Един естерна връзка се определя като връзката между група алкохол (-ОН) и киселинна група на карбоксилна (-СООН), образувана от отстраняването на молекула вода (H 2 O) (Futura-науките,, SF).
Структурата на етилацетата е показана на фигура 1. Естерната връзка е тази единична връзка, която се образува между кислорода на карбоксилната киселина и въглерода от етанола.
Фигура 1: структура на етилацетат.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
На фигурата синята част съответства на частта от съединението, която идва от етанола, а жълтата част съответства на оцетна киселина. Естерната връзка е маркирана в червения кръг.
Хидролиза на естерната връзка
За да се разбере малко по-добре естеството на естерните връзки, е обяснен механизмът на реакция на хидролизата на тези съединения. Естерната връзка е сравнително слаба. В кисела или основна среда, той хидролизира, като съответно образува алкохол и карбоксилна киселина. Реакционният механизъм на хидролизата на естери е добре проучен.
В основна среда нуклеофилните хидроксиди първо атакуват електрофилния С на естер С = О, разрушавайки π връзката и създавайки тетраедричния междинен продукт.
Тогава междинният продукт се разпада, като се реформира С = О, което води до загуба на напускащата група, алкоксида, RO-, което води до карбоксилна киселина.
И накрая, киселинно-алкалната реакция е много бързо равновесие, при което алкоксидът, RO- функционира като основа, която депротонира карбоксилната киселина RCO2H (киселинно третиране би позволило карбоксилната киселина да бъде получена от реакцията).
Фигура 2: хидролиза на естерната връзка в основна среда.
Механизмът на хидролиза на естерната връзка в кисела среда е малко по-сложен. Първо се появява киселинно-алкална реакция, тъй като имате само слаб нуклеофил и лош електрофил, който трябва да активирате естера.
Протонирането на карбониловия естер го прави по-електрофилен. Във втория етап кислородът във водата функционира като нуклеофил, като атакува електрофилния С при С = О, като електроните се движат към хидрониевия йон, създавайки тетраедричния междинен продукт.
На третия етап възниква киселинно-алкална реакция, отнемаща кислорода, който идва от водната молекула, за да неутрализира заряда.
На четвъртия етап възниква друга киселинно-алкална реакция. Трябва да извадите -OCH3, но трябва да го направите добра напускаща група чрез протониране.
В петия етап те използват електрони от съседен кислород, за да помогнат да „изтласкат“ напускащата група, произвеждайки неутрална алкохолна молекула.
В последния етап настъпва киселинно-алкална реакция. Депротонирането на хидрониевия йон разкрива C = O карбонил в продукта на карбоксилната киселина и регенерира киселинния катализатор (д-р Ian Hunt, SF).
Видове естери
Въглероден естер
Въглеродните естери са най-често срещаните от този тип съединения. Първият въглероден естер е етилацетат или наричан още етил етаноат. По-рано това съединение беше известно като оцетен етер, чието име на немски е Essig-ther, чието свиване е получено от името на този тип съединение.
Естерите се срещат в природата и се използват широко в промишлеността. Много естери имат характерни плодови миризми, а много естествено присъстват в етеричните масла на растенията. Това доведе и до честото му използване в изкуствени аромати и аромати, когато миризмите се опитват да бъдат имитирани.
Няколко милиарда килограма полиестери се произвеждат индустриално годишно, важни продукти, каквито са; полиетилен терефталат, акрилатни естери и целулозен ацетат.
Естерната връзка на карбоксилните естери е отговорна за образуването на триглицериди в живите организми.
Триглицеридите се намират във всички клетки, но главно в мастната тъкан, те са основният енергиен резерв, който тялото има. Триацилглицеридите (TAGs) са молекули на глицерол, свързани с три мастни киселини чрез естерна връзка. Мастните киселини, присъстващи в TAGs, са предимно наситени (Wilkosz, 2013).
Фигура 3: триглицерид, образуван от глицерол и три мастни киселини, свързани с естерна връзка.
Триацилглицеридите (триглицеридите) се синтезират на практика във всички клетки. Основните тъкани за синтеза на TAG са тънките черва, черния дроб и адипоцитите. С изключение на червата и адипоцитите, синтезът на TAG започва с глицерол.
Глицеролът се фосфорилира първо с глицерола киназа, а след това активираните мастни киселини (мастни ацил-CoAs) служат като субстрати за добавяне на мастни киселини, генериращи фосфатидна киселина. Фосфатната група се отстранява и се добавя последната мастна киселина.
Фигура 4: естерификация на глицерол 3 фосфат до образуване на фосфатидна киселина.
В тънките черва диетичните TAG се хидролизират, за да освободят мастни киселини и моноацилглицериди (MAG) преди поемането им от ентероцитите. Ентероцитните MAG служат като субстрати за ацилиране в двуетапен процес, който създава TAG.
В мастната тъкан няма експресия на глицерола киназа, така че градивен елемент за TAG в тази тъкан е гликолитичният междинен продукт, дихидроксиацетон фосфат, DHAP.
DHAP се редуцира до глицерол-3-фосфат чрез цитозолна глицерол-3-фосфат дехидрогеназа и останалата реакция на синтез на TAG е същата като за всички останали тъкани.
Фосфорен естер
Фосфорните естери се получават чрез образуване на естерна връзка между алкохол и фосфорна киселина. Като се има предвид структурата на киселината, тези естери могат да бъдат моно, ди и тризаместени.
Фигура 5: структура на тристер на фосфорна киселина.
Тези видове естерни връзки се намират в съединения като фосфолипиди, АТФ, ДНК и РНК.
Фосфолипидите се синтезират чрез образуването на естерна връзка между алкохол и фосфатидна киселина фосфат (1,2-диацилглицерол 3-фосфат). Повечето фосфолипиди имат наситена мастна киселина върху С-1 и ненаситена мастна киселина върху С-2 на гръбначния стълб на глицерола.
Най-често добавените алкохоли (серин, етаноламин и холин) също съдържат азот, който може да бъде положително зареден, докато глицеролът и инозитолът не (King, 2017).
Фигура 6: структура на фосфолипид. Естерната връзка е маркирана в червения кръг.
Аденозин трифосфатът (АТФ) е молекула, която се използва като валута на енергията в клетката. Тази молекула е съставена от аденинова молекула, свързана с молекулата на рибозата с три фосфатни групи (фигура 8).
Фигура 7: ATP молекула. Естерната връзка е маркирана в червения кръг.
Трите фосфатни групи на молекулата се наричат гама (γ), бета (β) и Alpha (α), като последната естерифицира С-5 хидроксилната група на рибозата.
Връзката между рибозата и а-фосфорилната група е фосфоестерна връзка, защото включва въглероден атом и фосфорен атом, докато β- и у-фосфорилните групи в АТФ са свързани с фосфоанхидридни връзки, които не включват въглеродни атоми., Всички фосфоанхидро имат значителна химическа потенциална енергия и ATP не е изключение. Тази потенциална енергия може да се използва директно при биохимични реакции (ATP, 2011).
Фосфодиестерната връзка е ковалентна връзка, в която фосфатна група е прикрепена към съседни въглеродни естерни връзки. Връзката е резултат от реакция на кондензация между хидроксилна група от две захарни групи и фосфатна група.
Диестерната връзка между фосфорната киселина и две захарни молекули в ДНК и гръбначната РНК свързва два нуклеотида заедно, за да образува олигонуклеотидни полимери. Фосфодиестерната връзка свързва 3 'въглерод с 5' въглерод в ДНК и РНК.
(основа 1) - (рибоза) -ОН + HO-P (0) 2-О- (рибоза) - (основа 2)
(основа 1) - (рибоза) - О - Р (О) 2 - О- (рибоза) - (основа 2) + Н 2 О
По време на реакцията на две от хидроксилните групи във фосфорна киселина с хидроксилна група в други две молекули се образуват две естерни връзки във фосфодиестерна група. Реакция на кондензация, при която една молекула вода се губи, генерира всяка естерна връзка.
По време на полимеризацията на нуклеотиди за образуване на нуклеинови киселини, хидроксилната група на фосфатната група се прикрепя към 3 'въглерод на захар от един нуклеотид, за да образува естерна връзка с фосфат на друг нуклеотид.
Реакцията образува фосфодиестерна връзка и отстранява водната молекула (образуване на фосфодиестерна връзка, SF).
Сярен естер
Серните естери или тиоестерите са съединения с функционалната група RS-CO-R '. Те са продукт на естерификацията между карбоксилна киселина и тиол или със сярна киселина (Блок, 2016).
Фигура 8: родова структура на тиоестер. Естерната връзка е маркирана в червения кръг.
В биохимията най-известните тиоестери са производни на коензим А, например, ацетил-КоА.
Ацетил коензим А или ацетил-КоА (Фигура 8) е молекула, която участва в много биохимични реакции. Той е централна молекула в метаболизма на липидите, протеините и въглехидратите.
Основната му функция е да доставя ацетилната група в цикъла на лимонената киселина (цикъл на Кребс), който да се окислява за производството на енергия. Той е и молекулата на предшественика за синтеза на мастни киселини и е продукт на разграждането на някои аминокиселини.
Фигура 9: структура на ацетил CoA.
Споменатите по-горе мастни киселини, активирани от CoA, са други примери за тиоестери, произхождащи от мускулната клетка. Окисляването на мастните киселини-CoA тиоестери всъщност се случва в отделни везикуларни тела, наречени митохондрии (Thompson, 2015).
Препратки
- ATP. (2011 г., 10 август). Възстановени от learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Блок, Е. (2016, 22 април). Органо-сярно съединение. Извлечено от britannica: britannica.com.
- Иън Хънт. (SF). Хидролиза на естери. Възстановени от chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (SF). Естерна връзка. Възстановени от futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16 март). Мастна киселина, триглицериди и фосфолипиден синтез и метаболизъм. Възстановени от тематичнабиохимия страница.org.
- образуване на фосфодиестерна връзка. (SF). Възстановен от biosyn: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19 август). Lipid. Възстановени от britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6 ноември). Образуването на естерни връзки в синтеза на липиди. Възстановени от wisc-online.com.