에스테르 결합이 물 분자의 제거에 의해 형성된 알코올 그룹 (-OH)과 카르 복실 산기 (-COOH) 사이의 결합으로 정의된다 (H 2 O) (- 투라 과학 ,, SF).
에틸 아세테이트의 구조는 그림 1에 나와 있습니다. 에스테르 결합은 카르 복실 산의 산소와 에탄올의 탄소 사이에 형성되는 단일 결합입니다.
그림 1 : 에틸 아세테이트의 구조.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
그림에서 파란색 부분은 에탄올에서 나온 화합물 부분에 해당하고 노란색 부분은 아세트산에 해당합니다. 에스테르 결합은 빨간색 원으로 표시됩니다.
에스테르 결합의 가수 분해
에스테르 결합의 특성을 좀 더 잘 이해하기 위해 이러한 화합물의 가수 분해 반응 메커니즘을 설명합니다. 에스테르 결합은 상대적으로 약합니다. 산성 또는 염기성 매질에서 가수 분해되어 각각 알코올과 카르 복실 산을 형성합니다. 에스테르의 가수 분해 반응 메커니즘은 잘 연구되어 있습니다.
염기성 매체에서 친 핵성 수산화물은 먼저 C = O 에스테르의 친 전자 성 C를 공격하여 π 결합을 끊고 사면체 중간체를 생성합니다.
그런 다음 중간체가 붕괴되어 C = O를 개질하여 이탈 기, 알콕시 드, RO-가 손실되어 카르 복실 산으로 이어집니다.
마지막으로, 산 / 염기 반응은 알콕시 드 RO-가 카르 복실 산인 RCO2H를 탈 양성자 화하는 염기로 기능하는 매우 빠른 평형입니다 (산 처리는 카르 복실 산이 반응에서 얻어 질 수 있도록합니다).
그림 2 : 기본 매체에서 에스테르 결합의 가수 분해.
산 매질에서 에스테르 결합의 가수 분해 메커니즘은 좀 더 복잡합니다. 산 / 염기 반응이 먼저 발생합니다. 친핵체가 약하고 친전 자체가 약하기 때문에 에스테르를 활성화해야합니다.
카르 보닐 에스테르의 양성자 화는 더 친 전자 성을 만듭니다. 두 번째 단계에서 물 속의 산소는 C = O에서 친 전자 성 C를 공격하여 친핵체 역할을하며 전자는 하이드로 늄 이온쪽으로 이동하여 4 면체 중간체를 생성합니다.
세 번째 단계에서는 산 / 염기 반응이 일어나 물 분자에서 나온 산소를 탈 원화시켜 전하를 중화시킵니다.
네 번째 단계에서는 또 다른 산 / 염기 반응이 발생합니다. -OCH3를 빼내야하지만 양성자 화를 통해 좋은 이탈 그룹으로 만들어야합니다.
다섯 번째 단계에서는 인접한 산소의 전자를 사용하여 이탈기를 "밀어내어"중성 알코올 분자를 생성합니다.
마지막 단계에서 산 / 염기 반응이 발생합니다. 하이드로 늄 이온의 탈 양자화는 카르 복실 산 생성물에서 C = O 카르 보닐을 나타내며 산 촉매를 재생시킨다 (Dr. Ian Hunt, SF).
에스테르 유형
탄산 에스테르
탄산 에스테르는 이러한 유형의 화합물 중 가장 일반적입니다. 첫 번째 탄산 에스테르는 에틸 아세테이트 또는 에틸 에타 노 에이트라고도합니다. 이전에이 화합물은 식초 에테르로 알려져 있었는데, 그 이름은 독일어로 Essig-Äther이며 수축은 이러한 유형의 화합물의 이름에서 파생되었습니다.
에스테르는 자연에서 발견되며 산업에서 널리 사용됩니다. 많은 에스테르에는 특유의 과일 냄새가 있으며 많은 에스테르가 식물의 에센셜 오일에 자연적으로 존재합니다. 이것은 또한 냄새를 모방하려고 할 때 인공 향과 향에 일반적으로 사용되게했습니다.
연간 수십억 킬로그램의 폴리 에스터가 산업적으로 생산되며 중요한 제품은 그대로입니다. 폴리에틸렌 테레 프탈레이트, 아크릴 레이트 에스테르 및 셀룰로오스 아세테이트.
카르 복실 산 에스테르의 에스테르 결합은 살아있는 유기체에서 트리글리세리드의 형성을 담당합니다.
트리글리 세라이드는 모든 세포에서 발견되지만 주로 지방 조직에서 신체가 보유하는 주요 에너지 보유량입니다. 트리 아실 글리세 라이드 (TAG)는 에스테르 결합을 통해 3 개의 지방산에 연결된 글리세롤 분자입니다. TAG에 존재하는 지방산은 주로 포화 상태입니다 (Wilkosz, 2013).
그림 3 : 글리세롤과 에스테르 결합으로 연결된 3 개의 지방산에 의해 형성된 트리글리 세라이드.
트리 아실 글리세 라이드 (트리글리 세라이드)는 거의 모든 세포에서 합성됩니다. TAG 합성의 주요 조직은 소장, 간 및 지방 세포입니다. 장과 지방 세포를 제외하고 TAG 합성은 글리세롤로 시작됩니다.
글리세롤은 먼저 글리세롤 키나아제로 인산화 된 다음 활성화 된 지방산 (지방 아실 -CoAs)이 포스 파티 드산 생성 지방산의 첨가를위한 기질 역할을합니다. 인산기가 제거되고 마지막 지방산이 추가됩니다.
그림 4 : 글리세롤 3 포스페이트의 에스테르 화로 포스 파티 드산 형성.
소장에서식이 TAG는 가수 분해되어 장 세포에 흡수되기 전에 지방산과 모노 아실 글리세 라이드 (MAG)를 방출합니다. 장 세포 MAG는 TAG를 생성하는 2 단계 공정에서 아 실화를위한 기질 역할을합니다.
지방 조직 내에서는 글리세롤 키나아제의 발현이 없으므로이 조직에서 TAG의 구성 요소는 해당 과정 중간체 인 디 하이드 록시 아세톤 포스페이트, DHAP입니다.
DHAP는 cytosolic glycerol-3-phosphate dehydrogenase에 의해 glycerol-3-phosphate로 환원되며, 나머지 TAG 합성 반응은 다른 모든 조직과 동일합니다.
인산 에스테르
인산 에스테르는 알코올과 인산 사이에 에스테르 결합을 형성하여 생성됩니다. 산의 구조를 고려할 때 이러한 에스테르는 일 치환, 이치환 및 삼 치환 될 수 있습니다.
그림 5 : 인산 트리 에스테르의 구조.
이러한 유형의 에스테르 결합은 인지질, ATP, DNA 및 RNA와 같은 화합물에서 발견됩니다.
인지질은 알코올과 포스 파티 드산 포스페이트 (1,2- 디아 실 글리세롤 3- 포스페이트) 사이에 에스테르 결합을 형성하여 합성됩니다. 대부분의 인지질은 C-1에 포화 지방산이 있고 글리세롤 골격의 C-2에 불포화 지방산이 있습니다.
가장 일반적으로 첨가되는 알코올 (세린, 에탄올 아민 및 콜린)은 양전하를 띌 수있는 질소도 포함하고 있지만 글리세롤과 이노시톨은 포함하지 않습니다 (King, 2017).
그림 6 : 인지질의 구조. 에스테르 결합은 빨간색 원으로 표시됩니다.
아데노신 삼인산 (ATP)은 세포에서 에너지의 통화로 사용되는 분자입니다. 이 분자는 세 개의 인산기가있는 리보스 분자에 연결된 아데닌 분자로 구성됩니다 (그림 8).
그림 7 : ATP 분자. 에스테르 결합은 빨간색 원으로 표시됩니다.
분자의 세 가지 인산염 그룹은 감마 (γ), 베타 (β) 및 알파 (α)라고하며, 후자는 리보스의 C-5 하이드 록실 그룹을 에스테르 화합니다.
리보스와 α- 포스 포 릴기 사이의 결합은 탄소 원자와 인 원자를 포함하기 때문에 포스 포 에스테르 결합이며, ATP의 β- 및 γ- 포스 포릴 기는 탄소 원자를 포함하지 않는 포스 포안 하이드 라이드 결합으로 연결됩니다. .
모든 phosphoanhydro는 상당한 화학적 위치 에너지를 가지고 있으며 ATP도 예외는 아닙니다. 이 위치 에너지는 생화학 반응에 직접 사용될 수 있습니다 (ATP, 2011).
포스 포디 에스테르 결합은 포스페이트 기가 에스테르 결합을 통해 인접한 탄소에 부착되는 공유 결합입니다. 결합은 두 개의 당 그룹의 하이드 록실 그룹과 인산염 그룹 사이의 축합 반응의 결과입니다.
인산과 DNA 및 백본 RNA의 두 당 분자 사이의 디 에스테르 결합은 두 개의 뉴클레오티드를 함께 연결하여 올리고 뉴클레오티드 중합체를 형성합니다. 포스 포디 에스테르 결합은 DNA와 RNA에서 3 개의 탄소와 5 개의 탄소를 연결합니다.
(베이스 1)-(리보스) -OH + HO-P (O) 2-O- (리보스)-(베이스 2)
(베이스 1)-(리보스)-O-P (O) 2-O- (리보스)-(베이스 2) + H 2 O
인산의 두 수산기와 다른 두 분자의 수산기와 반응하는 동안 포스 포디 에스테르 기에서 두 개의 에스테르 결합이 형성됩니다. 한 분자의 물이 손실되는 축합 반응은 각 에스테르 결합을 생성합니다.
핵산을 형성하기위한 뉴클레오티드의 중합 동안, 포스페이트 그룹의 하이드 록실 그룹은 한 뉴클레오티드의 당의 3 '탄소에 부착되어 다른 뉴클레오티드의 포스페이트에 에스테르 결합을 형성합니다.
반응은 포스 포디 에스테르 결합을 형성하고 물 분자를 제거합니다 (포스 포디 에스테르 결합 형성, SF).
황산 에스테르
황산 에스테르 또는 티오 에스테르는 작용기 RS-CO-R '을 갖는 화합물입니다. 이들은 카르 복실 산과 티올 사이 또는 황산과의 에스테르 화의 산물입니다 (Block, 2016).
그림 8 : 티오 에스테르의 일반적인 구조. 에스테르 결합은 빨간색 원으로 표시됩니다.
생화학에서 가장 잘 알려진 티오 에스테르는 코엔자임 A의 유도체, 예를 들어 아세틸 -CoA입니다.
아세틸 코엔자임 A 또는 아세틸 -CoA (그림 8)는 많은 생화학 반응에 참여하는 분자입니다. 그것은 지질, 단백질 및 탄수화물 대사의 중심 분자입니다.
주요 기능은 아세틸기를 구연산 회로 (Krebs 회로)에 전달하여 에너지 생산을 위해 산화시키는 것입니다. 또한 지방산 합성을위한 전구체 분자이며 일부 아미노산의 분해 산물입니다.
그림 9 : 아세틸 CoA의 구조.
위에서 언급 한 CoA 활성화 지방산은 근육 세포 내에서 발생하는 티오 에스테르의 다른 예입니다. 지방산 -CoA 티오 에스테르의 산화는 실제로 미토콘드리아라고 불리는 별개의 소포체에서 발생합니다 (Thompson, 2015).
참고 문헌
- ATP. (2011, 8 월 10 일). learnbiochemistry.wordpress에서 복구 : learnbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 4 월 22 일). 유기 황 화합물. britannica에서 검색 : britannica.com.
- 이안 헌트. (SF). 에스테르의 가수 분해. chem.ucalgary.ca에서 회수 : chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (SF). 에스테르 본드. futura-sciences.us에서 복구되었습니다.
- King, MW (2017, 3 월 16 일). 지방산, 트리글리세리드 및 인지질 합성 및 대사. medicalbiochemistrypage.org에서 복구되었습니다.
- phosphodiesther 결합 형성. (SF). biosyn에서 회수 : biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 8 월 19 일). 지질. britannica에서 회수 : britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 11 월 6 일). 지질 합성에서 에스테르 결합의 형성. wisc-online.com에서 복구되었습니다.