自催化反应

自催化是指一個化學反應所生成之產物為該反應之催化劑。

若一組化學反應中一部分反應的產物足以催化其他反應，使得整組化學反應可自我供應能量和『食物分子』，則此組反應可稱作集體自催化（collectively autocatalytic）（參見autocatalytic set（英语：autocatalytic set））

自催化反應速率方程

 

自催化反應中產物濃度的雙彎曲函數變化

二級自催化反應速率方程 ${\displaystyle A+B\rightarrow \;2B}$  是 ${\displaystyle \ v=k[A][B]}$ 

A和B的濃度隨時間依據下式變化

${\displaystyle [A]={\frac {[A]_{0}+[B]_{0}}{1+{\frac {[B]_{0}}{[A]_{0}}}e^{([A]_{0}+[B]_{0})kt}}}}$  與${\displaystyle [B]={\frac {[A]_{0}+[B]_{0}}{1+{\frac {[A]_{0}}{[B]_{0}}}e^{-([A]_{0}+[B]_{0})kt}}}}$ 

典型的自催化反應等式圖形是雙彎曲函數（英语：Sigmoid Function）：反應起初進行地很慢，因為幾乎沒有催化劑存在。反應速率隨著反應進行使催化劑量增加而加快，之後隨著濃度減少而減慢。若實驗的反應物或產物濃度遵守雙彎曲曲線，則此反應可能是自催化。

例如： 5 C₂O₄^2－_(aq) + 2 MnO₄^－_(aq)+16 H⁺_(aq) →10 CO_2(g) + 2 Mn²⁺_(aq)+ 8 H₂O_(l)

其反應式右側的生成物Mn²⁺為該反應的催化劑，反應會隨著Mn²⁺濃度的增加，逐漸加快。

自然發生假說

1995年史都華考夫曼（英语：Stuart Kauffman）提出生命最初起源形式是自催化化學網狀系統。^[1]

英國動物行為學家理察·道金斯在他2004年著作《祖先的故事》寫道自催化是無生源論的可能解釋。書中引用朱利叶斯·里贝克與同事在加州斯克里普斯研究所完成的實驗。該實驗中他們以自催化氨基腺苷三酸酯（autocatalyst amino adenosine triacid ester （AATE））合成氨基腺苷（英语：amino adenosine）（amino adenosine）與五氟苯酯（pentafluorophenyl ester），其中一個來自實驗的系統包含了多種能自行催化自身合成的AATE。此實驗證明了自催化可能可以造成族群內以遺傳進行競爭，可解釋為早期形式的天擇

自催化反應實例

• Tin pest（英语：Tin pest）
• Reaction of Permanganate with Oxalic Acid （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• 以上反應的機轉^[2]
• Vinegar syndrome（英语：Vinegar syndrome）
• 血紅蛋白結合氧
• 阿司匹林自發降解為水楊酸和乙酸，使得久置於密封容器內的阿司匹林散發輕微的醋氣味。
• , 缺少（添加）催化劑，苯乙酮經溴的α-溴化

參與生命過程

二位研究者，Robert Ulanowicz ^[3]與 Stuart Kauffman ^[4]提出自催化反應在生命演化中扮演重要角色，且繼續構成生命結構的基本元素。

參見

1. Stuart Kauffman. At Home in the Universe: The Search for the Laws of Self-Organization and Complexity. Oxford University Press. 1995. ISBN 0195095995. 
2. Kovacs KA, Grof P, Burai L, Riedel M. Revising the Mechanism of the Permanganate/Oxalate Reaction. J. Phys. Chem. A. 2004, 108: 11026. doi:10.1021/jp047061u. 
3. Ecology, the Ascendent Perspective”, Robert Ulanowicz, Columbia Univ. Press 1997
4. Investigations, Stuart Kauffman, Oxford University Press

相關條目

自催化反應與級數創建(Autocatalytic reactions and order creation（英语：Autocatalytic reactions and order creation）)

外部連結

• http://www.eeng.dcu.ie/~alife/bmcm9901/html-multi/ （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• http://arxiv.org/pdf/adap-org/9809003