 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
133
кубанам относится, например, производное железа –
ферродоксин, являющийся функциональной
частью белков, катализирующих реакции с переносом электронов в биологических системах.
Многие биологические молекулы имеют одну из двух возможных геометрических структур,
представляющих зеркальное отражение друг друга. Обычно лишь одна из таких хиральных
структур биологически активна. Если сложная молекула содержит, например, семь хиральных
углеродных атомов, а в процессе синтеза образуются все возможные хиральные структуры, то
получится смесь 2
7
= 128 продуктов, из которых 127 могут быть неактивными или, еще хуже,
давать нежелательные эффекты. Поэтому важно уметь синтезировать на каждом хиральном
центре нужную структуру. Катализатор, обеспечивающий такой синтез, называется
стереоселективным. В качестве примера можно привести синтез леводофы – соединения в виде
стереоизомера аминокислоты (см. рис. 6.3). Молекула леводофы получается при
стереоселективном присоединении водорода к двойной углерод-углеродной связи. Используемый
при этом катализатор – растворимое соединение фосфина и родия – приводит к образованию
конечного продукта с выходом 96%. Леводофа – эффективное средство лечения болезни
Паркинсона.
Электрокатализ и фотокатализ
Благодаря химической модификации каталитически активных электродных поверхностей
создается возможность управления химическими процессами, происходящими на границе раздела
жидкий раствор – электроды. Химическая модификация электродов стимулирует вполне
определенные реакции. Она осуществляется в результате технологической операции осаждения
тонкопленочных слоев, широко применяемой для формирования рабочих элементов интегральных
схем. Например, нанесенный тонкопленочный слой рутения в качестве каталитического покрытия
существенно сокращает потребление энергии в производстве хлора и щелочи.
Электрохимическая ячейка может содержать один или два полупроводниковых электрода,
поглощающих электромагнитное излучение. В результате возникает фотокатализ,
стимулирующий окислительно-восстановительные процессы на границе раздела электрод–
раствор. Подобный эффект наблюдается на границе раствор–частица. Фотокаталитические
процессы представляют не только научный, но и практический интерес. Например, на
поверхности диоксида титана происходит деструкция (разрушение структуры) токсичных веществ
в стоках, в частности, в стоках цианидов. Известна идея фотокаталитического использования
солнечной энергии для производства кислорода и водорода из воды. А водород как экологически
чистое топливо (при его сгорании образуется вода) мог бы заменить истощающееся и
загрязняющее атмосферу нефтяное топливо.
Искусственные ферменты
Ферменты
– естественные биологические катализаторы, представляющие собой сложнейшие
молекулярные системы. Современные экспериментальные средства позволяют не только
определить состав подобного рода систем, но и управлять их молекулярной топологией, что очень
важно при создании искусственных ферментов. Один из способов конструирования
искусственных ферментов заключается в формировании в больших молекулах профилированных
полостей с последующим их заполнением каталитическими связывающими центрами.
Искусственные ферменты иногда называют биоимитаторами. К настоящему времени получены
биоимитаторы ферментов, биологически синтезирующих аминокислоты. Синтезированы
ферменты, структурно родственные природному соединению – витамину В и обладающие
высокой селективностью и даже стереоселективностью. Получены биоимитаторы нескольких
ферментов, участвующих в переваривании белков, и соединения, катализирующие расщепление
РНК, в которые введены каталитические группы, присутствующие в ферменте рибонуклеазе.