Rychlost chemické reakce

Podobné dokumenty
9. Chemické reakce Kinetika

Chemická kinetika. Chemické změny probíhající na úrovni atomárně molekulové nazýváme reakční mechanismus.

Rychlost chemické reakce A B. time. rychlost = - [A] t. [B] t. rychlost = Reakční rychlost a stechiometrie A + B C; R C = R A = R B A + 2B 3C;

Reakční kinetika. Nauka zabývající se rychlostí chemických reakcí a ovlivněním rychlosti těchto reakcí

Chemická kinetika. Chemická kinetika studuje Rychlost chemických reakcí Mechanismus reakcí (reakční kroky)

Chemická kinetika Chemická kinetika studuje Rychlost chemických reakcí Mechanismus reakcí (reakční kroky)

[ ] d[ Y] rychlost REAKČNÍ KINETIKA X Y

Energie v chemických reakcích

Enzymy. aneb. Není umění dělat co tě baví, ale najít zalíbení v tom, co udělati musíš. Luboš Paznocht

Termodynamika v biochemii

Katalýza / inhibice. Katalýza. Katalyzátory. Inhibitory. katalyzátor: Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce. Homogenní

8. Chemické reakce Energetika - Termochemie

Elementární reakce. stechiometrický zápis vystihuje mechanismus (Cl. + H 2 HCl + H. )

Kinetika enzymově katalysovaných reakcí

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

Proč biokatalýza? Vyšší reakční rychlost Vyšší specificita reakce Mírnější reakční podmínky Možnost regulace

Osnova pro předmět Fyzikální chemie II magisterský kurz

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Enzymologie. Věda ležící na pomezí fyz. ch. a bioch. Zabývá se problematikou biokatalyzátorů.

ENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.

Elementární reakce. stechiometrický zápis vystihuje mechanismus (Cl. + H 2 HCl + H. ) 2 NO 2 ; radioak-

Enzymologie. Ústav lékařské chemie a klinické biochemie 2.LF UK a FN Motol Matej Kohutiar. akad. rok 2017/2018

Otázky ke zkoušce z obecné chemie (Prof. RNDr. Karel Procházka, DrSc.)

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od do

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Informace Seminář z biochemie II Laboratorní cvičení z biochemie

pevná látka tekutina (kapalina, plyn) (skripta str )

ENZYMY A NUKLEOVÉ KYSELINY

C5250 Chemie životního prostředí II definice pojmů

Spontánní procesy. Probíhají bez zásahu z vnějšku Spontánní proces může být rychlý nebo pomalý

Chemické reakce. Beránek Pavel 1.KŠPA

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

Hmotnost atomů a molekul 6 Látkové množství 11. Rozdělení směsí 16 Separační metody 20. Hustota, hmotnostní a objemový zlomek 25.

Klasifikace chem. reakcí

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Nultá věta termodynamická

Kinetika chemických reakcí

Chemie Ch3 volitelný předmět pro 4. ročník

Metabolismus bílkovin. Václav Pelouch

DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE V CHEMII DIFFERENTIAL EQUATIONS IN CHEMISTRY

METABOLISMUS SLOUČENINY S MAKROERGNÍMI VAZBAMI


Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

Chemie - 5. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

Fenomenologická termodynamika

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta biomedicínského inženýrství. Teplotní vlastnosti

na stabilitu adsorbovaného komplexu

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_10_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

Energetika a metabolismus buňky

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. ENZYMY I úvod, názvosloví, rozdělení do tříd

Bioenergetika. přeměny energie v živých organismech

MitoSeminář II: Trochu výpočtů v bioenergetice. Souhrn. MUDr. Jan Pláteník, PhD. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK

Heterogenní katalýza

Radiobiologický účinek záření. Helena Uhrová

III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

KMA/MM. Chemické reakce.

Termodynamika a živé systémy. Helena Uhrová

PRŮMYSLOVÉ TECHNOLOGIE I - SOUBOR OTÁZEK KE ZKOUŠCE

Enzymy charakteristika a katalytický účinek

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta

Chemická vazba. Molekula vodíku. Elektronová teorie. Oktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Pevnost vazby vazebná energie.

Plasma a většina extracelulární

2. KINETICKÁ ANALÝZA HOMOGENNÍCH REAKCÍ

Reakční kinetika enzymových reakcí

Obecný metabolismus.

Kinetika chemických reakcí

Masarykova střední škola zemědělská a Vyšší odborná škola, Opava, příspěvková organizace


Entropie, S. Entropie = míra obsazení dostupných energetických stavů, míra tepelných efektů u reverzibilních dějů

Rovnováha Tepelná - T všude stejná

Elementární reakce. stechiometrický zápis vystihuje mechanismus (Cl. + H 2 HCl + H. )

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Spontánní procesy. Probíhají bez zásahu z vnějšku Spontánní proces může být rychlý nebo pomalý

Luminiscenční analýza Použití luminiscenční spektroskopie v analytické chemii

kde k c(no 2) = 2, m 6 mol 2 s 1. Jaká je hodnota rychlostní konstanty v rychlostní rovnici ? V [k = 1, m 6 mol 2 s 1 ]

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 1. ČÁST KCH/P401

Výpočty koncentrací. objemová % (objemový zlomek) krvi m. Vsložky. celku. Objemy nejsou aditivní!!!

Aminokyseliny, proteiny, enzymologie

3 Acidobazické reakce

V. Soustavy s chemickou reakcí

Reakčně transportní modelování podmínek v horninovém prostředí. Die reaktive Transportmodellierung in Bedingungen des Grundgesteins

Fyzikální chemie Ch53 volitelný předmět pro 4. ročník

03a-Chemické reakce v živých organizmech FRVŠ 1647/2012

Jana Fauknerová Matějčková

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Enzymy faktory ovlivňující jejich účinek

TECHNOLOGICKÉ PROCESY A APARÁTY

ENZYMY. Charakteristika enzymaticky katalyzovaných reakcí:

Krystalizace, transformace, kongruence, frustrace a jak se to všechno spolu rýmuje

Proteiny Genová exprese Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

>>> E A1 + E A2. . aktivační energie potřebná k reakci bez přítomnosti katalyzátoru E A E A1. energie potřebná ke vzniku enzym-substrátového komplexu


BIOCHEMIE. František Vácha.

PROTOLYTICKÉ ROVNOVÁHY

3.8. Acidobazická regulace

Figure 3-23 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Fázové rozhraní - plocha,na které se vlastnosti systému mění skokem ; fáze o určité tloušťce

Transkript:

Reakční kinetika

Rychlost chemické reakce A B energeticky minimální reakční cesta Rare event vznik/zánik vazeb ~1-10 fs Náhodnost reakce ~ms až roky P R

Rychlost chemické reakce A B energeticky minimální reakční cesta TS p i = Q 1 e ε i k B T P R

Teorie tranzitního stavu A B P TS R Molekuly stojící na dělící ploše a mířící do P skončí v P Neuvažujeme recrossing a tunelování Za čas dt zreaguje dn molekul pravděpodobnost reakce Eyringova rovnice k = k BT h e ΔG RT Arheniova rovnice dn = k n dt k = Ae E a RT k = κ k BT h e ΔG RT

Teorie tranzitního stavu A B P TS R Eyringova rovnice k = k BT h e ΔG RT ΔG = ΔH TΔS vliv enthalpie (energie) k = k BT h e ΔH RT e ΔS R vliv entropie

Teorie tranzitního stavu A k B dn A dt = dn B dt = k n A dn A = k n A dt n A dn A = k dt n A0 n A 0 t k = k BT h e ΔG RT [s -1 ] ln n A n A0 = k t n A = n A0 e kt c A = c A0 e kt

Teorie tranzitního stavu A k B dn A dt = dn B dt = k n A dn A = k n A dt n A dn A = k dt n A0 n A 0 t k = k BT h e ΔG RT Není v rovnováze ln n A n A0 = k t n A = n A0 e kt c A = c A0 e kt

Teorie tranzitního stavu A k 1 k -1 B ΔG ΔG dc A dt = k 1 c A + k 1 c B dc B dt = +k 1 c A k 1 c B ΔG k 1 = k BT h e ΔG RT k 1 = k BT h e ΔG RT c A (t) lim t c B (t) = K = k 1 = e ΔG RT k 1

Reakční kinetika Molekularita reakce počet molekul v reakci Monomolekulární rozpady, přesmyky Bimolekulární většina reakcí Trimolekulární vzácně, např. reakce No x dn P dt = k n A a n B b aa + bb Řád reakce a +b Nemusí nutně odpovídat stechiometrickým koef. Nemusí být nutně celá čísla P

Poločas reakce Čas, za který zreaguje polovina látky n A = n A0 e kt n A0 2 T 1 2 = = n A0e kt 1 2 ln 2 k

Reakce 1. řádu A B dc A dt = dc B dt = k c A c A = c A0 e kt Reakce pseudo-prvního řádu Jedna složka v nadbytku relativně skoro neubývá A + B dc P dt = k c A c B P c B c A k = k c B dc P dt = k c A

Reakce 2. řádu A + B P dc P dt = dc A dt = dc B dt = k c A c B dx dt = k c A0 x c B0 x 0 x dx c A0 x c B0 x t = k dt 0 1 ln c B0 c A0 x c A0 c B0 c A0 c B0 x = kt c B0 c A0 Pseudo-prvního řádu

Následné reakce k A 1 k B 2 C dc A dt = k 1c A dc B dt = k 1c A k 2 c B dc C dt = k 2c C Stacionární stav Ale ne v rovnováze

A k 1 k 2 Bočné reakce B C dc A dt = k 1c A k 2 c A dc B dt = k 1c A dc C dt = k 2c A

Vratné bočné reakce A k 1 k -1 k 2 k -2 B C kineticky/termodynamicky řízený děj dc A dt = (k 1+k 2 )c A + k 1 c B + k 2 c C dc B dt = k 1c A k 1 c B dc C dt = k 2c A k 2 c C

Kineticky vs. Termodynamicky řízené reakce kineticky/termodynamicky řízený děj Teplota [ C] α-naftolsulfon. kys Reakce rovnováha Reakční doba [hod] 80 96% 3% >1000 120 95% 5% 500 160 15% 15% 4

Briggs-Rauscherova reakce IO 3 - + 2H 2 O 2 + CH 2 (COOH) 2 + H + ICH(COOH) 2 + 2O 2 + 3H 2 O

Fotochemické reakce

Fotochemické reakce retinal rhodopsin

Rychlost reakce vs. teplota Cca co 10 C se rychlost reakce zvětší 2x k = k BT h e ΔH RT e ΔS R

katalýza IUPAC: Catalyst is a substance that increases the rate of a reaction without modifying the overall standard Gibbs energy change in the reaction; the process is called catalysis. The catalyst is both a reactant and product of the reaction.

Homogenní katalýza Reakce probíhá v jedné fázi (např. jeden roztok) 2H 2 O 2 O 2 + 2H 2 O Heterogenní H 3 O + + H 2 O 2 H 2 O + H 3 O 2 + H 3 O 2 ++ I- HOI + H 2 O HOI+ H 2 O 2 H 3 O + + I - + O 2 Reakce probíhá na/poblíž fázového rozhraní (adsorbované látky na pevné fázi) Hraje roli i difuze látky k fázovému rozhraní Reakce na zeolitech, oxidech kovů, nanočástice

Acidobazická katalýza IUPAC The term catalysis is also often used when the substance is consumed in the reaction (for example: base-catalysed hydrolysis of esters). Strictly, such a substance should be called an activator.

Acidobazická katalýza Specifická acidobazická katalýza Reaktant je plně protonovaný/deprotonovaný v reakci Vyžaduje silnou kyselinu/zásadu OH H 3 C CH 3 C N + HO - Obecná acidobazická katalýza Proton transfer probíhá v průběhu reakce Proton (H + ion) je částečně přenesen v tranzitním stavu Vyžaduje spíše slabou kyselinu/zásadu O - H 3 C CH 3 C N + H 2 O O H 3 C CH 3 + CN - + H 2 O

Enzymatická katalýza Katalýza pomocí proteinů Protein 21 aminokyselin Kofaktor neproteinová skupina v aktivním místě např. heme nebo NADP/NADPH + Vstup substrátu do aktivního místa reakce Odchod produktu

Enzymatická katalýza

Enzymy - halogenalkandehalogenázy

RNA enzymy RNA katalýza malé ribozymy 30-200 nts Replikace virů Velké ribozymy Self-splicing Alternativní splice Peptidyl transfer Syntéza proteinů Katalyzováno pouze RNA

RNA katalýza acidobazická rovnováha Obecná acidobazická katalýza pk a base < pk a acid pk a base > pk a acid

(Enzymová) Michaelis-Mentenová kinetika E + S k in k out ES k cat E + P Za předpokladu rovnováhy vazby substrátu k in E S = k out [ES] E + ES = c E ES = c E[S] K m + [S] K m = k out k in v = d[p] dt = k cat ES = v max[s] K m + [S] Quasi-steady state aproximace k in E S = k out ES + k cat [ES] K m = k out + k cat k in

Enzymatická katalýza Efektivita enzymu Enzym Katalyzovaná reakce K m [mol/l] k cat [s -1 ] K cat /K m [lmol -1 s -1 ] Chymotrypsin Ac-Phe-Ala Ac-Phe+Ala 1.5x10-2 0.14 9.3 Pepsin Phe-Gly Phe+Gly 3.0x10-4 0.5 1.7x10 3 Tyrosyl-tRNA syntaza Tyrosin+tRNA tyrosyl-trna 9.0x10-4 7.6 8.4x10 3 Ribonukleáza Cytidine-2,3 cyclic phospate cytidine-3 -phosphate 7.9x10-3 7.9x10 2 1x10 5 Carbonic anhydráza HCO 3 - + H + H 2 O + CO 2 2.6x10-2 4x10 5 1.5x10 7 Fumaráza Fumarát malát 5.0x10-6 8x10 2 1.6x10 8

Reakční mechanismus Sled dílčích elementárních reakcí 2NO+ O 2 2NO 2 k = k 2 k 1 k 1 rychlá k 1 2NO N 2 O 2 k -1 pomalý N 2 O 2 + O 2 2NO 2 k 2 Rychlost limitující krok

Měření kinetiky reakce Sledování průběhu reakce Pomalé a velmi pomalé reakce Měření signálu Spektrofotometricky absorpce/emise UV-vis, IČ, elektrochemicky ph vodivost

Měření kinetiky reakce quenched reaction metoda zastavení reakce Jednodušší měření Vhodné pro velmi pomalé reakce Zastavení reakce Přidání inhibitoru zamrazení zastavení enzymatické reakce denturace enzymu

Měření kinetiky reakce Rychlé a velmi rychlé reakce Flow (průtokové) metody Stopped-flow metody

dc P dt = k c A a c B b Měření řádu reakce Celkový řád reakce a +b aa + bb Nemusí nutně odpovídat stechiometrickým koef. Nemusí být nutně celá čísla P Oswaldova metoda měření rádu reakce Nadbytek všech složek kromě jedné dc P dt = k c A a