Eine Esterbindung ist definiert als die Bindung zwischen einer Alkoholgruppe (-OH) und einer Carbonsäuregruppe (-COOH), die durch Eliminierung eines Wassermoleküls (H 2 O) (Futura-Sciences ,, SF) gebildet wird.
Die Struktur von Ethylacetat ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Esterbindung ist die Einfachbindung, die sich zwischen dem Sauerstoff der Carbonsäure und dem Kohlenstoff des Ethanols bildet.
Abbildung 1: Struktur von Ethylacetat.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O.
In der Figur entspricht der blaue Teil dem Teil der Verbindung, der aus Ethanol stammt, und der gelbe Teil entspricht Essigsäure. Die Esterbindung ist im roten Kreis markiert.
Hydrolyse der Esterbindung
Um die Natur der Esterbindungen etwas besser zu verstehen, wird der Reaktionsmechanismus der Hydrolyse dieser Verbindungen erklärt. Die Esterbindung ist relativ schwach. In einem sauren oder basischen Medium hydrolysiert es unter Bildung von Alkohol bzw. Carbonsäure. Der Reaktionsmechanismus der Hydrolyse von Estern ist gut untersucht.
In basischem Medium greifen nukleophile Hydroxide zuerst das elektrophile C des C = O-Esters an, brechen die π-Bindung und bilden das tetraedrische Intermediat.
Dann kollabiert das Zwischenprodukt und reformiert das C = O, was zum Verlust der Abgangsgruppe, des Alkoxids RO-, führt, das zur Carbonsäure führt.
Schließlich ist eine Säure / Base-Reaktion ein sehr schnelles Gleichgewicht, bei dem das Alkoxid RO- als Base fungiert, die die Carbonsäure RCO2H deprotoniert (eine Säurebehandlung würde es ermöglichen, die Carbonsäure aus der Reaktion zu erhalten).
Abbildung 2: Hydrolyse der Esterbindung in einem basischen Medium.
Der Mechanismus der Hydrolyse der Esterbindung in einem sauren Medium ist etwas komplizierter. Zuerst tritt eine Säure / Base-Reaktion auf, da Sie nur ein schwaches Nucleophil und ein schlechtes Elektrophil haben, um den Ester zu aktivieren.
Die Protonierung des Carbonylesters macht ihn elektrophiler. Im zweiten Schritt fungiert der Sauerstoff im Wasser als Nucleophil, indem er das elektrophile C bei C = O angreift, wobei sich die Elektronen in Richtung des Hydroniumions bewegen und das tetraedrische Zwischenprodukt bilden.
Im dritten Schritt findet eine Säure / Base-Reaktion statt, bei der der vom Wassermolekül kommende Sauerstoff abgebaut wird, um die Ladung zu neutralisieren.
Im vierten Schritt findet eine weitere Säure / Base-Reaktion statt. Sie müssen das -OCH3 herausholen, aber Sie müssen es durch Protonierung zu einer guten Abgangsgruppe machen.
Im fünften Schritt verwenden sie Elektronen aus einem benachbarten Sauerstoff, um die Abgangsgruppe "herauszudrücken" und ein neutrales Alkoholmolekül zu produzieren.
Im letzten Schritt findet eine Säure / Base-Reaktion statt. Die Deprotonierung des Hydroniumions zeigt das C = O-Carbonyl im Carbonsäureprodukt und regeneriert den Säurekatalysator (Dr. Ian Hunt, SF).
Estertypen
Kohlensäureester
Kohlensäureester sind die am häufigsten verwendeten Verbindungen dieser Art. Der erste Kohlensäureester war Ethylacetat oder auch Ethylethanoat genannt. Früher war diese Verbindung als Essigether bekannt, dessen Name auf Deutsch Essig-Äther ist, dessen Kontraktion vom Namen dieser Art von Verbindung abgeleitet wurde.
Ester kommen in der Natur vor und sind in der Industrie weit verbreitet. Viele Ester haben charakteristische Fruchtgerüche und viele sind natürlich in den ätherischen Ölen von Pflanzen enthalten. Dies hat auch zu seiner häufigen Verwendung in künstlichen Düften und Düften geführt, wenn Gerüche nachgeahmt werden sollen.
Jährlich werden mehrere Milliarden Kilogramm Polyester industriell hergestellt, wichtige Produkte wie sie sind; Polyethylenterephthalat, Acrylatester und Celluloseacetat.
Die Esterbindung von Carbonsäureestern ist für die Bildung von Triglyceriden in lebenden Organismen verantwortlich.
Triglyceride kommen in allen Zellen vor, aber hauptsächlich im Fettgewebe. Sie sind die Hauptenergiereserve des Körpers. Triacylglyceride (TAGs) sind Glycerinmoleküle, die über eine Esterbindung an drei Fettsäuren gebunden sind. Die in TAGs vorhandenen Fettsäuren sind überwiegend gesättigt (Wilkosz, 2013).
Abbildung 3: Triglycerid aus Glycerin und drei durch eine Esterbindung verbundenen Fettsäuren.
Triacylglyceride (Triglyceride) werden in praktisch allen Zellen synthetisiert. Die Hauptgewebe für die Synthese von TAG sind Dünndarm, Leber und Adipozyten. Mit Ausnahme des Darms und der Adipozyten beginnt die TAG-Synthese mit Glycerin.
Glycerin wird zuerst mit Glycerinkinase phosphoryliert und dann dienen aktivierte Fettsäuren (Fettacyl-CoAs) als Substrate für die Zugabe von Phosphatidsäure erzeugenden Fettsäuren. Die Phosphatgruppe wird entfernt und die letzte Fettsäure hinzugefügt.
4: Veresterung von Glycerin-3-phosphat unter Bildung von Phosphatidsäure.
Im Dünndarm werden diätetische TAGs hydrolysiert, um Fettsäuren und Monoacylglyceride (MAG) freizusetzen, bevor sie von Enterozyten aufgenommen werden. Enterozyten-MAGs dienen als Substrate für die Acylierung in einem zweistufigen Prozess, der ein TAG erzeugt.
Innerhalb des Fettgewebes gibt es keine Expression von Glycerinkinase, so dass der Baustein für TAG in diesem Gewebe das glykolytische Zwischenprodukt Dihydroxyacetonphosphat DHAP ist.
DHAP wird durch cytosolische Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase zu Glycerin-3-phosphat reduziert, und die verbleibende TAG-Synthesereaktion ist dieselbe wie für alle anderen Gewebe.
Phosphorsäureester
Phosphorsäureester entstehen durch Bildung einer Esterbindung zwischen Alkohol und Phosphorsäure. Aufgrund der Struktur der Säure können diese Ester mono-, di- und trisubstituiert sein.
Abbildung 5: Struktur des Phosphorsäuretriesters.
Diese Arten von Esterbindungen finden sich in Verbindungen wie Phospholipiden, ATP, DNA und RNA.
Phospholipide werden durch Bildung einer Esterbindung zwischen einem Alkohol und Phosphatidsäurephosphat (1,2-Diacylglycerin-3-phosphat) synthetisiert. Die meisten Phospholipide haben eine gesättigte Fettsäure an C-1 und eine ungesättigte Fettsäure an C-2 des Glyceringerüsts.
Die am häufigsten zugesetzten Alkohole (Serin, Ethanolamin und Cholin) enthalten auch Stickstoff, der positiv geladen werden kann, Glycerin und Inosit hingegen nicht (King, 2017).
Abbildung 6: Struktur eines Phospholipids. Die Esterbindung ist im roten Kreis markiert.
Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Molekül, das als Energiewährung in der Zelle verwendet wird. Dieses Molekül besteht aus einem Adeninmolekül, das mit drei Phosphatgruppen an das Ribosemolekül gebunden ist (Abbildung 8).
7: ATP-Molekül. Die Esterbindung ist im roten Kreis markiert.
Die drei Phosphatgruppen des Moleküls werden als Gamma (γ), Beta (β) und Alpha (α) bezeichnet, wobei letztere die C-5-Hydroxylgruppe der Ribose verestern.
Die Bindung zwischen Ribose und der α-Phosphorylgruppe ist eine Phosphoesterbindung, da sie ein Kohlenstoffatom und ein Phosphoratom enthält, während die β- und γ-Phosphorylgruppen in ATP durch Phosphoanhydridbindungen verbunden sind, an denen keine Kohlenstoffatome beteiligt sind. .
Alle Phosphoanhydro haben ein beträchtliches chemisches Energiepotential, und ATP ist keine Ausnahme. Diese potentielle Energie kann direkt in biochemischen Reaktionen genutzt werden (ATP, 2011).
Eine Phosphodiesterbindung ist eine kovalente Bindung, bei der eine Phosphatgruppe über Esterbindungen an benachbarte Kohlenstoffe gebunden ist. Die Bindung ist das Ergebnis einer Kondensationsreaktion zwischen einer Hydroxylgruppe zweier Zuckergruppen und einer Phosphatgruppe.
Die Diesterbindung zwischen Phosphorsäure und zwei Zuckermolekülen in DNA und Rückgrat-RNA verbindet zwei Nukleotide miteinander, um Oligonukleotidpolymere zu bilden. Die Phosphodiesterbindung verbindet einen 3'-Kohlenstoff mit einem 5'-Kohlenstoff in DNA und RNA.
(Base 1) - (Ribose) -OH + HO-P (O) 2-O- (Ribose) - (Base 2)
(Base1) - (Ribose) - O - P (O) 2 - O- (Ribose) - (Base 2) + H 2 O.
Während der Reaktion von zwei der Hydroxylgruppen in Phosphorsäure mit einer Hydroxylgruppe in zwei anderen Molekülen werden zwei Esterbindungen in einer Phosphodiestergruppe gebildet. Eine Kondensationsreaktion, bei der ein Molekül Wasser verloren geht, erzeugt jede Esterbindung.
Während der Polymerisation von Nukleotiden unter Bildung von Nukleinsäuren bindet sich die Hydroxylgruppe der Phosphatgruppe an den 3'-Kohlenstoff eines Zuckers eines Nukleotids, um eine Esterbindung an das Phosphat eines anderen Nukleotids zu bilden.
Die Reaktion bildet eine Phosphodiesterbindung und entfernt ein Wassermolekül (Phosphodiesther-Bindungsbildung, SF).
Schwefelester
Schwefelsäureester oder Thioester sind Verbindungen mit der funktionellen Gruppe RS-CO-R '. Sie sind das Produkt der Veresterung zwischen einer Carbonsäure und einem Thiol oder mit Schwefelsäure (Block, 2016).
Abbildung 8: Generische Struktur eines Thioesters. Die Esterbindung ist im roten Kreis markiert.
In der Biochemie sind die bekanntesten Thioester Derivate von Coenzym A, beispielsweise Acetyl-CoA.
Acetyl-Coenzym A oder Acetyl-CoA (Abbildung 8) ist ein Molekül, das an vielen biochemischen Reaktionen beteiligt ist. Es ist ein zentrales Molekül im Stoffwechsel von Lipiden, Proteinen und Kohlenhydraten.
Seine Hauptfunktion besteht darin, die Acetylgruppe dem Zitronensäurezyklus (Krebszyklus) zuzuführen, der zur Energieerzeugung oxidiert werden soll. Es ist auch das Vorläufermolekül für die Synthese von Fettsäuren und ist ein Produkt des Abbaus einiger Aminosäuren.
9: Struktur von Acetyl-CoA.
Die oben erwähnten CoA-aktivierten Fettsäuren sind andere Beispiele für Thioester, die aus der Muskelzelle stammen. Die Oxidation von Fettsäure-CoA-Thioestern findet tatsächlich in diskreten vesikulären Körpern statt, die als Mitochondrien bezeichnet werden (Thompson, 2015).
Verweise
- ATP. (2011, 10. August). Von learnbiochemistry.wordpress wiederhergestellt: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 22. April). Organoschwefelverbindung. Von britannica abgerufen: britannica.com.
- Ian Hunt. (SF). Hydrolyse von Estern. Von chem.ucalgary.ca wiederhergestellt: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Wissenschaften ,. (SF). Esterbindung. Von futura-sciences.us wiederhergestellt.
- King, MW (2017, 16. März). Synthese und Metabolismus von Fettsäuren, Triglyceriden und Phospholipiden. Von topicicalbiochemistrypage.org wiederhergestellt.
- Phosphodiesther-Bindungsbildung. (SF). Von biosyn wiederhergestellt: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19. August). Lipid. Von britannica wiederhergestellt: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6. November). Die Bildung von Esterbindungen bei der Synthese von Lipiden. Von wisc-online.com wiederhergestellt.