Sebuah ikatan ester didefinisikan sebagai ikatan antara kelompok alkohol (-OH) dan gugus asam karboksilat (-COOH), yang dibentuk oleh penghapusan molekul air (H 2 O) (Futura-Ilmu ,, SF).
Struktur etil asetat ditunjukkan pada Gambar 1. Ikatan ester adalah ikatan tunggal yang terbentuk antara oksigen dari asam karboksilat dan karbon etanol.
Gambar 1: struktur etil asetat.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
Pada gambar, bagian biru menunjukkan bagian senyawa yang berasal dari etanol dan bagian kuning menunjukkan asam asetat. Ikatan ester ditandai dengan lingkaran merah.
Hidrolisis ikatan ester
Untuk memahami sedikit lebih baik sifat ikatan ester, mekanisme reaksi hidrolisis senyawa ini dijelaskan. Ikatan ester relatif lemah. Dalam media asam atau basa, ia menghidrolisis masing-masing membentuk alkohol dan asam karboksilat. Mekanisme reaksi hidrolisis ester dipelajari dengan baik.
Dalam medium basa, nukleofilik hidroksida menyerang pertama kali pada elektrofilik C dari C = O ester, memutus ikatan π dan menciptakan zat antara tetrahedral.
Kemudian zat antara runtuh, membentuk kembali C = O, mengakibatkan hilangnya gugus keluar, alkoksida, RO-, yang mengarah ke asam karboksilat.
Akhirnya, reaksi asam / basa adalah kesetimbangan yang sangat cepat di mana alkoksida, RO- berfungsi sebagai basa yang mendeprotonasi asam karboksilat, RCO2H, (perlakuan asam akan memungkinkan asam karboksilat diperoleh dari reaksi).
Gambar 2: hidrolisis ikatan ester dalam media basa.
Mekanisme hidrolisis ikatan ester dalam media asam sedikit lebih rumit. Reaksi asam / basa terjadi lebih dulu, karena Anda hanya memiliki nukleofil lemah dan elektrofil yang buruk, Anda perlu mengaktifkan ester.
Protonasi ester karbonil membuatnya lebih elektrofilik. Pada langkah kedua, oksigen dalam air berfungsi sebagai nukleofil dengan menyerang elektrofilik C pada C = O, dengan elektron bergerak menuju ion hidronium, menciptakan perantara tetrahedral.
Pada langkah ketiga, terjadi reaksi asam / basa, menghilangkan oksigen yang berasal dari molekul air untuk menetralkan muatan.
Pada langkah keempat, reaksi asam / basa lain terjadi. Anda perlu mengeluarkan -OCH3, tetapi Anda harus membuatnya menjadi gugus lepas yang baik melalui protonasi.
Pada langkah kelima, mereka menggunakan elektron dari oksigen yang berdekatan untuk membantu "mendorong" gugus lepas, menghasilkan molekul alkohol netral.
Pada langkah terakhir terjadi reaksi asam / basa. Deprotonasi ion hidronium mengungkapkan karbonil C = O dalam produk asam karboksilat dan meregenerasi katalis asam (Dr. Ian Hunt, SF).
Jenis Ester
Ester karbonat
Ester karbonat adalah yang paling umum dari jenis senyawa ini. Ester karbonat pertama adalah etil asetat atau disebut juga etil etanoat. Dulunya senyawa ini dikenal dengan sebutan vinegar ether, yang dalam bahasa Jerman namanya Essig-Äther yang kontraksinya diambil dari nama senyawa jenis ini.
Ester ditemukan di alam dan banyak digunakan dalam industri. Banyak ester memiliki bau buah yang khas, dan banyak yang secara alami terdapat dalam minyak esensial tumbuhan. Hal ini juga menyebabkan penggunaan umum dalam wewangian dan wewangian buatan ketika bau mencoba ditiru.
Beberapa miliar kilogram poliester diproduksi secara industri setiap tahun, produk penting seperti adanya; polietilen tereftalat, akrilat ester dan selulosa asetat.
Ikatan ester ester karboksilat bertanggung jawab untuk pembentukan trigliserida pada organisme hidup.
Trigliserida ditemukan di semua sel, tetapi terutama di jaringan adiposa, mereka adalah cadangan energi utama yang dimiliki tubuh. Triasilgliserida (TAG) adalah molekul gliserol yang terikat pada tiga asam lemak melalui ikatan ester. Asam lemak yang ada dalam TAG sebagian besar adalah asam lemak jenuh (Wilkosz, 2013).
Gambar 3: trigliserida yang dibentuk oleh gliserol dan tiga asam lemak yang dihubungkan oleh ikatan ester.
Triacylglycerides (triglycerides) disintesis di hampir semua sel. Jaringan utama untuk sintesis TAG adalah usus kecil, hati, dan adiposit. Kecuali untuk usus dan adiposit, sintesis TAG dimulai dengan gliserol.
Gliserol difosforilasi terlebih dahulu dengan gliserol kinase kemudian asam lemak aktif (fatty acyl-CoA) berfungsi sebagai substrat untuk penambahan asam lemak penghasil asam fosfatidat. Gugus fosfat dihilangkan dan asam lemak terakhir ditambahkan.
Gambar 4: esterifikasi gliserol 3 fosfat menjadi asam fosfatidat.
Di usus kecil, TAG makanan dihidrolisis untuk melepaskan asam lemak dan monoasilgliserida (MAG) sebelum diserap oleh enterosit. Enterocyte MAGs berfungsi sebagai substrat untuk asilasi dalam proses dua langkah yang menghasilkan TAG.
Dalam jaringan adiposa tidak ada ekspresi gliserol kinase sehingga blok bangunan untuk TAG dalam jaringan ini adalah zat antara glikolitik, dihidroksiaseton fosfat, DHAP.
DHAP direduksi menjadi gliserol-3-fosfat oleh sitosol gliserol-3-fosfat dehidrogenase, dan reaksi sintesis TAG yang tersisa sama dengan semua jaringan lain.
Ester fosfat
Ester fosfat diproduksi dengan pembentukan ikatan ester antara alkohol dan asam fosfat. Mengingat struktur asam, ester-ester ini dapat berupa mono, di, dan trisubstitusi.
Gambar 5: struktur triester asam fosfat.
Jenis ikatan ester ini ditemukan dalam senyawa seperti fosfolipid, ATP, DNA, dan RNA.
Fosfolipid disintesis dengan pembentukan ikatan ester antara alkohol dan asam fosfat fosfat (1,2-diasilgliserol 3-fosfat). Kebanyakan fosfolipid memiliki asam lemak jenuh pada C-1 dan asam lemak tak jenuh pada C-2 dari tulang punggung gliserol.
Alkohol yang paling sering ditambahkan (serine, ethanolamine, dan choline) juga mengandung nitrogen yang dapat bermuatan positif, sedangkan gliserol dan inositol tidak (King, 2017).
Gambar 6: struktur fosfolipid. Ikatan ester ditandai dengan lingkaran merah.
Adenosine triphosphate (ATP) adalah molekul yang digunakan sebagai mata uang energi di dalam sel. Molekul ini terdiri dari molekul adenin yang terhubung ke molekul ribosa dengan tiga gugus fosfat (gambar 8).
Gambar 7: Molekul ATP. Ikatan ester ditandai dengan lingkaran merah.
Tiga gugus fosfat dari molekul ini disebut gamma (γ), beta (β) dan Alpha (α), yang terakhir mengesterifikasi gugus C-5 hidroksil ribosa.
Ikatan antara ribosa dan gugus α-fosforil merupakan ikatan fosforester karena termasuk atom karbon dan atom fosfor, sedangkan gugus β- dan γ-fosforil pada ATP dihubungkan dengan ikatan fosfoanhidrida yang tidak melibatkan atom karbon. .
Semua phosphoanhydro memiliki energi potensial kimia yang cukup besar, dan ATP tidak terkecuali. Energi potensial ini dapat digunakan secara langsung dalam reaksi biokimia (ATP, 2011).
Ikatan fosfodiester adalah ikatan kovalen di mana gugus fosfat terikat pada karbon yang berdekatan melalui ikatan ester. Ikatan adalah hasil reaksi kondensasi antara gugus hidroksil dari dua gugus gula dan gugus fosfat.
Ikatan diester antara asam fosfat dan dua molekul gula dalam DNA dan tulang punggung RNA menghubungkan dua nukleotida bersama untuk membentuk polimer oligonukleotida. Ikatan fosfodiester menghubungkan karbon 3 'ke karbon 5' dalam DNA dan RNA.
(basis1) - (ribosa) -OH + HO-P (O) 2-O- (ribosa) - (basis 2)
(basis1) - (ribosa) - O - P (O) 2 - O- (ribosa) - (basis 2) + H 2 O
Selama reaksi dua gugus hidroksil dalam asam fosfat dengan gugus hidroksil dalam dua molekul lain, dua ikatan ester terbentuk dalam gugus fosfodiester. Reaksi kondensasi dimana satu molekul air hilang menghasilkan setiap ikatan ester.
Selama polimerisasi nukleotida untuk membentuk asam nukleat, gugus hidroksil dari gugus fosfat menempel pada karbon 3 'gula dari satu nukleotida untuk membentuk ikatan ester ke fosfat nukleotida lain.
Reaksi ini membentuk ikatan fosfodiester dan menghilangkan molekul air (pembentukan ikatan fosfodiester, SF).
Ester belerang
Ester belerang atau tioester adalah senyawa dengan gugus fungsi RS-CO-R '. Mereka adalah produk esterifikasi antara asam karboksilat dan tiol atau dengan asam sulfat (Block, 2016).
Gambar 8: struktur generik thioester. Ikatan ester ditandai dengan lingkaran merah.
Dalam biokimia, tioester yang paling terkenal adalah turunan dari koenzim A, misalnya asetil-KoA.
Asetil koenzim A atau asetil-KoA (Gambar 8) adalah molekul yang berpartisipasi dalam banyak reaksi biokimia. Ini adalah molekul sentral dalam metabolisme lipid, protein, dan karbohidrat.
Fungsi utamanya adalah mengantarkan gugus asetil ke siklus asam sitrat (siklus Krebs) untuk dioksidasi untuk produksi energi. Ini juga merupakan molekul prekursor untuk sintesis asam lemak dan merupakan produk dari degradasi beberapa asam amino.
Gambar 9: struktur asetil KoA.
Asam lemak yang diaktifkan CoA yang disebutkan di atas adalah contoh lain dari tioester yang berasal dari dalam sel otot. Oksidasi asam lemak-CoA tioester sebenarnya terjadi pada badan vesikuler diskrit yang disebut mitokondria (Thompson, 2015).
Referensi
- ATP. (2011, 10 Agustus). Diperoleh dari learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 22 April). Senyawa organosulfur. Diperoleh dari britannica: britannica.com.
- Ian Hunt. (SF). Hidrolisis Ester. Diperoleh dari chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Ilmu Futura,. (SF). Ikatan Ester. Dipulihkan dari futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16 Maret). Asam lemak, trigliserida dan sintesis dan metabolisme fosfolipid. Dipulihkan dari themedicalbiochemistrypage.org.
- pembentukan ikatan fosfodiester. (SF). Dipulihkan dari biosyn: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19 Agustus). Lipid. Dipulihkan dari britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6 November). Pembentukan Ikatan Ester dalam Sintesis Lipid. Dipulihkan dari wisc-online.com.