An bon ester ditakrifkan sebagai ikatan antara kumpulan alkohol (-OH) dan kumpulan asid karboksilik (-COOH), yang dibentuk oleh penghapusan molekul air (H 2 O) (Futura-Sciences ,, SF).
Struktur etil asetat ditunjukkan dalam Rajah 1. Ikatan ester adalah ikatan tunggal yang terbentuk antara oksigen asid karboksilik dan karbon etanol.
Rajah 1: struktur etil asetat.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
Dalam gambar, bahagian biru sesuai dengan bahagian sebatian yang berasal dari etanol dan bahagian kuning sepadan dengan asid asetik. Ikatan ester ditandakan dalam bulatan merah.
Hidrolisis ikatan ester
Untuk memahami dengan lebih baik sifat ikatan ester, mekanisme tindak balas hidrolisis sebatian ini dijelaskan. Ikatan ester agak lemah. Dalam medium berasid atau asas, hidrolisis membentuk alkohol dan asid karboksilik, masing-masing. Mekanisme tindak balas hidrolisis ester dikaji dengan baik.
Dalam medium asas, hidroksida nukleofilik menyerang pertama pada elektrofilik C ester C = O, memecahkan ikatan π dan mewujudkan tetrahedral pertengahan.
Kemudian perantaraan runtuh, mereformasi C = O, mengakibatkan kehilangan kumpulan yang meninggalkan, alkoksida, RO-, yang membawa kepada asid karboksilik.
Akhirnya, tindak balas asid / basa adalah keseimbangan yang sangat cepat di mana alkoksida, RO berfungsi sebagai asas yang mendeprotonasi asid karboksilat, RCO2H, (rawatan asid akan membolehkan asid karboksilat diperoleh daripada tindak balas).
Rajah 2: hidrolisis ikatan ester dalam medium asas.
Mekanisme hidrolisis ikatan ester dalam medium asid sedikit lebih rumit. Reaksi asid / basa berlaku terlebih dahulu, kerana anda hanya mempunyai nukleofil yang lemah dan elektrofil yang lemah, anda perlu mengaktifkan ester.
Protonasi ester karbonil menjadikannya lebih elektrofilik. Pada langkah kedua, oksigen di dalam air berfungsi sebagai nukleofil dengan menyerang elektrofilik C pada C = O, dengan elektron bergerak menuju ion hidronium, mewujudkan tetrahedral pertengahan.
Pada langkah ketiga, reaksi asid / basa berlaku, menurunkan oksigen yang berasal dari molekul air untuk meneutralkan muatan.
Pada langkah keempat, tindak balas asid / basa lain berlaku. Anda perlu mengeluarkan -OCH3, tetapi anda perlu menjadikannya kumpulan meninggalkan yang baik dengan protonasi.
Pada langkah kelima, mereka menggunakan elektron dari oksigen bersebelahan untuk membantu "mengeluarkan" kumpulan yang meninggalkan, menghasilkan molekul alkohol neutral.
Pada langkah terakhir berlaku tindak balas asid / basa. Deprotonasi ion hidronium menunjukkan karbonil C = O dalam produk asid karboksilik dan menjana semula pemangkin asid (Dr. Ian Hunt, SF).
Jenis Ester
Eter karbon
Eter karbon adalah jenis sebatian yang paling biasa. Eter karbonik pertama ialah etil asetat atau disebut juga etil etanoat. Dahulu sebatian ini dikenali sebagai cuka eter, yang namanya dalam bahasa Jerman adalah Essig-Äther yang penguncupannya berasal dari nama sebatian jenis ini.
Ester terdapat di alam semula jadi dan banyak digunakan dalam industri. Banyak ester mempunyai bau buah yang khas, dan banyak terdapat dalam minyak pati tumbuhan. Ini juga menyebabkan penggunaannya biasa dalam aroma dan wangian buatan ketika bau cuba ditiru.
Beberapa bilion poliester dihasilkan perindustrian setiap tahun, produk penting seperti adanya; polietilena terephthalate, ester akrilat dan selulosa asetat.
Ikatan ester ester karboksilik bertanggungjawab untuk pembentukan trigliserida pada organisma hidup.
Trigliserida dijumpai di semua sel, tetapi terutamanya di tisu adiposa, mereka adalah rizab tenaga utama yang dimiliki tubuh. Triacylglycerides (TAG) adalah molekul gliserol yang dihubungkan dengan tiga asid lemak melalui ikatan ester. Asid lemak yang terdapat dalam TAGs kebanyakannya tepu (Wilkosz, 2013).
Gambar 3: trigliserida yang terbentuk oleh gliserol dan tiga asid lemak yang dihubungkan oleh ikatan ester.
Triacylglycerides (trigliserida) disintesis dalam hampir semua sel. Tisu utama untuk sintesis TAG adalah usus kecil, hati, dan adiposit. Kecuali usus dan adiposit, sintesis TAG bermula dengan gliserol.
Gliserol difosforilasi terlebih dahulu dengan gliserol kinase dan kemudian asid lemak aktif (lemak acyl-CoAs) berfungsi sebagai substrat untuk penambahan asid lemak penghasil asid fosfatidik. Kumpulan fosfat dikeluarkan dan asid lemak terakhir ditambahkan.
Gambar 4: esterifikasi gliserol 3 fosfat untuk membentuk asid fosfatidik.
Di usus kecil, TAG diet dihidrolisiskan untuk melepaskan asid lemak dan monoacylglycerides (MAG) sebelum diserap oleh enterosit. Enterocyte MAG berfungsi sebagai substrat untuk asilasi dalam proses dua langkah yang menghasilkan TAG.
Di dalam tisu adiposa tidak terdapat ekspresi gliserol kinase sehingga blok bangunan untuk TAG dalam tisu ini adalah glikolitik perantaraan, dihidroksiaseton fosfat, DHAP.
DHAP diturunkan menjadi gliserol-3-fosfat oleh sitosolik gliserol-3-fosfat dehidrogenase dan tindak balas sintesis TAG yang tersisa adalah sama seperti untuk semua tisu lain.
Ester fosforik
Ester fosforik dihasilkan dengan pembentukan ikatan ester antara alkohol dan asid fosforik. Memandangkan struktur asid, ester ini dapat mono, di dan trisubstituted.
Rajah 5: struktur triester asid fosforik.
Jenis ikatan ester ini terdapat dalam sebatian seperti fosfolipid, ATP, DNA, dan RNA.
Fosfolipid disintesiskan dengan pembentukan ikatan ester antara alkohol dan fosfatidat asid fosfat (1,2-diacylglycerol 3-fosfat). Sebilangan besar fosfolipid mempunyai asid lemak jenuh pada C-1 dan asid lemak tak jenuh pada C-2 tulang belakang gliserol.
Alkohol yang paling banyak ditambahkan (serin, etanolamin, dan kolin) juga mengandungi nitrogen yang dapat dikenakan positif, sementara gliserol dan inositol tidak (King, 2017).
Rajah 6: struktur fosfolipid. Ikatan ester ditandakan dalam bulatan merah.
Adenosine triphosphate (ATP) adalah molekul yang digunakan sebagai mata wang tenaga dalam sel. Molekul ini terdiri daripada molekul adenin yang dihubungkan dengan molekul ribosa dengan tiga kumpulan fosfat (gambar 8).
Rajah 7: Molekul ATP. Ikatan ester ditandakan dalam bulatan merah.
Ketiga-tiga kumpulan fosfat molekul disebut gamma (γ), beta (β) dan Alpha (α), yang terakhir membuat esterifikasi kumpulan hidroksil C-5 ribosa.
Ikatan antara ribosa dan kumpulan α-fosforil adalah ikatan fosforester kerana ia merangkumi atom karbon dan atom fosforus, sementara kumpulan β- dan γ-fosforil dalam ATP dihubungkan oleh ikatan fosfanhidrida yang tidak melibatkan atom karbon. .
Semua phosphoanhydro mempunyai tenaga berpotensi kimia yang besar, dan ATP tidak terkecuali. Tenaga berpotensi ini dapat digunakan secara langsung dalam tindak balas biokimia (ATP, 2011).
Ikatan fosfodiester adalah ikatan kovalen di mana kumpulan fosfat dilampirkan ke karbon berdekatan melalui ikatan ester. Ikatan adalah hasil tindak balas pemeluwapan antara kumpulan hidroksil dua kumpulan gula dan kumpulan fosfat.
Ikatan diester antara asid fosforik dan dua molekul gula dalam DNA dan RNA tulang belakang menghubungkan dua nukleotida bersama untuk membentuk polimer oligonukleotida. Ikatan fosfodiester menghubungkan karbon 3 'ke karbon 5' dalam DNA dan RNA.
(asas1) - (ribosa) -OH + HO-P (O) 2-O- (ribosa) - (asas 2)
(asas1) - (ribosa) - O - P (O) 2 - O- (ribosa) - (asas 2) + H 2 O
Semasa tindak balas dua kumpulan hidroksil dalam asid fosforik dengan kumpulan hidroksil dalam dua molekul lain, dua ikatan ester terbentuk dalam kumpulan fosfodiester. Reaksi pemeluwapan di mana molekul air hilang menghasilkan setiap ikatan ester.
Semasa pempolimeran nukleotida untuk membentuk asid nukleik, kumpulan hidroksil kumpulan fosfat melekat pada karbon 3 ′ gula satu nukleotida untuk membentuk ikatan ester dengan fosfat nukleotida lain.
Tindak balas membentuk ikatan fosfodiester dan menghilangkan molekul air (pembentukan ikatan fosfodiesther, SF).
Ester sulfurik
Ester sulfurik atau thiosester adalah sebatian dengan kumpulan berfungsi RS-CO-R '. Mereka adalah hasil esterifikasi antara asid karboksilat dan thiol atau dengan asid sulfurik (Block, 2016).
Rajah 8: struktur generik thioester. Ikatan ester ditandakan dalam bulatan merah.
Dalam biokimia, thioesters yang paling terkenal adalah turunan koenzim A, misalnya, asetil-CoA.
Asetil koenzim A atau asetil-CoA (Rajah 8) adalah molekul yang mengambil bahagian dalam banyak tindak balas biokimia. Ini adalah molekul utama dalam metabolisme lipid, protein dan karbohidrat.
Fungsi utamanya adalah untuk menyampaikan kumpulan asetil ke kitaran asid sitrik (kitaran Krebs) untuk dioksidakan untuk pengeluaran tenaga. Ia juga merupakan molekul prekursor untuk sintesis asid lemak dan merupakan produk dari penurunan beberapa asid amino.
Rajah 9: struktur asetil CoA.
Asid lemak yang diaktifkan CoA yang disebutkan di atas adalah contoh lain dari thioesters yang berasal dari dalam sel otot. Pengoksidaan thioesters asid lemak-CoA sebenarnya berlaku pada badan vesikular diskrit yang disebut mitokondria (Thompson, 2015).
Rujukan
- ATP. (2011, 10 Ogos). Dipulihkan dari learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 22 April). Sebatian organosulfur. Diperolehi dari britannica: britannica.com.
- Ian Hunt. (SF). Hidrolisis Ester. Dipulihkan dari chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sains ,. (SF). Ikatan Ester. Dipulihkan dari futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16 Mac). Sintesis dan metabolisme asid lemak, trigliserida dan fosfolipid. Dipulihkan dari themedicalbiochemistrypage.org.
- pembentukan ikatan fosfodiesther. (SF). Dipulihkan dari biosyn: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19 Ogos). Lipid. Dipulihkan dari britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6 November). Pembentukan Ikatan Ester dalam Sintesis Lipid. Dipulihkan dari wisc-online.com.