1. Как изучают механизм реакции?

На этот вопрос не существует единственного ответа, с которым были бы согласны большинство химиков. Имеются различные подходы к решению проблемы, которые можно условно разделить на две группы, отличающиеся стратегией.

1.1. Традиционная стратегия

К концу 60-х годов ХХ века полностью сформировалась стратегия, которую мы будем называть традиционной. Основным этапом в рамках этой стратегии является кинетическое исследование. Это не исключает использования других, некинетических методов (исследование комплексообразования в случае гомогенно-каталитических реакций и адсорбции в случае гетерогенно-каталитических, изотопных методов и т. д.), но именно из результатов кинетического исследования получают уравнения, описывающие процесс. Из этих уравнений "выводят" кинетическую схему, включающую символы интермедиатов. Например, для многих каталитических процессов использовалась и используется кинетическая схема с одним интермедиатом X:

S + K XP + K

В ферментативном катализе такую схему называют механизмом Михаэлиса–Ментен.

На следующем этапе делают предположения относительно химической природы и строения интермедиатов.

Традиционную стратегию исследования механизма реакций при всем многообразии ее вариантов можно упрощенно свести к следующей последовательности:

Физико-химический эксперимент –(1)Математическое описание –(2)Кинетическая схема –(3)Механизм

В указанной последовательности гипотеза о механизме возникает в явном виде на третьем этапе при "вложении" химического смысла в кинетическую схему. Если найденная гипотеза о механизме не противоречит результатам эксперимента (а такое противопечие было бы странно, так как механизм по существу появляется на этапе (2)), то она признается истинной. На основе этого подхода получена бόльшая часть информации о механизмах химических реакций. Тем не менее традиционная стратегия имеет ряд серьезных недостатков, которые ставят под вопрос целесообразность ее использования даже в случае одномаршрутных реакций и приводят к невозможности ее использования в случае многомаршрутных реакций.

Основной недостаток этой стратегии связан с отсутствием общих и однозначных алгоритмов реализации переходов 1, 2 и 3 в указанной выше схеме. Одни и те же экспериментальные данные могут быть одинаково хорошо описаны бесконечным множеством уравнений, а из математического описания невозможно однозначно получить кинетическую схему. Столь же неоднозначен и переход от формально-кинетической схемы к механизму. В этой связи, остановившись на первом согласующимся с результатами эксперимента механизме, мы оставляем открытым вопрос о других механизмах, которые также могут не противоречить результатам эксперимента. Кроме того, эксперимент не безразличен к гипотезам, которые вольно или невольно имеет ввиду исследователь. В рамках традиционной стратегии в основном рассматривались механизмы, содержащие один или два (и очень редко три) маршрута. Проблема выбора кинетических уравнений для многомаршрутных процессов преодолевалась интуитивно, в конечном счете, путем последовательного неформализованного перебора гипотез. Эта процедура требовала больших затрат времени и уже в случае трех маршрутов сталкивалась с большими трудностями.

С усложнением рассматриваемых механизмов трудность решения этих задач существенно возрастает и интуитивное их решение становится практически невозможным.