Schritt 8: Bildung von Malat

Für Chemie-Profis:

Bei dieser Reaktion handelt es sich um nucleophile Addition. Aus dem Chemie-Unterricht kennen Sie sicherlich die Addition von Wasser an ein Alken. Hier greift zunächst ein Proton H⁺ die C=C-Doppelbindung an und bildet ein Carbenium-Ion als Zwischenprodukt. An dieses Carbenium-Ion setzt sich dann ein Hydroxid-Ion, und fertig ist die Addition.

Bei der Bildung von Malat greift dagegen zuerst das Hydroxid-Ion die C=C-Doppelbindung an. Durch die beiden COO^--Gruppen, die ja stark elektronenziehend sind, ist die C=C-Doppelbindung im Fumarat recht elektronenarm. Daher ist sie ein Angriffsziel für Nucleophile wie zum Beispiel das OH^--Ion. Als Zwischenprodukt bildet sich dann ein Carbanion (negativ geladenes C-Atom mit einem freien Elektronenpaar). An dieses Carbanion lagert sich dann ein Proton an ^[1].

Der Schritt 8 als nucleophile Addition
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Die Umkehrreaktion wäre dann eine basenkatalysierte Eliminierung nach dem E2-Mechanismus: Eine starke Base zieht ein Proton aus dem Malat-Molekül heraus, dabei entsteht das Carbanion als Zwischenprodukt, und schließlich spaltet sich ein Hydroxid-Ion ab, und fertig ist das Fumarat. In einer lebenden Zelle liegt das Gleichgewicht dieser Umsetzung auf Seiten des Malats (zu 82%) ^[4]. Die freie Energie ΔG dieser Reaktion liegt bei -3,8 kJ/mol ^[1].