物理化学：催化作用

第七节催化作用

◆催化剂与催化作用

◆酸碱催化反应

◆络合催化反应

◆酶催化反应

◆金属催化反应一、催化剂与催化作用

一物质或几种物质能显著改变化学反应速率，

而本身在反应前后的数量及化学性质都不发生变化，则该物质称为催化剂(catalyst)。正催化剂：加快负催化剂：减慢通常所谓的催化剂一般是指正催化剂

自催化剂：催化剂是在反应过程中产生的反应产物或中间产物。催化作用常见的几种重要催化反应：光合作用、啤酒发酵等等硫酸工业：SO2+1/2O2SO3V2O5氮肥工业：N2+3H22NH3

CO+H2OCO2+H2Fe硝酸工业：NH3+O2H2O+NO2Pt液、固气相液相气、固催化反应均相催化复相催化生物催化（酶催化）Ni(CO)4

催化剂作用机理A­­­BA+B+KAB+KEaE2AK+BA---B---KA---KE1E3Ea反应进程

能量AB

A+B

kA+KAKAK+BAB+K

k2k1k-1催化剂的基本特征

1.参与反应，反应前后数量、化学性质不变；

2.不改变化学平衡；

3.具有选择性；

4.对杂质敏感；二、酸碱催化反应

◆酸碱催化作用

◆酸碱催化机理

◆药物的水解反应酸碱催化作用

酸碱催化作用的本质在于质子的转移。酸碱催化剂给出或接受质子的能力越强（酸碱性越强），酸碱催化的能力越强。专属酸碱：普通酸H＋、碱OH－酸碱催化剂凡是能给出质子的物质叫质子酸凡是能接受质子的物质叫质子碱广义酸碱酸碱催化机理如：药物的水解反应许多药物的水解反应既可被酸催化，又可被碱催化。其反应速率可表达为：溶剂参与下反应的速率常数被酸催化的速率常数被碱催化的速率常数反应物浓度H+离子浓度药物的水解反应可推导得药物溶液最稳定的pH值：kpH核心内容（六）笼效应概念、溶剂化作用催化作用、催化剂、催化机理、催化反应酸碱催化作用的本质、药物在溶液中最稳定的pH值三、络合催化反应（自学）络合催化(complexcatalysis)：是以过渡金属的络合物为催化剂,催化剂与反应物生成不稳定的络合物而使反应易于进行的一种催化作用。一般具有较高的催化活性和选择性,反应条件比较温和,在工业中广泛应用于氧化、加氢、脱氢、羰基合成和聚合等反应。催化性能取决于形成络合物的中心原(或离子)和配位体的性质及它们的几何构型。四、酶催化

◆酶

◆酶催化反应机理

◆酶催化反应动力学

◆酶催化抑制反应酶

酶是一种由生物或微生物产生的具有催化能力的特殊蛋白质。酶的摩尔质量一般在10～103kg/mol之间,其分子大小在10～100nm范围内。酶催化剂具有极高的选择性。酶的催化活性通常要比其它催化剂高得多,而酶催化反应的活化能则要比其它催化反应低得多。酶有这样高的催化活性和选择性是因为在酶分子中较小的区域内存在着结构复杂的活性中心。

酶催化反应机理总反应：S→P总反应基元反应各反应物的微分式微分方程①、③为连续反应酶催化反应机理总反应：S→P反应机理：基元反应：①

、②为对峙反应②、③为平行反应酶催化反应动力学酶催化反应动力学当底物浓度很大时，cs>>KM，r=k3cE,0，反应只与酶的浓度有关，而与底物浓度无关，对底物浓度cs呈零级。酶催化反应动力学rm/2Kmcs0.20.40.60.81.0rm0.0123456789101112131415r当cs<<KM时，r=ｒｍcs/KM

，对底物浓度cs呈一级。米氏常数（KM）的求算(1)作r－cs图，r=rm/2时，KM=cs

。(2)作1/r－1/cs图，从横截距求KM：1/r1/cs米氏常数的物理意义

(1)当r=rm/2时，KM=cs，说明KM可视为酶活性中心的一半被充填时的底物浓度；

(2)当k2>>k3时，KM=k2/k1，说明KM可视为络合物ES的不稳定常数：KM越大，E和S的结合越弱。

KM是酶催化反应的特性常数，不同的酶KM不同，同一种酶催化不同的反应时KM也不同。核心内容（七）酶酶催化反应机理米氏方程米氏常数五、金属催化反应

自