उत्प्रेरित अभिक्रियाएं

उत्प्रेरित अभिक्रिया से तात्पर्य ऐसी रासायनिक अभिक्रिया से है जिसमें उत्प्रेरक की उपस्थिति से अभिक्रिया की दर बढ़ जाती है। उत्प्रेरक एक ऐसा पदार्थ है जो प्रक्रिया में खपत हुए बिना अभिक्रिया को तेज करता है। यह अभिक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए आवश्यक सक्रियण ऊर्जा को कम करता है, जिससे प्रक्रिया अधिक कुशल हो जाती है। जब किसी रासायनिक अभिक्रिया की गति किसी पदार्थ की उपस्थिति से या तो बढ़ जाती है या कम हो जाती है तो इसे "उत्प्रेरण" कहते हैं। जिस पदार्थ की उपस्थिति से अभिक्रिया की गति बढ़ती है या कम होती है उसे उत्प्रेरक कहते हैं। उत्प्रेरक कभी अभिक्रिया में भाग नहीं लेता, केवल अभिक्रिया की गति को प्रभावित करता है। दूसरे शब्दों में वो रासायनिक पदार्थ जिसकी उपस्थिति के कारण रासायनिक अभिक्रिया की दर बढ़ जाती है या कम हो जाती है लेकिन वह स्वयं रासायनिक अभिक्रिया में भाग नहीं लेता है उसे उत्प्रेरक कहते है और इस प्रक्रिया को उत्प्रेरण कहते है।

उत्प्रेरण के प्रकार

अवस्था के आधार पर उत्प्रेरक

अवस्था के आधार पर उत्प्रेरक दो प्रकार होते हैं:

• समांगीय उत्प्रेरक
• विषमांगी उत्प्रेरक

समांगीय उत्प्रेरक

समांगीय उत्प्रेरण में उत्प्रेरक और अभिकारक दोनों एक ही भौतिक स्थिति में होती है। ये ठोस, द्रव और गैस तीनों हो सकती है।

उदाहरण

मिथाइल एसीटेट का हाइड्रोलिसिस हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से प्राप्त H⁺ आयनों द्वारा उत्प्रेरित होता है।

${\ce {CH3COOCH3(l) + H2O (l) ->[HCl] CH3COOH(l) + CH3OH(l)}}$

सुक्रोस का जल अपघटन सल्फ्यूरिक अम्ल द्वारा निर्मित H⁺ आयनों द्वारा उत्प्रेरित होता है।

${\ce {C12H22O11(l) + H2O(l) ->[H2SO4] C6H12O6(l) + C6H12O6(l)}}$

विषमांगी उत्प्रेरक

जबकि विषमांगी उत्प्रेरण में, उत्प्रेरक और अभिकारक दोनों की भौतिक स्थिति अलग-अलग होती हैं।

उदाहरण

हैबर विधि में सूक्ष्म रूप से विभाजित आयरन की उपस्थिति में अमोनिया बनाने के लिए नाइट्रोजन और हाइड्रोजन के बीच संयोजन किया जाता है।

${\ce {N2(g) + 3H2(g) ->[Fe(s)] 2NH3(g)}}$

निकल चूर्ण उत्प्रेरक की उपस्थिति में वनस्पति तेलों का हाइड्रोजनीकरण।

${\ce {vegetable oil(l) + H2(g) ->[Ni(s)] vanaspati ghee(g)}}$

कार्य के आधार पर उत्प्रेरक

कार्य के आधार पर उत्प्रेरक चार प्रकार के होते हैं:

(i) धनात्मक उत्प्रेरक

उत्प्रेरक जो अभीक्रिया की दर को बढ़ाते है उसे धनात्मक उत्प्रेरक कहते है।

उदाहरण

कोलाइडल प्लैटिनम की उपस्थिति में H₂O₂ का विघटित होना।

${\ce {2H2O (l) ->[Pt] 2H2O(l) + O2(g)}}$

(ii) ऋणात्मक उत्प्रेरक

उत्प्रेरक जो अभीक्रिया की दर को कम कर देता है उसे ऋणात्मक उत्प्रेरक कहते है।

उदाहरण

क्लोरोफॉर्म का ऑक्सीकरण रोकने के लिए उसमे कुछ एल्कोहल मिला दिया जाता है।

${\ce {2CHCl3(l) + O2(g) ->[alcohol] 2COCl2(g) + 2HCl(g)}}$

(iii) स्वतः उत्प्रेरक

जब किसी भी रासायनिक अभीक्रिया के दौरान कोई उत्पाद निर्मित होता है और वह उस रासायनिक अभीक्रिया के लिए उत्प्रेरक का कार्य करता है तो उसे स्वतः उत्प्रेरक कहा जाता है।

उदाहरण

एथिल एसीटेट के हाइड्रोलिसिस में एसिटिक अम्ल और एथिल एल्कोहल बनता है। अभिक्रिया शुरू में बहुत धीमी होती है लेकिन धीरे-धीरे इसकी दर बढ़ती जाती है, ऐसा एसिटिक अम्ल के निर्माण के कारण होता है जो इस अभिक्रिया में स्वउत्प्रेरण के रूप में कार्य करता है।

${\ce {CHECOOC2H5 + H2O -> CH3COOH + C2H5OH}}$

(iv) प्रेरित उत्प्रेरक

जब किसी भी रासायनिक अभीक्रिया का उत्पाद किसी अन्य रासायनिक अभीक्रिया के लिए उत्प्रेरक के जैसा काम करता है तो इसे प्रेरित उत्प्रेरक कहा जाता है।

उदाहरण

सोडियम आर्सेनाइट विलयन हवा से ऑक्सीकृत नहीं होता है। हालाँकि, यदि हवा को सोडियम आर्सेनाइट और सोडियम सल्फाइट के विलयन के मिश्रण में भेजा जाता है, तो दोनों एक साथ ऑक्सीकरण करते हैं।

${\ce {NaSO3 + 1/2O2 -> Na2SO4}}$

${\ce {Na2AsO3 + 1/2 O2 -> Na3AsO4}}$

एंजाइम उत्प्रेरक

एंजाइम उत्प्रेरक एक जैव उत्प्रेरक हैं जिनका उपयोग कार्बनिक यौगिकों के परिवर्तन तथा संश्लेषण में किया जा सकता है। एक प्राकृतिक एंजाइम सामान्यतः एक जैविक उच्च अणुभार वाला यौगिक होता है जो जीवित जीवों द्वारा निर्मित होता है। ये जटिल नाइट्रोजनयुक्त प्रोटीन हैं जो जीवित जीवों में जैव रासायनिक अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित करने में मदद करते हैं। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि जीवित जीवों में होने वाली सभी जैव रासायनिक अभिक्रियाएँ उत्प्रेरक पर निर्भर करती हैं।

एंजाइम उत्प्रेरक सामान्यतः रासायनिक अभिक्रियाओं की दर को बढ़ाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सब्सट्रेट एक उत्पाद में परिवर्तित हो जाता है।

शर्करा का इन्वर्जन

इन्वर्टेज एंजाइम शर्करा को ग्लूकोस और फ्रुक्टोस में वियोजित कर देते है।

${\ce {C12H22O11(l) + H2O(l) ->[invertase] C6H12O6(l) + C6H12O6(l)}}$

ग्लूकोज का एथिल ऐल्कोहॉल में परिवर्तन

जाइमेज एंजाइम ग्लूकोज को एथिल ऐल्कोहॉल में में वियोजित कर देते है।

${\ce {C6H12O6(l) ->[zymase] 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)}}$

स्टार्च का माल्टोस में परिवर्तन

डायस्टेस एंजाइम स्टार्च को माल्टोज में वियोजित कर देते है।

${\ce {2(C6H10O5)n + nH2O(l) ->[Diastase] nC12H22O11(l)}}$

माल्टोस का ग्लूकोस में परिवर्तन

माल्टेस एंजाइम माल्टोज को ग्लूकोस में वियोजित कर देते है।

${\ce {C12H22O11 (l) + H2O(l) ->[Maltase] 2C6H12O6(l)}}$

एंजाइम उत्प्रेरक के प्रकार

एंजाइम उत्प्रेरक मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं:

• सक्रियण एंजाइम
• एंजाइम अवरोधक

एंजाइम उत्प्रेरक के लक्षण

धातु, अम्ल और क्षार सहित अकार्बनिक उत्प्रेरकों की तुलना में, जब अभिक्रियाओं की बात आती है तो एंजाइम बहुत विशिष्ट होते हैं। एक निश्चित प्रकार का एंजाइम केवल एक विशेष यौगिक या उसके सब्सट्रेट के साथ अभिक्रिया कर सकता है। जब एंजाइम उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं, तो वे सब्सट्रेट बंध को कमजोर कर देते हैं, जिससे समग्र सक्रियण ऊर्जा कम हो जाती है, और उत्पाद आसानी से बनता है। एंजाइम उत्प्रेरक सामान्यतः रासायनिक अभिक्रियाओं की दर को बढ़ाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सब्सट्रेट एक उत्पाद में परिवर्तित हो जाता है।

एंजाइमों की विशिष्टता

एंजाइम प्रकृति में अत्यधिक विशिष्ट होते हैं।

अनुकूलन ताप

उच्च तापमान एंजाइमों के निष्क्रिय होने का कारण बनता है। इसलिए, अधिकांश एंजाइम 25 - 35°C के अनुकूलन ताप पर बहुत प्रभावी ढंग से कार्य करते हैं।

एंजाइम अवरोधक

एक निश्चित अणु एक एंजाइम की सक्रिय साइट पर आता है और बंध बनाता है जिससे कोई नया अणु नहीं आ पता, जिसे एंजाइम अवरोधक के रूप में जाना जाता है।

अनुकूलन पीएच

पीएच जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता है। उच्च पीएच प्रतिक्रियाएं सामान्यतः एंजाइम गतिविधि को निष्क्रिय कर देती हैं, और निम्न पीएच मीडिया रोगाणुओं के विकास को प्रोत्साहित करता है। इसलिए, एंजाइम उत्प्रेरण के लिए विशिष्ट पीएच स्थितियों की आवश्यकता होती है।

सक्रियण केंद्र

जिन एंजाइम में बड़ी संख्या में सक्रियण केंद्रों की संख्या होती है और पृष्ठक्षेत्रफल अधिक होता है वे जैविक उत्प्रेरक हैं।

उदाहरण: स्टार्च का जल अपघटन, एथिल एल्कोहल उत्पादन

अभ्यास प्रश्न

• उत्प्रेरण को उदाहरण द्वारा समझाइये।
• ऋणात्मक उत्प्रेरक से आप क्या समझते हैं ?
• प्रेरित उत्प्रेरक से आप क्या समझते हैं ?
• एन्जाइम सक्रियण केंद्र क्या हैं?
• एंजाइम उत्प्रेरक की क्रियाविधि समझाइये।
• एंजाइम उत्प्रेरक से क्या तातपर्य है? उदाहरण द्वारा समझाइये।