ESTER BOND: VLASTNOSTI A TYPY - CHÉMIA - 2025

Esterovej väzby je definovaná ako väzba medzi alkoholovú skupinu (-OH) a skupiny kyseliny karboxylovej (-COOH), tvorené elimináciou molekuly vody (H ₂ O) (Futura-Sciences ,, SF).

Štruktúra etylacetátu je znázornená na obr. Esterová väzba je taká jednoduchá väzba, ktorá sa tvorí medzi kyslíkom karboxylovej kyseliny a uhlíkom v etanole.

Obrázok 1: Štruktúra etylacetátu.

R-COOH + R'-OH → R-COO-R, + H ₂ O

Na obrázku zodpovedá modrá časť časti zlúčeniny, ktorá pochádza z etanolu, a žltá časť zodpovedá kyseline octovej. Esterová väzba je vyznačená v červenom kruhu.

Hydrolýza esterovej väzby

Na lepšie pochopenie povahy esterových väzieb je vysvetlený reakčný mechanizmus hydrolýzy týchto zlúčenín. Esterová väzba je relatívne slabá. V kyslom alebo zásaditom prostredí hydrolyzuje za vzniku alkoholu a karboxylovej kyseliny. Mechanizmus reakcie hydrolýzy esterov je dobre študovaný.

V základnom médiu nukleofilné hydroxidy najskôr atakujú na elektrofilný C ester C = O, prerušujú väzbu π a vytvárajú tetraedrický medziprodukt.

Potom sa medziprodukt zrúti, čím sa reformuje C = O, čo vedie k strate odstupujúcej skupiny, alkoxidu, RO-, čo vedie ku karboxylovej kyseline.

A nakoniec, reakcia kyselina / báza je veľmi rýchla rovnováha, kde alkoxid, RO- funguje ako báza, ktorá deprotonuje karboxylovú kyselinu, RCO2H, (ošetrenie kyselinou by umožnilo získať karboxylovú kyselinu z reakcie).

Obrázok 2: hydrolýza esterovej väzby v bázickom médiu.

Mechanizmus hydrolýzy esterovej väzby v kyslom prostredí je trochu komplikovanejší. Najskôr sa vyskytne reakcia kyselina / báza, pretože máte iba slabý nukleofil a slabý elektrofil, ktorý potrebujete na aktiváciu esteru.

Vďaka protonácii karbonylesteru je elektrofilnejšia. V druhom kroku funguje kyslík vo vode ako nukleofil, ktorý útočí na elektrofilný C na C = O, pričom elektróny sa pohybujú smerom k iónu hydrónia a vytvárajú tetraedrický medziprodukt.

V treťom kroku dochádza k reakcii kyselina / báza, ktorá odstraňuje chrániaci kyslík, ktorý prišiel z molekuly vody, aby neutralizoval náboj.

V štvrtom kroku nastane ďalšia reakcia kyselina / báza. Musíte dostať -OCH3 von, ale musíte z neho urobiť dobrú odchádzajúcu skupinu pomocou protonácie.

V piatom kroku používajú elektróny zo susedného kyslíka, aby pomohli "vytlačiť" odstupujúcu skupinu a vytvorili neutrálnu molekulu alkoholu.

V poslednom kroku nastane reakcia kyselina / báza. Deprotonácia hydróniového iónu odhaľuje C = O karbonyl v produkte karboxylovej kyseliny a regeneruje kyslý katalyzátor (Dr. Ian Hunt, SF).

Typy esterov

Ester kyseliny uhličitej

Estery uhlíka sú najbežnejšou zlúčeninou tohto typu zlúčenín. Prvý ester kyseliny uhličitej bol etylacetát alebo tiež nazývaný etyletanoát. Doteraz bola táto zlúčenina známa ako ocot éteru, ktorého nemecký názov je Essig-ther, ktorého kontrakcia bola odvodená od názvu tohto typu zlúčeniny.

Estery sa vyskytujú v prírode a bežne sa používajú v priemysle. Mnoho esterov má charakteristické ovocné pachy a mnohé sú prirodzene prítomné v éterických olejoch rastlín. To tiež viedlo k jeho spoločnému použitiu v umelých vôňach a vonných látkach, keď sa zápach snaží napodobniť.

Ročne sa priemyselne vyrába niekoľko miliárd kilogramov polyesterov, čo sú dôležité výrobky tak, ako sú; polyetyléntereftalát, akrylátové estery a acetát celulózy.

Esterová väzba esterov karboxylových kyselín je zodpovedná za tvorbu triglyceridov v živých organizmoch.

Triglyceridy sa nachádzajú vo všetkých bunkách, ale hlavne v tukovom tkanive, ktoré sú hlavnou energetickou rezervou, ktorú má telo. Triacylglyceridy (TAG) sú molekuly glycerolu spojené s tromi mastnými kyselinami prostredníctvom esterovej väzby. Mastné kyseliny prítomné v TAG sú prevažne nasýtené (Wilkosz, 2013).

Obrázok 3: triglycerid tvorený glycerolom a tri mastné kyseliny spojené esterovou väzbou.

Triacylglyceridy (triglyceridy) sa syntetizujú prakticky vo všetkých bunkách. Hlavnými tkanivami pre syntézu TAG sú tenké črevo, pečeň a adipocyty. S výnimkou čreva a adipocytov začína syntéza TAG glycerolom.

Glycerol je fosforylovaný najskôr glycerol kinázou a potom aktivované mastné kyseliny (mastné acyl-CoAs) slúžia ako substráty na pridanie mastných kyselín generujúcich fosfatidovú kyselinu. Fosfátová skupina sa odstráni a pridá sa posledná mastná kyselina.

Obrázok 4: esterifikácia glycerol 3 fosfátu za vzniku kyseliny fosfatidovej.

V tenkom čreve sa dietetické TAG hydrolyzujú, aby sa uvoľnili mastné kyseliny a monoacylglyceridy (MAG) pred absorpciou enterocytmi. Enterocyty MAG slúžia ako substráty pre acyláciu v dvojkrokovom procese, ktorý vytvára TAG.

V tukovom tkanive neexistuje expresia glycerolkinázy, takže stavebným blokom pre TAG v tomto tkanive je glykolytický medziprodukt, dihydroxyacetónfosfát, DHAP.

DHAP je redukovaný na glycerol-3-fosfát cytosolovou glycerol-3-fosfátdehydrogenázou a zostávajúca reakcia syntézy TAG je rovnaká ako pre všetky ostatné tkanivá.

Ester kyseliny fosforečnej

Estery kyseliny fosforečnej sa vyrábajú tvorbou esterovej väzby medzi alkoholom a kyselinou fosforečnou. Vzhľadom na štruktúru kyseliny môžu byť tieto estery mono, di a trisubstituované.

Obrázok 5: Štruktúra triesteru kyseliny fosforečnej.

Tieto typy esterových väzieb sa nachádzajú v zlúčeninách, ako sú fosfolipidy, ATP, DNA a RNA.

Fosfolipidy sa syntetizujú tvorbou esterovej väzby medzi alkoholom a fosfátom kyseliny fosfatidovej (1,2-diacylglycerol 3-fosfát). Väčšina fosfolipidov má nasýtenú mastnú kyselinu na C-1 a nenasýtenú mastnú kyselinu na C-2 glycerolového hlavného reťazca.

Najbežnejšie pridávané alkoholy (serín, etanolamín a cholín) tiež obsahujú dusík, ktorý môže byť kladne nabitý, zatiaľ čo glycerol a inozitol nie (King, 2017).

Obrázok 6: Štruktúra fosfolipidu. Esterová väzba je vyznačená v červenom kruhu.

Adenozíntrifosfát (ATP) je molekula, ktorá sa používa ako mena energie v bunke. Táto molekula sa skladá z molekuly adenínu spojenej s molekulou ribózy tromi fosfátovými skupinami (obrázok 8).

Obrázok 7: ATP molekula. Esterová väzba je vyznačená v červenom kruhu.

Tri fosfátové skupiny molekuly sa nazývajú gama (y), beta (P) a alfa (a), pričom posledná uvedená esterifikuje C-5 hydroxylovú skupinu ribózy.

Väzba medzi ribózou a a-fosforylovou skupinou je fosfoesterová väzba, pretože obsahuje atóm uhlíka a atóm fosforu, zatiaľ čo p- a y-fosforylové skupiny v ATP sú spojené fosfoanhydridovými väzbami, ktoré neobsahujú atómy uhlíka. ,

Všetky fosfoanhydroxyany majú značnú chemickú potenciálnu energiu a ATP nie je výnimkou. Táto potenciálna energia môže byť použitá priamo v biochemických reakciách (ATP, 2011).

Fosfodiesterová väzba je kovalentná väzba, v ktorej je fosfátová skupina pripojená k susedným atómom uhlíka prostredníctvom esterových väzieb. Väzba je výsledkom kondenzačnej reakcie medzi hydroxylovou skupinou dvoch cukrových skupín a fosfátovou skupinou.

Diesterová väzba medzi kyselinou fosforečnou a dvoma molekulami cukru v DNA a kostrovej RNA spája dva nukleotidy dohromady za vzniku oligonukleotidových polymérov. Fosfodiesterová väzba spája 3 'uhlík s 5' uhlík v DNA a RNA.

(báza 1) - (ribóza) -OH + HO-P (0) 2-0- (ribóza) - (základ 2)

(Base1) - (ribóza) - O - P (O) 2 - O- (ribóza) - (báza 2) + H ₂ O

Počas reakcie dvoch hydroxylových skupín v kyseline fosforečnej s hydroxylovou skupinou v ďalších dvoch molekulách sa vo fosfodiesterovej skupine tvoria dve esterové väzby. Kondenzačná reakcia, pri ktorej sa stratí jedna molekula vody, generuje každú esterovú väzbu.

Počas polymerizácie nukleotidov za vzniku nukleových kyselín sa hydroxylová skupina fosfátovej skupiny viaže na 3 'uhlík cukru jedného nukleotidu za vzniku esterovej väzby k fosfátu iného nukleotidu.

Reakcia vytvára fosfodiesterovú väzbu a odstraňuje molekulu vody (tvorba fosfodiesterovej väzby, SF).

Ester síry

Estery kyseliny sírovej alebo tioestery sú zlúčeniny s funkčnou skupinou RS-CO-R '. Sú produktom esterifikácie medzi karboxylovou kyselinou a tiolom alebo kyselinou sírovou (blok, 2016).

Obrázok 8: všeobecná štruktúra tioesteru. Esterová väzba je vyznačená v červenom kruhu.

V biochémii sú najznámejšími tioestermi deriváty koenzýmu A, napríklad acetyl-CoA.

Acetyl koenzým A alebo acetyl-CoA (obrázok 8) je molekula, ktorá sa podieľa na mnohých biochemických reakciách. Je to centrálna molekula v metabolizme lipidov, proteínov a uhľohydrátov.

Jeho hlavnou funkciou je dodávať acetylovú skupinu do cyklu kyseliny citrónovej (Krebsov cyklus), ktorý sa má oxidovať na výrobu energie. Je tiež prekurzorovou molekulou pre syntézu mastných kyselín a je produktom degradácie niektorých aminokyselín.

Obrázok 9: Štruktúra acetyl CoA.

Vyššie uvedené mastné kyseliny aktivované CoA sú ďalšími príkladmi tioesterov pochádzajúcich zo svalovej bunky. K oxidácii tioesterov mastných kyselín a CoA skutočne dochádza v diskrétnych vezikulárnych telieskach nazývaných mitochondria (Thompson, 2015).

Referencie

1. ATP. (2011, 10. augusta). Obnovené zo stránky learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
2. Block, E. (2016, 22. apríla). Organické zlúčeniny síry. Zdroj: britannica: britannica.com.
3. Ian Hunt. (SF). Hydrolýza esterov. Získané z chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
4. Futura-Sciences,. (SF). Esterová väzba. Získané z futura-sciences.us.
5. King, MW (2017, 16. marca). Syntéza a metabolizmus mastných kyselín, triglyceridov a fosfolipidov. Získané z themedicalbiochemistrypage.org.
6. tvorba fosfodiesterovej väzby. (SF). Získané z biosyn: biosyn.com.
7. Thompson, TE (2015, 19. augusta). Lipidov. Obnovené z britannica: britannica.com.
8. Wilkosz, R. (2013, 6. novembra). Tvorba esterových väzieb v syntéze lipidov. Získané z wisc-online.com.