O legătură ester este definită ca legătura dintre un grup de alcool (-OH) și o grupă de acid carboxilic (-COOH), format prin eliminarea unei molecule de apă (H 2 O) (Futura-Sciences ,, SF).
Structura acetatului de etil este prezentată în Figura 1. Legătura ester este acea legătură unică care se formează între oxigenul acidului carboxilic și carbonul etanolului.
Figura 1: structura acetatului de etil.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R „+ H 2 O
În figură, partea albastră corespunde părții compusului care provine din etanol, iar partea galbenă corespunde acidului acetic. Legătura esterică este marcată în cercul roșu.
Hidroliza legăturii esterice
Pentru a înțelege puțin mai bine natura legăturilor esterice, este explicat mecanismul de reacție al hidrolizei acestor compuși. Legătura esterică este relativ slabă. Într-un mediu acid sau bazic, hidrolizează pentru a forma alcool și respectiv carboxiil. Mecanismul de reacție al hidrolizei esterilor este bine studiat.
În mediu de bază, hidroxizii nucleofili atacă prima dată la C electrofilă a esterului C = O, rupând legătura π și creând intermediarul tetraedric.
Apoi intermediarul se prăbușește, reformând C = O, ceea ce duce la pierderea grupului care lasă, alcoxidul, RO-, care duce la acidul carboxilic.
În cele din urmă, o reacție acid / bazică este un echilibru foarte rapid în care alcoxidul, RO- funcționează ca o bază care deprotonează acidul carboxilic, RCO2H, (un tratament cu acid ar permite obținerea acidului carboxilic din reacție).
Figura 2: hidroliza legăturii esterice într-un mediu de bază.
Mecanismul hidrolizei legăturii esterice într-un mediu acid este puțin mai complicat. Mai întâi apare o reacție acid / de bază, deoarece aveți doar un nucleofil slab și un electrofil sărac pentru a activa esterul.
Protonarea esterului carbonil îl face mai electrofil. În a doua etapă, oxigenul din apă funcționează ca nucleofil prin atacarea C electrofil la C = O, cu electronii care se deplasează spre ionul de hidroniu, creând intermediarul tetraedric.
În a treia etapă, are loc o reacție acid / bază, deprotejând oxigenul care a provenit din molecula de apă pentru a neutraliza sarcina.
În a patra etapă, apare o altă reacție acid / bază. Trebuie să scoți -OCH3 afară, dar trebuie să-l faci un grup bine părăsit prin protonare.
În a cincea etapă, aceștia folosesc electroni dintr-un oxigen adiacent pentru a ajuta la „împingerea” grupului care iese, producând o moleculă neutră de alcool.
În ultima etapă are loc o reacție acid / bazică. Deprotonarea ionului de hidroniu dezvăluie carbonilul C = O în produsul acid carboxilic și regenerează catalizatorul acid (Dr. Ian Hunt, SF).
Tipuri de ester
Ester carbonic
Esterii carbonici sunt cei mai frecventi dintre acest tip de compus. Primul ester carbonic a fost acetatul de etil sau numit și etanato de etil. Fostul compus a fost cunoscut sub numele de eter de oțet, al cărui nume în limba germană este Essig-Äther a cărui contracție a fost derivată de la numele acestui tip de compus.
Esterii se găsesc în natură și sunt utilizați pe scară largă în industrie. Mulți esteri au mirosuri de fructe caracteristice, iar mulți sunt prezenți în mod natural în uleiurile esențiale ale plantelor. Acest lucru a dus, de asemenea, la utilizarea sa obișnuită în aromele și parfumurile artificiale atunci când mirosurile încearcă să fie imitate.
Câteva miliarde de kilograme de poliesteri sunt produși industrial anual, produse importante așa cum sunt; polietilen tereftalat, esteri acrilat și acetat de celuloză.
Legătura esterică a esterilor carboxilici este responsabilă pentru formarea trigliceridelor în organismele vii.
Trigliceridele se găsesc în toate celulele, dar în principal în țesutul adipos, sunt principala rezervă de energie pe care organismul o are. Triacilgliceridele (TAGs) sunt molecule de glicerol legate la trei acizi grași printr-o legătură esterică. Acizii grași prezenți în TAG-uri sunt predominant saturați (Wilkosz, 2013).
Figura 3: triglicerid format din glicerol și trei acizi grași legați printr-o legătură esterică.
Triacilgliceridele (trigliceride) sunt sintetizate în practic toate celulele. Principalele țesuturi pentru sinteza TAG sunt intestinul subțire, ficatul și adipocitele. Cu excepția intestinului și a adipocitelor, sinteza TAG începe cu glicerolul.
Glicerolul este fosforilat mai întâi cu glicerol kinază și apoi acizii grași activi (acil-CoAs grași) servesc ca substraturi pentru adăugarea acizilor grași generatori de acid fosfatidic. Grupa fosfat este îndepărtată și se adaugă ultimul acid gras.
Figura 4: esterificarea fosfatului de glicerol 3 pentru a forma acid fosfatidic.
În intestinul subțire, TAG-urile dietetice sunt hidrolizate pentru a elibera acizi grași și monoacilgliceride (MAG) înainte de absorbția de către enterocite. MAG-urile enterocite servesc ca substraturi pentru acilare într-un proces în două etape care produce un TAG.
În țesutul adipos nu există nicio expresie a glicerol kinazei, astfel încât blocul de construcție pentru TAG în acest țesut este intermediarul glicolitic, fosfat de dihidroxiacetona, DHAP.
DHAP este redus la glicerol-3-fosfat prin glicerol-3-fosfat dehidrogenază citosolic, iar reacția de sinteză TAG rămasă este aceeași ca pentru toate celelalte țesuturi.
Ester fosforic
Esterii fosforici sunt produși prin formarea unei legături ester între un alcool și acidul fosforic. Dată fiind structura acidului, acești esteri pot fi mono, di și trisubstituiți.
Figura 5: structura triesterului de acid fosforic.
Aceste tipuri de legături esterice se găsesc în compuși precum fosfolipide, ATP, ADN și ARN.
Fosfolipidele sunt sintetizate prin formarea unei legături ester între un alcool și fosfat de acid fosfatidic (1,2-diacilglicerol 3-fosfat). Majoritatea fosfolipidelor au un acid gras saturat pe C-1 și un acid gras nesaturat pe C-2 al coloanei vertebrale a glicerolului.
Cele mai frecvent adăugate alcooli (serină, etanolamină și colină) conțin, de asemenea, azot care poate fi încărcat pozitiv, în timp ce glicerolul și inozitolul nu (King, 2017).
Figura 6: structura unui fosfolipid. Legătura esterică este marcată în cercul roșu.
Adenozina trifosfat (ATP) este o moleculă care este utilizată ca monedă de energie în celulă. Această moleculă este compusă dintr-o moleculă de adenină legată de molecula ribozică cu trei grupe fosfat (figura 8).
Figura 7: molecula ATP. Legătura esterică este marcată în cercul roșu.
Cele trei grupe fosfat ale moleculei sunt numite gamma (γ), beta (β) și Alpha (α), aceasta din urmă esterificând grupa hidroxil C-5 a ribozei.
Legătura dintre riboza și grupa α-fosforil este o legătură fosfoester deoarece include un atom de carbon și un atom de fosfor, în timp ce grupele β și γ-fosforil din ATP sunt conectate prin legături fosfoanhidride care nu implică atomi de carbon. .
Toți fosfoanhidroii au o energie potențială chimică considerabilă, iar ATP nu face excepție. Această energie potențială poate fi utilizată direct în reacții biochimice (ATP, 2011).
O legătură fosfodiester este o legătură covalentă în care o grupare fosfat este atașată la cărbunii adiacenți prin legături esterice. Legătura este rezultatul unei reacții de condensare între o grupare hidroxil din două grupe de zahăr și o grupare fosfat.
Legătura diester între acidul fosforic și două molecule de zahăr în ADN și ARN vertebral leagă două nucleotide împreună pentru a forma polimeri de oligonucleotide. Legatura fosfodiesterului leaga un carbon de 3 'cu un carbon de 5' in ADN si ARN.
(bază1) - (riboză) -OH + HO-P (O) 2-O- (riboză) - (bază 2)
(bază1) - (riboză) - O - P (O) 2 - O- (riboză) - (bază 2) + H 2 O
În timpul reacției a două dintre grupările hidroxil din acid fosforic cu o grupare hidroxil din alte două molecule, două legături ester sunt formate într-o grupare fosfodiester. O reacție de condensare în care se pierde o moleculă de apă generează fiecare legătură esterică.
În timpul polimerizării nucleotidelor pentru a forma acizi nucleici, grupa hidroxil a grupei fosfat se atașează la carbonul 3 ′ de zahăr dintr-o nucleotidă pentru a forma o legătură esteră cu fosfatul unei alte nucleotide.
Reacția formează o legătură fosfodiester și îndepărtează o moleculă de apă (formarea de legături fosfodiestere, SF).
Ester sulfuric
Esterii sulfurici sau tioesterii sunt compuși cu grupa funcțională RS-CO-R '. Ele sunt produsul esterificării dintre un acid carboxilic și un tiol sau cu acid sulfuric (Block, 2016).
Figura 8: structura generică a unui tioester. Legătura esterică este marcată în cercul roșu.
În biochimie, cei mai cunoscuți tioesteri sunt derivați ai coenzimei A, de exemplu, acetil-CoA.
Acetil coenzima A sau acetil-CoA (Figura 8) este o moleculă care participă la multe reacții biochimice. Este o moleculă centrală în metabolismul lipidelor, proteinelor și carbohidraților.
Funcția sa principală este de a livra grupa acetil în ciclul acidului citric (ciclul Krebs) care urmează să fie oxidat pentru producerea de energie. De asemenea, este molecula precursoare pentru sinteza acizilor grași și este un produs al degradării unor aminoacizi.
Figura 9: structura acetilului CoA.
Acizii grași activi CoA menționați mai sus sunt alte exemple de tioesteri originari din celula musculară. Oxidarea acidului acizilor grași-CoA are loc de fapt în corpuri veziculare discrete numite mitocondrii (Thompson, 2015).
Referințe
- ATP. (2011, 10 august). Recuperat din learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 22 aprilie). Compus organosulfur. Preluat din britannica: britannica.com.
- Ian Hunt. (SF). Hidroliza esterilor. Recuperat din chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Științe ,. (SF). Ester bond. Recuperat din futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16 martie). Sinteza și metabolismul acizilor grași, trigliceridelor și fosfolipidelor. Recuperat de la tematicabiochemistrypage.org.
- formarea de legături fosfodiestere. (SF). Recuperat din biosyn: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19 august). Lipid. Recuperat din britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6 noiembrie). Formarea obligațiunilor esterice în sinteza lipidelor. Recuperat de la wisc-online.com.