम संस्करण में एंजाइमेटिक कटैलिसीस में कई विशिष्ट उपकरणों का उपयोग शामिल है। इसके प्रवाह के लिए, विशेष संपर्क उपकरणों को विकसित किया गया है, संपर्क सतह के अनुसार उप-विभाजित किया गया है (ट्यूबों में, दीवारों पर, उत्प्रेरक ग्रिड); एक फ़िल्टरिंग परत के साथ; निलंबित परत; मूविंग पल्सवराइज़्ड उत्प्रेरक के साथ।

उपकरणों में हीट ट्रांसफर को विभिन्न तरीकों से लागू किया जाता है:

• बाहरी (बाहरी) हीट एक्सचेंजर्स का उपयोग करके;
• संपर्क तंत्र में निर्मित हीट एक्सचेंजर्स की मदद से।

रसायन विज्ञान में सूत्रों का विश्लेषण करते हुए, एक प्रतिक्रिया भी मिल सकती है जिसमें अंतिम उत्पादों में से एक, जो प्रारंभिक घटकों की रासायनिक बातचीत के दौरान बनता है, उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।

इस तरह की प्रक्रियाओं को आमतौर पर ऑटोकैटलिटिक कहा जाता है, रसायन विज्ञान में खुद की घटना को ऑटोकैटलिस कहा जाता है।

प्रतिक्रिया मिश्रण में कुछ पदार्थों की उपस्थिति के साथ कई इंटरैक्शन की दर जुड़ी हुई है। रसायन विज्ञान में उनके सूत्र अक्सर "उत्प्रेरक" या इसके संक्षिप्त संस्करण द्वारा प्रतिस्थापित किए गए हैं। वे अंतिम स्टीरियोकैमिकल समीकरण में शामिल नहीं हैं, क्योंकि वे बातचीत के पूरा होने के बाद मात्रात्मक रूप से नहीं बदलते हैं। कुछ मामलों में, कम मात्रा में पदार्थ पर्याप्त रूप से किए गए प्रक्रिया की गति को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त हैं। सिचुएशन जब रिएक्शन वेसल खुद रासायनिक क्रिया के त्वरक के रूप में कार्य करती है, वह भी काफी स्वीकार्य होती है।

रासायनिक प्रक्रिया की दर में परिवर्तन पर उत्प्रेरक के प्रभाव का सार यह है कि यह पदार्थ सक्रिय परिसर में शामिल है, और इसलिए रासायनिक इंटरैक्शन को बदलता है।

इस परिसर के अपघटन के साथ, उत्प्रेरक उत्थान मनाया जाता है। लब्बोलुआब यह है कि इसका सेवन नहीं किया जाएगा, यह बातचीत के अंत के बाद अपरिवर्तित रहेगा। यह इस कारण से है कि एक सक्रिय पदार्थ की एक छोटी मात्रा एक सब्सट्रेट (प्रतिक्रियाशील) के साथ प्रतिक्रिया के लिए काफी पर्याप्त है। वास्तव में, उत्प्रेरक की नगण्य मात्रा का उपयोग बाहर ले जाने के दौरान किया जाता है, क्योंकि विभिन्न पक्ष प्रक्रियाएं संभव हैं: इसकी विषाक्तता, तकनीकी नुकसान, एक ठोस उत्प्रेरक की सतह की स्थिति में परिवर्तन। रसायन विज्ञान के सूत्रों में उत्प्रेरक शामिल नहीं है।

निष्कर्ष

प्रतिक्रियाएं जिसमें एक सक्रिय पदार्थ (उत्प्रेरक) एक व्यक्ति को घेर लेता है, इसके अलावा, वे उसके शरीर में होते हैं। विषम प्रतिक्रियाओं की तुलना में सजातीय प्रतिक्रियाएं बहुत कम आम हैं। किसी भी मामले में, पहले, मध्यवर्ती परिसर बनते हैं, जो अस्थिर होते हैं, धीरे-धीरे नष्ट हो जाते हैं, और रासायनिक प्रक्रिया के त्वरक के पुनर्जनन (पुनर्प्राप्ति) मनाया जाता है। उदाहरण के लिए, पोटेशियम सल्फ़ेट के साथ मेटाफॉस्फोरिक एसिड की बातचीत में, हाइड्रोइक्लिक एसिड उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है। जब अभिकारकों में जोड़ा जाता है, तो एक पीला घोल बनता है। जैसा कि हम प्रक्रिया के अंत तक पहुंचते हैं, रंग धीरे-धीरे गायब हो जाता है। इस मामले में, आयोडीन एक मध्यवर्ती उत्पाद के रूप में कार्य करता है, और यह प्रक्रिया दो चरणों में होती है। लेकिन जैसे ही मेटाफॉस्फोरिक एसिड को संश्लेषित किया जाता है, उत्प्रेरक अपनी मूल स्थिति में लौट आता है। उद्योग में उत्प्रेरक अपरिहार्य हैं, वे रूपांतरण को गति देने और उच्च गुणवत्ता वाले प्रतिक्रिया उत्पादों का उत्पादन करने में मदद करते हैं। हमारे शरीर में जैव रासायनिक प्रक्रियाएं उनकी भागीदारी के बिना भी असंभव हैं।

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एंजाइम, प्रोटीन होने के कारण, कार्बनिक यौगिकों के इस वर्ग की कई विशेषताएं हैं जो अकार्बनिक उत्प्रेरक के गुणों से भिन्न हैं।

इस प्रकार, थर्मोलबिलिटी, या तापमान में वृद्धि के प्रति संवेदनशीलता, एंजाइमों के विशिष्ट गुणों में से एक है जो उन्हें अकार्बनिक उत्प्रेरक से अलग पहचान देता है। उत्तरार्द्ध की उपस्थिति में, तापमान बढ़ने के साथ प्रतिक्रिया की दर तेजी से बढ़ जाती है (चित्र 51 देखें)।

माध्यम के पीएच पर एंजाइम गतिविधि की निर्भरता

टेबल से। 17 से पता चलता है कि एंजाइम क्रिया का पीएच इष्टतम शारीरिक सीमा के भीतर है। अपवाद पेप्सिन है, जिसका पीएच इष्टतम 2.0 (पीएच 6.0 पर यह निष्क्रिय और अस्थिर है)। यह पेप्सिन के कार्य द्वारा समझाया गया है, क्योंकि गैस्ट्रिक जूस में मुक्त हाइड्रोक्लोरिक एसिड होता है, जो इस पीएच मान के आसपास एक वातावरण बनाता है। दूसरी ओर, आर्गिनाज़ के लिए पीएच इष्टतम दृढ़ता से क्षारीय क्षेत्र (लगभग 10.0) में निहित है; यकृत कोशिकाओं में ऐसा कोई माध्यम नहीं है, इसलिए, इन विवो arginase कार्यों में, जाहिरा तौर पर, माध्यम के अपने इष्टतम पीएच क्षेत्र में नहीं।

एंजाइमों में कार्रवाई की एक उच्च विशिष्टता होती है। इस संपत्ति में, वे अक्सर अकार्बनिक उत्प्रेरक से काफी भिन्न होते हैं। इस प्रकार, बारीक जमीन प्लैटिनम और पैलेडियम विभिन्न संरचनाओं के हजारों रासायनिक यौगिकों की कमी (आणविक हाइड्रोजन की भागीदारी के साथ) को उत्प्रेरित कर सकते हैं। एंजाइमों की उच्च विशिष्टता के कारण होता है, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, सब्सट्रेट और एंजाइम के अणुओं और एंजाइम के सक्रिय केंद्र की अनूठी संरचना के बीच के अनुरूपता और इलेक्ट्रोस्टैटिक पूरकता, जो जीवित कोशिकाओं में एक साथ होने वाली हजारों अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं से मान्यता, उच्च आत्मीयता और एक प्रतिक्रिया की चयनात्मकता प्रदान करते हैं। ...

कार्रवाई की पूर्ण विशिष्टता केवल एक सब्सट्रेट के रूपांतरण को उत्प्रेरित करने के लिए एक एंजाइम की क्षमता है। सब्सट्रेट की संरचना में कोई भी परिवर्तन (संशोधन) यह एंजाइम की कार्रवाई के लिए दुर्गम बनाता है। ऐसे एंजाइमों का एक उदाहरण arginase है, जो स्वाभाविक रूप से (शरीर में) arginine, urease को तोड़ता है, जो यूरिया के टूटने को उत्प्रेरित करता है, और अन्य (साधारण प्रोटीन का आदान-प्रदान देखें)।

एंजाइम गतिविधि का निर्धारण करने वाले कारक

यहां हम उन कारकों पर संक्षेप में चर्चा करेंगे जो एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं की दर निर्धारित करते हैं, और अधिक विस्तार से एंजाइम की क्रिया को सक्रिय करने और बाधित करने के मुद्दों को रेखांकित करेंगे।

इसके अलावा, किसी को रिवर्स प्रतिक्रिया की दर के मूल्य को ध्यान में रखना चाहिए, जो एंजाइमी प्रतिक्रिया के उत्पादों की एकाग्रता में वृद्धि के साथ अधिक महत्वपूर्ण हो सकता है। इन परिस्थितियों को ध्यान में रखते हुए, जब ऊतकों और जैविक तरल पदार्थों में एंजाइमिक प्रतिक्रियाओं की दर का अध्ययन किया जाता है, तो प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर आमतौर पर उन परिस्थितियों में निर्धारित होती है जब एंजाइमिक प्रतिक्रिया की दर रैखिक (सब्सट्रेट के सब्सट्रेट की पर्याप्त उच्च एकाग्रता सहित) पर पहुंचती है।

SUBSTRATE और ENZYME CONCENTRATION के प्रभाव

ENZYMATIVE रिपोर्ट के क्रम पर

किसी भी एंजाइमैटिक प्रतिक्रिया की दर सीधे एंजाइम की एकाग्रता पर निर्भर करती है। अंजीर में। 55 अधिक सब्सट्रेट की उपस्थिति में प्रतिक्रिया दर और एंजाइम की बढ़ती मात्रा के बीच संबंध को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि इन मूल्यों के बीच एक रैखिक संबंध है, अर्थात्, प्रतिक्रिया दर एंजाइम की मौजूद मात्रा के लिए आनुपातिक है।

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http://bono-esse.ru/blizzard/A/Chimia/Bio_chinija/Osnovnye_svojstva_fermentov.html

7.5। पर्यावरण की स्थिति के आधार पर एंजाइम गतिविधि में परिवर्तन।

प्रभावतापमान... तापमान प्रतिक्रिया 0 ° C (पानी के हिमांक) से 70-80 ° C (उच्च जीवों के प्रोटीन का ऊष्मीय विकृतीकरण) तक हो सकती है। जैसे ही तापमान बढ़ता है, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है, जिसमें एंजाइम - सब्सट्रेट परिसरों के गठन की दर शामिल होती है, इसलिए, एंजाइमों की गतिविधि बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप पौधों की महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं का गहनता है।

हालांकि, एक गैर-हाइड्रेटेड (सूखे) राज्य में, प्रोटीन अपने मूल गुणों को उच्च तापमान पर बनाए रखने में सक्षम होते हैं, जो कि उनके अंकुरण को कम किए बिना, अनाज और बीज के तेजी से सुखाने के लिए प्रौद्योगिकियों में उपयोग किया जाता है। पौधों के ऊतकों के जमने पर एंजाइमों की अपरिवर्तनीय निष्क्रियता भी नहीं होती है। जब तापमान शारीरिक वातावरण के हिमांक से नीचे चला जाता है, तो एंजाइम की क्रिया रुक जाती है, लेकिन जब तापमान बढ़ता है, तो उनकी उत्प्रेरक गतिविधि बहाल हो जाती है।

एंजाइम और सब्सट्रेट एकाग्रता का प्रभाव. यदि शारीरिक वातावरण में बहुत अधिक सब्सट्रेट और थोड़ा एंजाइमेटिक प्रोटीन होता है, तो प्रतिक्रिया उत्पादों में सब्सट्रेट के रूपांतरण की दर कम होगी, क्योंकि प्रत्येक एंजाइम अणु एक निश्चित मात्रा में प्रति सब्सट्रेट समय के रूपांतरण को उत्प्रेरित करने में सक्षम है। माध्यम में एंजाइम अणुओं (यानी, एंजाइम एकाग्रता) की संख्या में वृद्धि के साथ, एंजाइम प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि होगी जब तक कि एंजाइम की दाढ़ गतिविधि की पूर्ण प्राप्ति के लिए पर्याप्त सब्सट्रेट है। एंजाइम की एकाग्रता में एक और वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर अब नहीं बढ़ती है। नतीजतन, एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर आनुपातिक रूप से केवल उच्च सब्सट्रेट पर माध्यम में एंजाइम की मात्रा पर निर्भर करती है।

सब्सट्रेट एकाग्रता पर एंजाइमी प्रतिक्रिया (वी) की दर की निर्भरता समीकरण द्वारा व्यक्त की जा सकती है:

माइकलिस लगातार एक सब्सट्रेट के लिए एक एंजाइम की आत्मीयता को व्यक्त करता है और एक एंजाइम प्रोटीन की एक महत्वपूर्ण विशेषता है। माइकलिस स्थिरांक जितना कम होगा, एंजाइम की दाढ़ की गतिविधि उतनी ही अधिक होगी और अधिक तीव्रता से एंजाइमी कटैलिसीस होता है। उपरोक्त समीकरण से, आप माइकलिस स्थिरांक का मान निर्धारित कर सकते हैं:

किमी \u003d [एस] (¾¾ - 1); वी \u003d ¾¾ किमी \u003d [एस] के लिए

नतीजतन, माइकलिस स्थिरांक संख्यात्मक रूप से सब्सट्रेट एकाग्रता के बराबर होता है जिस पर एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की दर अधिकतम के आधे तक पहुंच जाती है।

activatorsएंजाइमों... एक सक्रिय अवस्था में एक एंजाइम अणु को बनाए रखने के लिए, कुछ आयनों और कुछ अन्य यौगिकों को बुलाया जाता है activatorsएंजाइमों। सक्रियकर्ताओं की भूमिका यह है कि वे एंजाइम अणु के उत्प्रेरक केंद्र में एक सक्रिय राज्य कुछ समूहों में स्थानांतरित करने में सक्षम हैं और इस प्रकार एंजाइम प्रोटीन के उत्प्रेरक कार्रवाई में भाग लेते हैं। उदाहरण के लिए, प्रोटीयोलाइटिक एंजाइम जो प्रोटीन के हाइड्रोलाइटिक दरार को उत्प्रेरित करते हैं, एचसीएन, एच 2 एस, साथ ही सल्फहाइड्रिल समूह (ग्लूटाथियोन, सिस्टीन कम) वाले पदार्थ सक्रिय होते हैं।

एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि माध्यम की आयनिक संरचना से प्रभावित होती है, जो एंजाइम और सब्सट्रेट अणुओं द्वारा एक विशिष्ट स्थानिक संरचना के निर्माण में योगदान करती है, जो इन अणुओं को सक्रिय रूप से बातचीत करने की अनुमति देती है; परिणामस्वरूप, एंजाइम-सब्सट्रेट जटिल के गठन की दर बढ़ जाती है और सामान्य तौर पर, एंजाइमी प्रतिक्रिया तेज हो जाती है।

एंजाइम भी ज्ञात हैं, जिनमें से गतिविधि अकार्बनिक आयनों की उपस्थिति में बढ़ जाती है: Cl are, Br‾, I PO, H 2 PO 4 ‾, HCO 3 etc., आदि। इस प्रकार, हैलोजन आयन amylases के उत्प्रेरक हैं जो स्टार्च हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करते हैं।

इस प्रकार, एंजाइमों की अधिकतम गतिविधि के प्रकटन के लिए, यह आवश्यक है कि शारीरिक वातावरण में इष्टतम एकाग्रता में निहित विशिष्ट उत्प्रेरक का एक निश्चित सेट होना चाहिए जिसमें एंजाइम कार्य करता है।

प्रतिवर्ती अवरोध के साथ, एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि का कोई अपरिवर्तनीय नुकसान नहीं होता है, क्योंकि अवरोधक एंजाइम प्रोटीन की स्थानिक संरचना को नष्ट नहीं करता है, और एंजाइम से अवरोधक के अलग होने के बाद, बाद की गतिविधि को बहाल किया जाता है। दो प्रकार के अवरोधक हैं जो प्रतिवर्ती अवरोध का कारण बनते हैं - प्रतियोगीतथा अप्रतिस्पर्धीअवरोधकों।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रतिस्पर्धी अवरोधक सब्सट्रेट के पूर्ण संरचनात्मक एनालॉग नहीं हैं, क्योंकि अवरोधक एंजाइम प्रोटीन के लिए बाध्य करने के लिए पर्याप्त है अगर यह संरचनात्मक रूप से एंजाइम के सक्रिय केंद्र में सब्सट्रेट बाध्यकारी साइटों में से कम से कम एक के साथ संगत है, और अवरोध करनेवाला अणु के दूसरे भाग में काफी भिन्नता हो सकती है। सब्सट्रेट अणु से।

प्रतिस्पर्धी निषेध का एक अच्छी तरह से अध्ययन किया गया उदाहरण एंजाइम सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज पर मैलिक एसिड का प्रभाव है, जो डी- और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र में succinic एसिड से हाइड्रोजन के उन्मूलन को उत्प्रेरित करता है।

सीएच 2 कोह सुसाइड डिहाइड्रोजनेज CHCOOH cc

succinic acid फ्यूमरिक एसिड malonic एसिड

एंजाइम राइबुलोज डिपोहॉस्फेट कार्बोक्सिलेज, जो कैल्विन चक्र में प्राथमिक स्वीकर्ता के सीओ 2 को जोड़ने को उत्प्रेरित करता है (देखें पृष्ठ ...), ओ 2 की बढ़ी हुई एकाग्रता द्वारा प्रतिस्पर्धी रूप से बाधित है। ऑक्सीजन सीओ 2 का एक संरचनात्मक एनालॉग है; इसलिए, यह राइबुलस डिपहोस्फेट कार्बोक्सिलेज की सक्रिय साइट से जुड़ सकता है और इस मामले में एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक के रूप में कार्य करता है।

ग़ैर प्रतियोगीअवरोधकोंसब्सट्रेट के साथ कोई संरचनात्मक सादृश्य नहीं है और इसलिए एंजाइम के सक्रिय केंद्र में सब्सट्रेट बाध्यकारी साइट के साथ बातचीत नहीं करते हैं, लेकिन एंजाइम अणु की एक अन्य साइट के साथ, उत्प्रेरक केंद्र को निष्क्रिय करने का कारण बनता है। इस मामले में, अवरोधक सब्सट्रेट के साथ एक प्रतिस्पर्धी बातचीत में प्रवेश नहीं करता है और एंजाइम के सक्रिय केंद्र में सब्सट्रेट के बंधन के साथ हस्तक्षेप नहीं करता है; हालांकि, सब्सट्रेट अणु परिवर्तन से नहीं गुजरता है, क्योंकि अवरोधक के प्रभाव में, सब्सट्रेट को सक्रिय करने वाले एंजाइम समूह निष्क्रिय हो जाते हैं। चूंकि गैर-संवेदी निषेध के दौरान, सब्सट्रेट और अवरोधक एंजाइम अणु के विभिन्न भागों में बंधते हैं, इसलिए शारीरिक वातावरण में सब्सट्रेट की एकाग्रता में वृद्धि के साथ इस तरह के अवरोधक का प्रभाव कमजोर नहीं होता है।

अपरिवर्तनीय निषेध की प्रक्रिया में, अवरोध करनेवाला अणु एंजाइम के सक्रिय केंद्र में एक समूह के साथ एक मजबूत सहसंयोजक बंधन बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप इसकी उत्प्रेरक कार्रवाई असंभव हो जाती है। इस तथ्य के कारण कि एंजाइम के साथ अवरोधक का गठित यौगिक नष्ट नहीं होता है और शारीरिक पर्यावरण की स्थितियों के तहत अलग नहीं होता है जिसमें एंजाइम कार्य करता है, एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि अपरिवर्तनीय रूप से बाधित होती है।

एंजाइम - SH + X - R e® एंजाइम - S - R + HX,

जहाँ X हलोजन परमाणु (Cl, I, Br, F) हैं।

ऑर्गनोफॉस्फोरस यौगिक सक्रिय केंद्र में अमीनो एसिड सेरीन के हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ अपरिवर्तनीय रूप से एंजाइम को रोकते हैं। एक एंजाइम के साथ इन डायसोप्रोपिल फ्लोरोफॉस्फेट अवरोधकों में से एक की बातचीत को निम्नलिखित प्रतिक्रिया के रूप में दर्शाया जा सकता है:

एंजाइम अणु के लिए एक ऑर्गोफॉस्फोरस कट्टरपंथी के अतिरिक्त के परिणामस्वरूप, एंजाइम का सक्रिय केंद्र अवरुद्ध होता है और इसकी उत्प्रेरक गतिविधि बहुत दृढ़ता से दब जाती है।

सभी एंजाइम भारी धातुओं (Hg 2+, Pb 2+, Ag +, और आर्सेनिक As +) के पिंजरों द्वारा अपरिवर्तनीय रूप से बाधित होते हैं, साथ ही साथ एसिटिक एसिड (ट्राइक्लोरोएसेटिक, आयोडोएसेटिक एसिड, आदि) के हैलोजेनिक व्युत्पन्न होते हैं, जो कि सल्फाइड्रिल समूह (एस-एस) के साथ संयुक्त होते हैं। प्रोटीन अघुलनशील यौगिक बनाते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी कारक जो प्रोटीन के विकृतीकरण का कारण बनते हैं, वे किसी भी एंजाइम की कार्रवाई को दबा देते हैं, क्योंकि यह प्रोटीन अणु पर आधारित है।

अंतर्जात कार्रवाई के प्रोटीन अवरोधक अपने शरीर के एंजाइमों के साथ निष्क्रिय परिसरों का निर्माण करते हैं और इस प्रकार पौधे के ऊतकों और अंगों में कुछ जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के नियमन में भाग लेते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, अनाज के पौधों की caryopses की परिपक्वता की प्रक्रिया में, क्रमशः amylases और प्रोटीज के प्रोटीन अवरोधकों का संश्लेषण, स्टार्च और भंडारण प्रोटीन के हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करना, उनमें बढ़ाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप, caryopses की परिपक्वता के अंत तक, इन एंजाइमों में से अधिकांश एंजाइम प्रोटीन को बाधित करते हैं। अवरोधकों की इस क्रिया के कारण अनाज में स्टार्च और भंडारण प्रोटीन जमा हो जाते हैं।

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