Складноефірного зв'язку визначається як зв'язок між спиртової групи (ОН) і карбонової кислоти (-СООН групи), утвореної шляхом виключення молекули води (Н 2 О) (Futura-наук ,, SF).
Структура етилацетату показана на малюнку 1. Ефірна зв'язок - це одна одинарна зв'язок, яка утворюється між киснем карбонової кислоти та вуглецем етанолу.
Фігура 1: структура етилацетату.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
На малюнку синя частина відповідає тій частині сполуки, яка виходить з етанолу, а жовта частина відповідає оцтовій кислоті. Ефірний зв’язок позначений червоним колом.
Гідроліз ефірної зв'язку
Щоб трохи краще зрозуміти природу ефірних зв'язків, пояснюється механізм реакції гідролізу цих сполук. Ефірний зв’язок порівняно слабкий. У кислому або основній середовищі він гідролізується, утворюючи відповідно спирт і карбонову кислоту. Механізм реакції гідролізу складних ефірів добре вивчений.
В основному середовищі нуклеофільні гідроксиди спочатку атакують електрофільний C ефіру C = O, розриваючи π-зв’язок і створюючи тетраедричний проміжний продукт.
Потім проміжний продукт руйнується, реформуючи C = O, в результаті чого втрачається група, що виходить, алкоксид, RO-, що призводить до карбонової кислоти.
Нарешті, кислотно-основна реакція - це дуже швидка рівновага, коли алкоксид, РО-, функціонує як основа, яка депротонує карбонову кислоту, RCO2H, (кислотна обробка дозволить отримати карбонову кислоту в результаті реакції).
Фіг.2: гідроліз ефірної зв'язку в основній середовищі.
Механізм гідролізу складного ефіру в кислому середовищі дещо складніший. Реакція кислоти / основи виникає спочатку, оскільки у вас тільки слабкий нуклеофіл і поганий електрофіл, вам потрібно активувати складний ефір.
Протонація карбонілового ефіру робить його більш електрофільним. На другому етапі кисень у воді функціонує як нуклеофіл, атакуючи електрофільний С при С = О, при цьому електрони рухаються до іона гідронію, створюючи тетраедричний проміжний продукт.
На третьому етапі відбувається кислотно-основна реакція, знімаючи кисень, який надходив з молекули води для нейтралізації заряду.
На четвертому етапі відбувається інша реакція кислота / основа. Вам потрібно вийти -OCH3, але вам потрібно зробити його доброю виїзною групою шляхом протонації.
На п’ятому етапі вони використовують електрони з сусіднього кисню, щоб допомогти «виштовхнути» групу, що відходить, виробляючи нейтральну молекулу спирту.
На останньому етапі відбувається кислотно-основна реакція. Депротонування іона гідронію виявляє карбоніл С = О в продукті карбонової кислоти і відновлює кислотний каталізатор (доктор Іан Хант, Ш.Ф.).
Типи ефірів
Карбоновий ефір
Вуглекислі ефіри є найпоширенішими для цього типу сполук. Першим вуглекислим ефіром був етилацетат або його також називали етилэтаноат. Раніше ця сполука була відома як ефір оцту, назва німецькою мовою - Essig-ther, скорочення якого походить від назви цього типу сполуки.
Ефіри зустрічаються в природі і широко використовуються в промисловості. Багато ефіри мають характерні фруктові запахи, а багато природним чином присутні в ефірних оліях рослин. Це також призвело до його загального використання у штучних ароматах та ароматах, коли запахи намагаються наслідувати.
Кілька мільярдів кілограмів поліефірів виробляються промислово щорічно, важливі вироби, якими вони є; поліетилентерефталат, ефіри акрилату та ацетат целюлози.
Ефірний зв’язок карбонових ефірів відповідає за утворення тригліцеридів у живих організмах.
Тригліцериди містяться у всіх клітинах, але в основному в жировій тканині вони є основним запасом енергії, який має організм. Триацилгліцериди (TAG) - це молекули гліцерину, пов'язані з трьома жирними кислотами через ефірну зв’язку. Жирні кислоти, присутні в TAG, переважно насичені (Wilkosz, 2013).
Фіг.3: тригліцерид, утворений гліцерином та трьома жирними кислотами, пов'язаними ефірним зв’язком.
Триацилгліцериди (тригліцериди) синтезуються практично у всіх клітинах. Основними тканинами для синтезу ТАГ є тонкий кишечник, печінка та адипоцити. За винятком кишок та адипоцитів, синтез TAG починається з гліцерину.
Гліцерин фосфорилюється спочатку гліцеринокіназою, а потім активовані жирні кислоти (жирні ацил-КоА) служать субстратами для додавання жирних кислот, що генерують фосфатиду. Фосфатну групу видаляють і додають останню жирну кислоту.
Фіг.4: естерифікація фосфату гліцерину 3 з утворенням фосфатидної кислоти.
У тонкому кишечнику дієтичні ТАГ гідролізуються, щоб вивільнити жирні кислоти та моноацилгліцериди (МАГ) до поглинання ентероцитами. Ентероцитарні MAG служать субстратом для ацилювання в двоетапному процесі, який виробляє TAG.
Всередині жирової тканини немає експресії гліцеринокінази, тому будівельним блоком для TAG у цій тканині є гліколітичний проміжний продукт, дигідроксіацетонфосфат, DHAP.
DHAP відновлюється до гліцерину-3-фосфату цитозольною гліцерином-3-фосфатдегідрогеназою, а решта реакції синтезу TAG така ж, як і для всіх інших тканин.
Ефір фосфору
Фосфорні ефіри утворюються шляхом утворення ефірної зв'язку між спиртом та фосфорною кислотою. Враховуючи структуру кислоти, ці складні ефіри можуть бути моно, ді та тризаміщеними.
Фіг.5: структура тристера фосфорної кислоти.
Ці типи ефірних зв'язків містяться у таких сполуках, як фосфоліпіди, АТФ, ДНК та РНК.
Фосфоліпіди синтезуються утворенням ефірної зв'язку між спиртом та фосфатидною кислотою фосфатом (1,2-діацилгліцерол 3-фосфатом). Більшість фосфоліпідів мають насичену жирну кислоту на С-1 та ненасичену жирну кислоту на С-2 магістралі гліцерину.
Найчастіше додані спирти (серин, етаноламін та холін) також містять азот, який може бути позитивно заряджений, тоді як гліцерин та інозит - ні (King, 2017).
Малюнок 6: структура фосфоліпіду. Ефірний зв’язок позначений червоним колом.
Аденозинтрифосфат (АТФ) - це молекула, яка використовується як валюта енергії в клітині. Ця молекула складається з молекули аденіну, пов'язаної з молекулою рибози з трьома фосфатними групами (фігура 8).
Фігура 7: Молекула АТФ. Ефірний зв’язок позначений червоним колом.
Три фосфатні групи молекули називаються гамма (γ), бета (β) і альфа (α), остання естеріфікує C-5 гідроксильну групу рибози.
Зв'язок між рибозою та α-фосфорильною групою є фосфоестерною зв'язком, оскільки включає атом вуглецю та атом фосфору, тоді як β- та γ-фосфорильні групи в АТФ з'єднані фосфоангідридними зв’язками, які не включають атоми вуглецю. .
Всі фосфоангидро мають значну хімічну потенційну енергію, і АТФ не є винятком. Ця потенційна енергія може використовуватися безпосередньо в біохімічних реакціях (АТФ, 2011).
Фосфодіефірний зв’язок - це ковалентний зв'язок, в якому фосфатна група приєднується до сусідніх вуглеців через ефірні зв’язки. Зв’язок є результатом реакції конденсації між гідроксильною групою двох цукрових груп та фосфатною групою.
Діестерний зв’язок між фосфорною кислотою та двома молекулами цукру в ДНК та кінцевій РНК пов'язує два нуклеотиди разом, утворюючи олігонуклеотидні полімери. Фосфодіефірний зв’язок пов'язує 3 'вуглець з 5' вуглецем в ДНК і РНК.
(основа1) - (рибоза) -OH + HO-P (O) 2-O- (рибоза) - (основа 2)
(основа1) - (рибоза) - O - P (O) 2 - O- (рибоза) - (основа 2) + H 2 O
Під час реакції двох гідроксильних груп у фосфорній кислоті з гідроксильною групою у двох інших молекулах утворюються дві ефірні зв’язки у фосфодіефірній групі. Реакція конденсації, при якій втрачається одна молекула води, породжує кожен ефірний зв’язок.
Під час полімеризації нуклеотидів з утворенням нуклеїнових кислот гідроксильна група фосфатної групи приєднується до 3 'вуглецю цукру одного нуклеотиду з утворенням ефірної зв'язку з фосфатом іншого нуклеотиду.
Реакція утворює фосфодіефірний зв’язок і видаляє молекулу води (фосфодиестерное утворення зв’язку, SF).
Ефір сірки
Ефіри сірки або тіоефіри - це сполуки з функціональною групою RS-CO-R '. Вони є продуктом етерифікації між карбоновою кислотою та тиолом або сірчаною кислотою (Блок, 2016).
Малюнок 8: родова структура тиоестеру. Ефірний зв’язок позначений червоним колом.
У біохімії найвідоміші тіоефіри - похідні коферменту А, наприклад, ацетил-КоА.
Ацетил коензим А або ацетил-КоА (мал. 8) - це молекула, яка бере участь у багатьох біохімічних реакціях. Це центральна молекула в метаболізмі ліпідів, білків і вуглеводів.
Його основна функція полягає в доставці ацетильної групи в цикл лимонної кислоти (цикл Кребса) для окислення для отримання енергії. Це також молекула-попередник синтезу жирних кислот і є продуктом деградації деяких амінокислот.
Фігура 9: структура ацетилу CoA.
Згадані вище жирові кислоти, активовані CoA, - це інші приклади тіоефірів, що походять з м'язової клітини. Окислення тіоефірів жирної кислоти-CoA насправді відбувається в дискретних везикулярних тілах, званих мітохондріями (Thompson, 2015).
Список літератури
- АТФ. (2011 р., 10 серпня). Відновлено з learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Блок, Е. (2016, 22 квітня). Органо-сірчана сполука. Отримано з britannica: britannica.com.
- Ян Хант. (СФ). Гідроліз ефірів. Відновлено з chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (СФ). Ефірний зв’язок. Відновлено з сайту futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16 березня). Синтез та метаболізм жирної кислоти, тригліцеридів та фосфоліпідів. Відновлено з тематичноїбіохімії сторінки.org.
- фосфодієстество утворення зв’язків. (СФ). Відновлено з біосину: biosyn.com.
- Томпсон, Техас (2015, 19 серпня). Ліпід. Відновлено з britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6 листопада). Утворення ефірних зв’язків у синтезі ліпідів. Відновлено з wisc-online.com.