En esterbindning definieras som bindningen mellan en alkoholgrupp (-OH) och en karboxylsyragrupp (-COOH), som bildas genom eliminering av en vattenmolekyl (H 2 O) (Futura-Sciences ,, SF).
Strukturen för etylacetat visas i figur 1. Esterbindningen är den enda bindningen som bildas mellan syre i karboxylsyran och kolet i etanolen.
Figur 1: etylacetatstruktur.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
I figuren motsvarar den blå delen den del av föreningen som kommer från etanol och den gula delen motsvarar ättiksyra. Esterbindningen markeras i den röda cirkeln.
Hydrolys av esterbindningen
För att förstå lite bättre beskaffenheten av esterbindningarna förklaras reaktionsmekanismen för hydrolysen av dessa föreningar. Esterbindningen är relativt svag. I surt eller basiskt medium hydrolyseras det för att bilda alkohol respektive karboxylsyra. Reaktionsmekanismen för hydrolys av estrar är väl studerad.
I basmedium attackerar först nukleofila hydroxider vid den elektrofila C i C = O-estern, bryter n-bindningen och skapar den tetraedrala mellanprodukten.
Sedan kollapsar mellanprodukten, reformerar C = O, vilket resulterar i förlust av den lämnande gruppen, alkoxiden, RO-, vilket leder till karboxylsyran.
Slutligen är en syra / basreaktion en mycket snabb jämvikt där alkoxiden, RO-fungerar som en bas som avprotonerar karboxylsyran, RCO2H, (en syrabehandling skulle göra det möjligt att erhålla karboxylsyran från reaktionen).
Figur 2: hydrolys av esterbindningen i ett basiskt medium.
Mekanismen för hydrolysen av esterbindningen i ett surt medium är lite mer komplicerat. En syra / basreaktion inträffar först, eftersom du bara har en svag nukleofil och en dålig elektrofil behöver du aktivera estern.
Protonationen av karbonylestern gör den mer elektrofil. I det andra steget fungerar syret i vattnet som nukleofilen genom att attackera den elektrofila C vid C = O, med elektronerna som rör sig mot hydroniumjonen, vilket skapar den tetraedrala mellanprodukten.
I det tredje steget inträffar en syra / basreaktion som avskyddar syret som kom från vattenmolekylen för att neutralisera laddningen.
I det fjärde steget inträffar ytterligare en syra / basreaktion. Du måste ta ut -OCH3, men du måste göra det till en bra lämnande grupp genom protonering.
I det femte steget använder de elektroner från ett angränsande syre för att hjälpa till att "skjuta ut" den lämnande gruppen och producera en neutral alkoholmolekyl.
I det sista steget inträffar en syra / basreaktion. Deprotonering av hydroniumjonen avslöjar C = O-karbonylen i karboxylsyraprodukten och regenererar syrakatalysatorn (Dr. Ian Hunt, SF).
Estertyper
Koldioxidester
Koldestrar är de vanligaste av denna typ av föreningar. Den första kolhaltiga estern var etylacetat eller även kallad etyletanoat. Tidigare var denna förening känd som vinägereter, vars namn på tyska är Essig-Äther vars sammandragning härrörde från namnet på denna typ av förening.
Estrar finns i naturen och används ofta inom industrin. Många estrar har karakteristiska fruktlukt, och många är naturligt närvarande i eteriska oljor från växter. Detta har också lett till dess vanliga användning i konstgjorda dofter och dofter när lukter försöker imiteras.
Flera miljarder kilo polyestrar produceras industriellt årligen, viktiga produkter som de är; polyetylentereftalat, akrylatestrar och cellulosaacetat.
Esterbindningen av karboxylsyraestrar är ansvarig för bildandet av triglycerider i levande organismer.
Triglycerider finns i alla celler, men främst i fettvävnad är de den viktigaste energireserv som kroppen har. Triacylglycerider (TAG) är glycerolmolekyler kopplade till tre fettsyror genom en esterbindning. Fettsyrorna som finns i TAG är övervägande mättade (Wilkosz, 2013).
Figur 3: triglycerid bildad av glycerol och tre fettsyror kopplade med en esterbindning.
Triacylglycerider (triglycerider) syntetiseras i praktiskt taget alla celler. Huvudvävnaderna för syntes av TAG är tunntarmen, levern och adipocyter. Förutom tarm och adipocyter börjar TAG-syntesen med glycerol.
Glycerol fosforyleras först med glycerolkinas och sedan aktiveras fettsyror (fett acyl-CoA) som substrat för tillsats av fosfatidinsyra-genererande fettsyror. Fosfatgruppen avlägsnas och den sista fettsyran tillsätts.
Figur 4: förestring av glycerol 3-fosfat för att bilda fosfatidinsyra.
I tunntarmen hydrolyseras dietiska TAG: er för att frisätta fettsyror och monoacylglycerider (MAG) före upptag av enterocyter. Enterocyt MAG fungerar som substrat för acylering i en tvåstegsprocess som producerar en TAG.
Inom fettvävnad finns det inget uttryck för glycerolkinas, så byggstenen för TAG i denna vävnad är den glykolytiska mellanprodukten, dihydroxyacetonfosfat, DHAP.
DHAP reduceras till glycerol-3-fosfat med cytosolisk glycerol-3-fosfatdehydrogenas, och den återstående TAG-syntesreaktionen är densamma som för alla andra vävnader.
Fosforester
Fosforestrar produceras genom bildning av en esterbindning mellan en alkohol och fosforsyra. Med tanke på strukturen för syran kan dessa estrar vara mono, di och trisubstituerade.
Figur 5: strukturen för fosforsyratriestern.
Dessa typer av esterbindningar finns i föreningar såsom fosfolipider, ATP, DNA och RNA.
Fosfolipider syntetiseras genom bildning av en esterbindning mellan en alkohol och fosfatidinsyrafosfat (1,2-diacylglycerol 3-fosfat). De flesta fosfolipider har en mättad fettsyra på C-1 och en omättad fettsyra på C-2 i glycerolskelettet.
De vanligaste tillsatta alkoholerna (serin, etanolamin och kolin) innehåller också kväve som kan laddas positivt, medan glycerol och inositol inte gör det (King, 2017).
Figur 6: struktur av en fosfolipid. Esterbindningen markeras i den röda cirkeln.
Adenosintrifosfat (ATP) är en molekyl som används som energivärde i cellen. Denna molekyl består av en adeninmolekyl kopplad till ribosmolekylen med tre fosfatgrupper (figur 8).
Figur 7: ATP-molekyl. Esterbindningen markeras i den röda cirkeln.
De tre fosfatgrupperna i molekylen kallas gamma (y), beta (p) och Alpha (a), den senare förestrar C-5-hydroxylgruppen av ribos.
Bindningen mellan ribos och a-fosforylgruppen är en fosfoesterbindning eftersom den inkluderar en kolatom och en fosforatom, medan p- och y-fosforylgrupperna i ATP är förbundna med fosfoanhydridbindningar som inte involverar kolatomer. .
Alla fosfoanhydro har betydande kemisk potentiell energi, och ATP är inget undantag. Denna potentiella energi kan användas direkt i biokemiska reaktioner (ATP, 2011).
En fosfodiesterbindning är en kovalent bindning i vilken en fosfatgrupp är bunden till intilliggande kol genom esterbindningar. Bindningen är resultatet av en kondensationsreaktion mellan en hydroxylgrupp av två sockergrupper och en fosfatgrupp.
Diesterbindningen mellan fosforsyra och två sockermolekyler i DNA och ryggrad-RNA kopplar samman två nukleotider för att bilda oligonukleotidpolymerer. Fosfodiesterbindningen kopplar ett 3 'kol till ett 5' kol i DNA och RNA.
(bas1) - (ribos) -OH + HO-P (O) 2-O- (ribos) - (bas 2)
(base1) - (ribos) - O - P (O) 2 - O- (ribos) - (bas 2) + H 2 O
Under reaktionen av två av hydroxylgrupperna i fosforsyra med en hydroxylgrupp i två andra molekyler bildas två esterbindningar i en fosfodiestergrupp. En kondensationsreaktion där en molekyl vatten förloras genererar varje esterbindning.
Under polymerisationen av nukleotider för att bilda nukleinsyror fästes hydroxylgruppen i fosfatgruppen till 3'-kolet i ett socker från en nukleotid för att bilda en esterbindning till fosfatet i en annan nukleotid.
Reaktionen bildar en fosfodiesterbindning och tar bort en vattenmolekyl (bildning av fosfodiestherbindning, SF).
Svavelsyraester
Svavelsyraestrar eller tioestrar är föreningar med den funktionella gruppen RS-CO-R '. De är produkten av förestringen mellan en karboxylsyra och en tiol eller med svavelsyra (Block, 2016).
Figur 8: generisk struktur för en tioester. Esterbindningen markeras i den röda cirkeln.
Inom biokemi är de mest kända tioestrarna derivat av koenzym A, till exempel acetyl-CoA.
Acetylkoenzym A eller acetyl-CoA (figur 8) är en molekyl som deltar i många biokemiska reaktioner. Det är en central molekyl i metabolismen av lipider, proteiner och kolhydrater.
Dess huvudfunktion är att leverera acetylgruppen till citronsyrecykeln (Krebs-cykeln) som ska oxideras för energiproduktion. Det är också föregångarmolekylen för syntesen av fettsyror och är en produkt av nedbrytningen av vissa aminosyror.
Figur 9: strukturen av acetyl CoA.
De CoA-aktiverade fettsyrorna som nämns ovan är andra exempel på tioestrar som har sitt ursprung i muskelcellen. Oxidationen av fettsyra-CoA-tioestrar sker faktiskt i åtskilda vesikulära kroppar som kallas mitokondrier (Thompson, 2015).
referenser
- ATP. (2011, 10 augusti). Återställs från Learnbiochemistry.wordpress: Learnbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 22 april). Organosulfur förening. Hämtad från britannica: britannica.com.
- Ian Hunt. (SF). Hydrolys av estrar. Återställs från chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (SF). Ester bond. Återställs från futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16 mars). Fettsyra, triglycerider och fosfolipidsyntes och metabolism. Återställs från themedicalbiochemistrypage.org.
- bildning av fosfodiestherbindningar. (SF). Återställs från biosyn: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19 augusti). Lipid. Återställd från britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6 november). Bildandet av etsterbindningar i syntesen av lipider. Återställs från wisc-online.com.