Esterska veza je definiran kao veza između alkoholne skupine (-OH) i karboksilne kiseline (-COOH) grupu, formirana eliminaciju molekule vode (H 2 O) (Futura-Sciences,, SF).
Struktura etil acetata prikazana je na slici 1. Esterska veza je ona jednostruka veza koja tvori između kisika karboksilne kiseline i ugljika etanola.
Slika 1: struktura etil acetata.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R „+ H 2 O
Na slici, plavi dio odgovara dijelu spoja koji dolazi iz etanola, a žuti dio octenoj kiselini. Esterska veza označena je crvenim krugom.
Hidroliza esterske veze
Da bismo malo bolje razumjeli prirodu esterskih veza, objašnjen je reakcijski mehanizam hidrolize ovih spojeva. Veza estera je relativno slaba. U kiselom ili bazičnom mediju hidrolizira se, stvarajući alkohol, odnosno karboksilnu kiselinu. Mehanizam reakcije hidrolize estera je dobro proučen.
U osnovnom mediju nukleofilni hidroksidi prvo napadaju elektrofilni C estera C = O, razbijajući π vezu i stvarajući tetraedarski intermedijer.
Tada se međuprodukt raspada, reformirajući C = O, što rezultira gubitkom odlazeće skupine, alkoksida, RO-, što dovodi do karboksilne kiseline.
Konačno, kiselo-bazna reakcija je vrlo brza ravnoteža gdje alkoksid, RO- djeluje kao baza koja deprotona de kartoninu karboksilnu kiselinu, RCO2H, (kiselinski tretman omogućio bi dobivanje karboksilne kiseline iz reakcije).
Slika 2: hidroliza esterske veze u bazičnom mediju.
Mehanizam hidrolize esterskih veza u kiselom mediju je malo složeniji. Prvo nastaje kisela / bazična reakcija, budući da imate samo slab nukleofil i loš elektrofil koji trebate aktivirati ester.
Protonacija karbonilnog estera čini ga više elektrofilnim. U drugom koraku kisik u vodi djeluje kao nukleofil napadajući elektrofilni C na C = O, pri čemu se elektroni kreću prema hidronijevom ionu, stvarajući tetraedarski intermedijer.
U trećem koraku dolazi do kiselo-bazne reakcije koja uklanja uklanjanje kisika koji dolazi iz molekule vode radi neutralizacije naboja.
U četvrtom koraku dolazi do još jedne reakcije kiselina / baza. Trebate izvaditi -OCH3, ali morate to učiniti dobrom odlazećom grupom protoniranjem.
U petom koraku, oni koriste elektrone iz susjednog kisika da pomognu "izbaciti" odlazeću skupinu, proizvodeći neutralnu molekulu alkohola.
U posljednjem koraku dolazi do kiselo-bazne reakcije. Deprotoniranje hidronijevog iona otkriva C = O karbonil u proizvodu karboksilne kiseline i obnavlja kiselinski katalizator (Dr. Ian Hunt, SF).
Tipovi estera
Karbonski ester
Ugljični esteri su najčešći u ovoj vrsti spoja. Prvi karbonski ester bio je etil acetat ili također nazvan etil etanoat. Ranije je ovaj spoj bio poznat kao eter octa, čije je ime na njemačkom jeziku Essig-ther, čija je kontrakcija izvedena iz naziva ove vrste spoja.
Esteri se nalaze u prirodi i naširoko se koriste u industriji. Mnogi esteri imaju karakteristične mirise po voću, a mnogi su prirodno prisutni u eteričnim uljima biljaka. To je također dovelo do njegove uobičajene uporabe u umjetnim mirisima i mirisima kada se mirisi pokušavaju oponašati.
Nekoliko milijardi kilograma poliestera godišnje se proizvodi industrijski, važni proizvodi kakvi jesu; polietilen tereftalat, esteri akrilata i celulozni acetat.
Esterska veza karboksilnih estera odgovorna je za stvaranje triglicerida u živim organizmima.
Trigliceridi se nalaze u svim stanicama, ali uglavnom u masnom tkivu, oni su glavna energetska rezerva koju tijelo ima. Triacilgliceridi (TAGs) su molekule glicerola povezane s tri masne kiseline putem esterske veze. Masne kiseline prisutne u TAG-ima pretežno su zasićene (Wilkosz, 2013).
Slika 3: trigliceridi formirani glicerolom i tri masne kiseline povezane esterskom vezom.
Triacilgliceridi (trigliceridi) sintetiziraju se u praktično svim stanicama. Glavna tkiva za sintezu TAG-a su tanko crijevo, jetra i adipociti. Osim crijeva i adipocita, TAG sinteza započinje glicerolom.
Glicerol se prvo fosforilira s glicerol kinazom, a zatim aktivirane masne kiseline (masni acil-CoAs) služe kao supstrati za dodavanje masnih kiselina koje stvaraju fosfatidnu kiselinu. Uklonjena je fosfatna skupina i dodana je posljednja masna kiselina.
Slika 4: esterifikacija fosfata glicerola 3 radi stvaranja fosfatidne kiseline.
U tankom crijevu dijetalni TAG se hidroliziraju kako bi se oslobodili masne kiseline i monoacilgliceridi (MAG) prije unosa enterocitima. Enterocitni MAG služe kao supstrati za acilaciju u postupku u dva koraka koji stvara TAG.
U masnom tkivu ne dolazi do izražaja glicerol kinaze, pa je građevni blok TAG-a u ovom tkivu glikolitički intermedijar, dihidroksiaceton fosfat, DHAP.
DHAP se reducira u glicerol-3-fosfat citosolnom glicerol-3-fosfat dehidrogenazom, a preostala reakcija TAG sinteze je ista kao i za sva ostala tkiva.
Fosforni ester
Fosforni esteri nastaju formiranjem esterske veze između alkohola i fosforne kiseline. S obzirom na strukturu kiseline, ti esteri mogu biti mono, di i trisupstituirani.
Slika 5: struktura pokušaja fosforne kiseline.
Ove vrste esterskih veza nalaze se u spojevima kao što su fosfolipidi, ATP, DNA i RNA.
Fosfolipidi se sintetiziraju formiranjem esterske veze između fosfata alkohola i fosfatidne kiseline (1,2-diacilglicerol 3-fosfat). Većina fosfolipida ima zasićene masne kiseline na C-1 i nezasićene masne kiseline na C-2 okosnice glicerola.
Najčešće dodani alkoholi (serin, etanolamin i holin) također sadrže dušik koji se može pozitivno nabiti, dok glicerol i inozitol ne (King, 2017).
Slika 6: struktura fosfolipida. Esterska veza označena je crvenim krugom.
Adenozin trifosfat (ATP) je molekula koja se koristi kao valuta energije u stanici. Ova se molekula sastoji od molekule adenina povezane s molekulom riboze s tri fosfatne skupine (slika 8).
Slika 7: molekula ATP-a. Esterska veza označena je crvenim krugom.
Tri fosfatne skupine molekule nazivaju se gama (γ), beta (β) i Alpha (α), koje posljednje esterificiraju C-5 hidroksilnu skupinu riboze.
Veza između riboze i α-fosforilne skupine je fosfoesterska veza jer uključuje atom ugljika i atom fosfora, dok su β- i γ-fosforilne skupine u ATP-u povezane fosfoanhidridnim vezama koje ne uključuju ugljikove atome., Svi fosfoanhidro imaju značajnu kemijsku potencijalnu energiju, a ATP nije iznimka. Ta se potencijalna energija može izravno koristiti u biokemijskim reakcijama (ATP, 2011).
Fosfodiesterska veza je kovalentna veza u kojoj je fosfatna skupina spojena na susjedne ugljike preko esterskih veza. Veza je rezultat reakcije kondenzacije između hidroksilne skupine dviju šećernih skupina i fosfatne skupine.
Diesterska veza između fosforne kiseline i dvije molekule šećera u DNK i okosničkoj RNA povezuje dva nukleotida zajedno kako bi tvorili oligonukleotidne polimere. Fosfodiesterska veza povezuje 3 'ugljik s 5' ugljika u DNK i RNA.
(baza 1) - (riboza) -OH + HO-P (O) 2-O- (riboza) - (baza 2)
(baza 1) - (riboza) - O - P (O) 2 - O- (riboza) - (baza 2) + H 2 O
Tijekom reakcije dviju hidroksilnih skupina u fosfornoj kiselini s hidroksilnom skupinom u dvije druge molekule formiraju se dvije esterske veze u fosfodiesterskoj skupini. Kondenzacijska reakcija u kojoj se gubi jedna molekula vode stvara svaku estersku vezu.
Tijekom polimerizacije nukleotida kako bi se formirale nukleinske kiseline, hidroksilna skupina fosfatne skupine veže se na 3 'ugljik šećera jednog nukleotida da tvori estersku vezu s fosfatom drugog nukleotida.
Reakcija formira fosfodiestersku vezu i uklanja molekulu vode (formiranje fosfodiestera veze, SF).
Sumporni ester
Sumporni esteri ili tioesteri spojevi su funkcionalne skupine RS-CO-R '. Oni su produkt esterifikacije između karboksilne kiseline i tiola ili sumporne kiseline (Block, 2016).
Slika 8: generička struktura tioestera. Esterska veza označena je crvenim krugom.
U biokemiji su najpoznatiji tioesteri derivati koenzima A, na primjer, acetil-CoA.
Acetil koenzim A ili acetil-CoA (slika 8) je molekula koja sudjeluje u mnogim biokemijskim reakcijama. Središnja je molekula u metabolizmu lipida, proteina i ugljikohidrata.
Njegova glavna funkcija je isporuka acetilne skupine u ciklus limunske kiseline (Krebsov ciklus) koji će se oksidirati za proizvodnju energije. Molekula je i prekursor za sintezu masnih kiselina i produkt je razgradnje nekih aminokiselina.
Slika 9: struktura acetil CoA.
Spomenute CoA aktivirane masne kiseline su drugi primjeri tioestera koji potječu iz mišićne stanice. Oksidacija tioestera masne kiseline-CoA zapravo se događa u diskretnim vezikularnim tijelima koja se nazivaju mitohondrija (Thompson, 2015).
Reference
- ATP. (2011., 10. kolovoza). Oporavak od learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Blok, E. (2016, 22. travnja). Organo sumporni spoj. Preuzeto s britannica: britannica.com.
- Ian Hunt (SF). Hidroliza estera. Oporavak od chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (SF). Ester veza. Oporavak od futura-sciences.us.
- King, MW (2017., 16. ožujka). Sinteza i metabolizam masne kiseline, triglicerida i fosfolipida. Oporavak s tematske biokemije stranice.org.
- formiranje fosfodijera. (SF). Oporavak od biosyna: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19. kolovoza). Lipida. Oporavak od britannice: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6. studenog). Stvaranje estranskih veza u sintezi lipida. Oporavak od wisc-online.com.