自催化反应

如果化學反應的產物之一同時也是該反應本身的催化劑，則該反應稱為自催化（英語：autocatalysis）反應。^[1] 人們已辨識出多種形式的自催化現象。^[2]

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）（參見自催化集，autocatalytic set）

自催化反應速率方程

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

A和B的濃度隨時間依據下式變化

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

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，斯图亚特·考夫曼提出生命最初起源形式是自催化化學網狀系統。^[3]

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

酯類的酸催化水解會生成羧酸，而這些生成的羧酸又能催化相同反應。事實上，威廉·奥斯特瓦尔德（Wilhelm Ostwald）在觀察到γ-戊内酯水解生成Γ-羟基戊酸的過程中發現反應速率逐漸加快，這一現象促使他在1890年提出了「自催化」這一概念。 ^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]^[9]

烴類與空氣或氧氣的氧化反應是自動氧化的基礎。與許多自由基反應一樣，其反應速率隨時間變化的曲線呈S型函数（S-shaped），這是自動催化作用的典型特徵。^[10] 許多有機化合物與鹵素的反應都涉及自動催化的自由基机理，例如苯乙酮與溴反應生成α-溴苯乙酮。

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^[11]
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

两位位研究者，Robert Ulanowicz ^[12]與 Stuart Kauffman ^[13]，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。

参考资料

^ The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Autocatalytic reaction (A00525). goldbook.iupac.org. [2025-04-11]. doi:10.1351/goldbook.A00525  （英语）.
^ Steinfeld J.I., Francisco J.S. and Hase W.L. Chemical Kinetics and Dynamics (2nd ed., Prentice-Hall 1999) pp. 151–2 ISBN 0-13-737123-3
^ Stuart Kauffman. At Home in the Universe: The Search for the Laws of Self-Organization and Complexity. Oxford University Press. 1995. ISBN 0195095995.
^ Ostwald, W. (1890), "Ueber Autokatalyse", Berichte über die Verhandlungen der Königlich Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften zu Leipzig, Mathematisch-Physische Klasse, Vol.42, (1890), pp. 189–191.
^ Ostwald, W. (1901), "Über Autokatalyse", Zeitschrift für Elektrochemie, Vol.7, No.72, (November 1901), pp.987–1010. doi:10.1002/bbpc.19010077203
^ Robertson, T. Brailsford (1913), "On the Nature of the Autocatalyst of Growth", Archiv für Entwicklungsmechanik der Organismen, Vol.37, No.4, (October 1913), pp. 497–508.
^ Robertson, T. Brailsford (1915), "Tables for the Computation of Curves of Autocatalysis: With Especial Reference to Curves of Growth", University of California Publications in Physiology, Vol.4, No.21, (11 March 1915), pp. 211–228.
^ van der Vaart, H.R., "The Autocatalytic Growth Model: I. Critical Analysis of the Conceptual Framework", Acta Biotheoretica, Vol.18, Nos.1–4, (March 1968), pp. 133–142. doi:10.1007/BF01556724
^ Peng, Z., Paschek, K., & Xavier, J.C. (2022), "What Wilhelm Ostwald meant by "Autokatalyse" and its Significance to Origins-of-Life Research", BioEssays, Vol.44, No.9, (September 2022), e2200098. doi:10.1002/bies.202200098
^ Denisov, Evgeny. Hydrocarbon Oxidation. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 2015: 1–33. ISBN 9780471238966. doi:10.1002/0471238961.0825041808150202.a01.pub2.
^ 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.
^ Ecology, the Ascendent Perspective”, Robert Ulanowicz, Columbia Univ. Press 1997
^ Investigations, Stuart Kauffman, Oxford University Press

外部連結

[1] The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Autocatalytic reaction (A00525). goldbook.iupac.org. [2025-04-11]. doi:10.1351/goldbook.A00525  （英语）.

[Steinfeld-2] Steinfeld J.I., Francisco J.S. and Hase W.L. Chemical Kinetics and Dynamics (2nd ed., Prentice-Hall 1999) pp. 151–2 ISBN 0-13-737123-3

[3] Stuart Kauffman. At Home in the Universe: The Search for the Laws of Self-Organization and Complexity. Oxford University Press. 1995. ISBN 0195095995.

[Ostwald-4] Ostwald, W. (1890), "Ueber Autokatalyse", Berichte über die Verhandlungen der Königlich Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften zu Leipzig, Mathematisch-Physische Klasse, Vol.42, (1890), pp. 189–191.

[5] Ostwald, W. (1901), "Über Autokatalyse", Zeitschrift für Elektrochemie, Vol.7, No.72, (November 1901), pp.987–1010. doi:10.1002/bbpc.19010077203

[6] Robertson, T. Brailsford (1913), "On the Nature of the Autocatalyst of Growth", Archiv für Entwicklungsmechanik der Organismen, Vol.37, No.4, (October 1913), pp. 497–508.

[7] Robertson, T. Brailsford (1915), "Tables for the Computation of Curves of Autocatalysis: With Especial Reference to Curves of Growth", University of California Publications in Physiology, Vol.4, No.21, (11 March 1915), pp. 211–228.

[8] van der Vaart, H.R., "The Autocatalytic Growth Model: I. Critical Analysis of the Conceptual Framework", Acta Biotheoretica, Vol.18, Nos.1–4, (March 1968), pp. 133–142. doi:10.1007/BF01556724

[9] Peng, Z., Paschek, K., & Xavier, J.C. (2022), "What Wilhelm Ostwald meant by "Autokatalyse" and its Significance to Origins-of-Life Research", BioEssays, Vol.44, No.9, (September 2022), e2200098. doi:10.1002/bies.202200098

[10] Denisov, Evgeny. Hydrocarbon Oxidation. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 2015: 1–33. ISBN 9780471238966. doi:10.1002/0471238961.0825041808150202.a01.pub2.

[11] 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.

[12] Ecology, the Ascendent Perspective”, Robert Ulanowicz, Columbia Univ. Press 1997

[13] Investigations, Stuart Kauffman, Oxford University Press

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

规范控制数据库
各地	德国
学术	AAT