در دنیای گسترده واکنش های شیمیایی، ما اغلب بر روی مواد اولیه و محصولات نهایی تمرکز می کنیم در حالی که "بازیگران پنهان" مهم اما گذرا را نادیده می گیریم.این گونه های گذرا به عنوان "پایگاه های راه" فرآیندهای شیمیایی عمل می کنند، شروع واکنش را به تکمیل متصل می کند در حالی که به شدت بر سرعت واکنش و انتخاب مسیر تأثیر می گذارد. اما دقیقاً واسطه های واکنش چیست و چه نقشی را بازی می کنند؟

میانجی های واکنش: "محل های راه" شیمیایی

واسطه های واکنش، که اغلب به سادگی "وسطا" نامیده می شوند، موجوداتی مولکولی هستند که در طی توالی واکنش های شیمیایی مرحله ای تولید می شوند.آنها از واکنش دهنده ها یا واسطه های قبلی در یک مرحله ابتدایی تشکیل می شونددر واقع، میانگین ها گونه های کوتاه مدت هستند که در معادله واکنش کلی ظاهر نمی شوند. به عنوان مثال، در یک واکنش فرضی: A + B → C + D،اگر این فرآیند کلی شامل دو مرحله اولیه باشد: A + B → X، به دنبال آن X → C + D، سپس X واسطه واکنش است.

اتحادیه بین المللی شیمی خالص و کاربردی (IUPAC) یک ماده واسطه را به عنوان: "A molecular entity with a lifetime appreciably longer than a molecular vibration that is formed (directly or indirectly) from the reactants and reacts further to give (either directly or indirectly) the products of a chemical reaction." این معیار طول عمر، میانگین های واقعی را از هر دو حالت ارتعاش و حالت انتقال (که به طور تعریف شده طول عمر قابل مقایسه با ارتعاش مولکولی دارند) متمایز می کند.

ماده های میانگین واکنش در مقابل ماده های میانگین واکنش پذیر

در اکثر واکنش های شیمیایی غیر بیولوژیکی، واسطه های واکنش معمولاً به عنوان " واسطه های واکنشی" طبقه بندی می شوندمولکول های با انرژی بالا که به دلیل واکنش شدیدشان جدا کردن آنها دشوار استهنگامی که در طول واکنش ها تشکیل می شوند، به سرعت به گونه های پایدارتر تبدیل می شوند. تنها در شرایط خاص (مانند دمای پایین یا جداسازی ماتریس) می توان این ترکیبات را جدا و ذخیره کرد..در نتیجه، مواد متوسطه واکنش پذیر معمولاً فقط از طریق روش های طیف سنجی سریع مشاهده می شوند. با این حال وجود آنها به توضیح چگونگی واکنش های شیمیایی کمک می کند.

ویژگی های میانگین های واکنشی

مواد متوسطه واکنش پذیر معمولا این ویژگی های مشترک را دارند:

• آنها در غلظت نسبتا کم در مقایسه با واکنش ها و محصولات نهایی وجود دارند.
• به استثنای کاربانیون ها، بیشتر آنها قانون هشتگ لوئیس را نقض می کنند، که آنها را بسیار واکنش پذیر می کند
• آنها اغلب در طول فرآیند تجزیه شیمیایی شکل می گیرند
• وجود آنها معمولاً می تواند از طریق روش های طیف سنجی نشان داده شود
• اثرات قفس باید در شکل گیری و رفتار آنها در نظر گرفته شود
• اونا ميتونن از طريق پيوند يا رزونانس ثابت بشن
• ممکن است تفاوت بین آن ها و کشورهای انتقالی دشوار باشد.
• روش های جذب شیمیایی می تواند وجود آنها را تایید کند

انواع متداول مواد متداول واکنشی

برخی از مواد متوسطه واکنش پذیر که اغلب دیده می شوند عبارتند از:

• رادیکال ها:اتم ها یا مولکول هایی با الکترون های بی جفت که واکنش پذیری بالایی دارند
• کربن:مولکول های خنثی که حاوی اتم های کربن دو ارزشی با دو الکترون غیر متصل هستند، بسیار واکنش پذیر
• کربوکاسیون ها:اتم های کربن دارای شارژ مثبت، مهم در واکنش های الکتروفیلی
• کاربنیون ها:اتم های کربن با شارژ منفی که به عنوان نوکلئوفیل های قوی عمل می کنند
• یون های کاربنیم:حاوی اتم های کربن سه ارزش با شارژ مثبت
• بنزین (یک نوع آرین):مشتقات حلقه بنزن با پیوند سه گانه، که واکنش پذیری استثنایی دارند

نقش واسطه ها در واکنش های شیمیایی

میانگین های واکنش نقش مهمی در فرآیندهای شیمیایی مختلف دارند:

• واکنش های افزودن الکتروفیلی:کاربوکاسیون ها اغلب به عنوان واسطه ها، مانند افزودن های آلکین-هیدروژن هالید، خدمت می کنند.
• واکنش های جایگزینی SN1:کاربوکاسیون ها زمانی که گروه ترک کننده اول ترک می کند، شرکت می کنند و قبل از حمله نوکلئوفیل یک میانگین کاربوکاسیون تشکیل می دهند.
• واکنش های حذف E1:این همچنین شامل میانگین های کاربوکاسیون است که ترک گروه قبل از حذف پروتون برای تشکیل یک پیوند دوگانه است.
• واکنش های کاربانین:به عنوان نوکلئوفیل های قوی، کاربانیون ها می توانند اسکلت های کربن را گسترش دهند، مانند واکنش های آلکین با NaNH₂در آمونیاک مایع
• واکنش های رادیکال:رادیکال های بسیار واکنش پذیر می توانند واکنش های زنجیره ای را آغاز کنند، مانند در آلکان های هالوجن

سایر مواد متوسطه واکنشی

علاوه بر این انواع رایج، بسیاری از واسطه های واکنشی دیگر وجود دارد، از جمله:

• آنالوگ های کربن
• کمپلکس های یون خنثی
• آنیون های کتنی
• نیترن ها
• یون های اکسوکربنیوم
• فسفینیدن ها
• فوسفزن ها
• مرکبات متوسطه تترادر در واکنش های افزودن کربونیل

اهمیت بیولوژیکی واسطه های واکنش

در سیستم های بیولوژیکی، میانجی های واکنش معمولاً مولکول های پایدار هستند. واکنش های بیولوژیکی معمولاً از طریق کاتالیز آنزیم انجام می شوند، زیرا واکنش غیرقابل کنترل می تواند به سلول ها آسیب برساند.مطالعه میانجی های مسیر کمک می کند تا سیگنال های سلولی و مکانیسم های کاتالیز را روشن کندبه عنوان مثال، باکتری ها از طریق متالو-بتا-لاکتامازها به آنتی بیوتیک های β-لاکتام (مانند پنی سیلین) مقاومت می کنند.مطالعات طیف سنجی نشان می دهد که میانجی های واکنش این آنزیم ها از روی در مسیرهای مقاومت استفاده می کنند.

یک مثال دیگر شامل AAA-ATPase p97 است، یک پروتئین که در فرآیندهای متابولیک مختلف شرکت می کند که همچنین با بیماری های تخریب کننده و سرطان مرتبط است.تحقیقات بر روی میانگین های واکنش p97 نشان داد که میانگین های نوکلئوتید ADP·Pi مهم نقش کلیدی در عملیات مولکولی دارند.

علاوه بر این، تشکیل پیوندهای گلیسیدیک توسط آنزیم RCL شامل واسطه ها است. مطالعات متانولیز تایید کرد که تشکیل واسطه برای این واکنش ضروری است.

تمایز بین میانجی ها و کشورهای در حال انتقال

مهم است که از حالت های انتقالی متمایز شویم.حالت های انتقالی نقاط با بالاترین انرژی در امتداد مسیرهای واکنش را نشان می دهند.با طول عمر فقط یک ارتعاش مولکولی، آنها در تضاد شدید با واکنش های میانگین، که بیشتر به عنوان "نقاط استراحت" نسبتا پایدار باقی می مانند.

اهمیت مطالعه میانجی های واکنش

تحقیق در مورد واسطه های واکنش ارزش قابل توجهی برای درک مکانیسم های واکنش، بهینه سازی شرایط، طراحی کاتالیزورها و توسعه روش های مصنوعی جدید دارد.با مشخص کردن ساختارهای میانگین، خواص و رفتارهای، شیمی دانان کنترل بهتری بر واکنش ها به دست می آورند، که سنتز کارآمدتر و سازگار با محیط زیست را امکان پذیر می کند.

به طور خلاصه، واسطه های واکنش اجزای ضروری فرآیندهای شیمیایی را نشان می دهند.آنها بر پیشرفت واکنش و نتایج آن تاثیر می گذارند.درک عمیق تر از این گونه های فانی وعده می دهد تا اسرار شیمیایی را باز کند و پیشرفت علمی را پیش ببرد.