Складні ефіри гліцерину. Гліцерину та діацетилвінної та жирних кислот ефіри (Е472е)
Жири, як це не дивно, належать до складних ефірів. В їх освіті беруть участь стеаринова кислота С 17 Н 35 СООН (або близькі до неї за складом та будовою інші жирні кислоти) і триатомний спирт гліцерин С 3 Н 5 (ОН) 3 . Ось як виглядає схема молекули такого ефіру:
Н 2 С-О -З(О)С 17 Н 35
НС-О-С(О)С 17 Н 35
Н 2 С-О-С(О)С 17 Н 35 тристеарин, ефір гліцерину та стеаринової кислоти, тристеарат гліцерину.
Жири мають складна будова- Це підтверджує модель молекули тристеарату.
Хімічні властивостіжирів: гідроліз та гідрування рідких жирів.
Для жирів, що містять залишки ненасичених карбонових кислот, характерні всі реакції ненасичених сполук. Найважливіша реакція приєднання, що має практичне значення– це гідрування рідких жирів . Ця реакція є основою отримання маргарину (твердого жиру) з рослинної олії.
Усі жири, як і інші складні ефіри, піддаються гідролізу .
Гідроліз жирів протікає і в нашому організмі: коли до органів травлення надходять жири, то під впливом ферментів вони гідролізуються з утворенням гліцерину та карбонових кислот. Продукти гідролізу всмоктуються ворсинками кишечника, та був синтезується жир, але вже властивий даному організму. Надалі вони гідролізуються і поступово окислюються до Вуглекислий газта води. При окисненні жирів в організмі виділяється велика кількістьенергії. Для людей, зайнятих важким фізичною працею, Витрачену енергію найпростіше компенсувати жирною їжею. Жири постачають у тканини організму жиророзчинні вітаміни та інші біологічні активні речовини.
Залежно та умовами гідроліз буває:
¾ Водний(без каталізатора, при високих температурі та тиску).
¾ Кислотний(У присутності кислоти як каталізатор).
¾ Ферментативний(відбувається у живих організмах).
¾ Лужний (під дією лугів).
Гідроліз складних ефірів оборотна реакція. Для зміщення рівноваги у бік продуктів реакції його проводять у лужному середовищі(у присутності лугів або карбонатів лужних металів, наприклад, карбонату натрію).
Гідроліз жирів у лужному середовищі називають омилення жирів, т.к. утворюються солі карбонових кислот, які називають милами .
Застосування жирів з урахуванням властивостей.
Застосування жирів .
Багато жирів при стоянні на повітрі гіркують- Набувають неприємні запахі смак, тому що при цьому утворюються кетони та альдегіди. Такий процес стимулюється залізом, тому не можна залишати олію у сковороді до наступного дня. Для запобігання його застосовують антиоксиданти.
Прокисання жиру пов'язане з його гідролізом. Кислий смак обумовлений появою карбонових кислот.
Дуже важливими є реакції полімеризації олій. За цією ознакою рослинні олії ділять на висихаючі, напіввисихаючі та невисихаючі. Висихають у тонкому шарі утворюють блискучі тонкі плівки. На цьому засноване використання цих олій для приготування лаків та фарб (лляне). До підлоги висихаючим відносяться, наприклад, соняшникова, а до невисихаючих відноситься оливкова, що містить мало ненасичених кислот.
Біологічна рольжирів.
Жири мають велике практичне значення та виконують у нашому організмі кілька функцій :
¾ Енергетична (при повному розщепленні 1 г жиру до 2 і Н 2 Про звільняється 38,9 кДж енергії).
¾ Структурна (жири – важливий компоненткожної клітини).
¾ Захисна (жири накопичуються в підшкірних тканинах і тканинах, що оточують внутрішні органи).
¾ Жири мають низьку теплопровідність і оберігають організм від переохолодження. Тому жителі півночі вживають багато тваринних жирів.
Мила.
Мила – натрієві чи калієві солі вищих карбонових кислот. Натрієві солі вищих карбонових кислот мають тверде агрегатний стана калієві – рідке (рідке мило).
При виготовленні мила до нього додають запашні речовини, гліцерин, барвники, антисептики, рослинні екстракти.
Вихідною сировиною для отримання мила служать рослинні олії (соняшникова, бавовняна та ін), тваринні жири, а також гідроксид натрію або кальцинована сода. Рослинні олії попередньо піддаються гідрогенізації, тобто їх перетворюють на тверді жири. Застосовуються також замінники жирів – синтетичні карбонові жирні кислоти з більшою молекулярною масою.
Люди давно навчилися виділяти жир з натуральних об'єктів і використовувати його в повсякденному житті. Жир згоряв у примітивних світильниках, освітлюючи печери первісних людей, жиром змащували полозья, якими спускали на воду судна. Жири – основне джерело харчування. Але неправильне харчування, малорухливий спосіб життя призводить до надмірній вазі. Тварини пустель запасають жир як джерело енергії та води. Товстий жировий шар тюленів та китів допомагає їм плавати в холодних водах Північного Льодовитого океану. Жири широко поширені в природі. Поряд з вуглеводами та білками вони входять до складу всіх тварин і рослинних організміві становлять одну з основних частин нашої їжі. Джерелами жирів є живі організми. Серед тварин це корови, свині, вівці, кури, тюлені, кити, гуси, риби (акули, тріскові, оселедці). З печінки тріски та акули отримують риб'ячий жир – лікарський засіб, з оселедця – жири, які використовуються для підживлення сільськогосподарських тварин Рослинні жири найчастіше бувають рідкими, їх називають оліями. Застосовуються жири таких рослин, як бавовна, льон, соя, арахіс, кунжут, ріпак, соняшник, гірчиця, кукурудза, мак, коноплі, кокос, обліпиха, шипшина, олійна пальма та багато інших.
Ще у 17 ст. німецький вчений, один із перших хіміків-аналітиків Отто Тахеній (1652–1699) уперше висловив припущення, що жири містять «приховану кислоту». У 1741 французький хімікКлод Жозеф Жоффруа (1685–1752) виявив, що з розкладання кислотою мила (яке готували варінням жиру з лугом) утворюється жирна на дотик маса. Те, що до складу жирів і олій входить гліцерин, вперше з'ясував у 1779 році знаменитий шведський хімікКарл Вільгельм Шеєле. Вперше хімічний складжирів визначив на початку минулого століття французький хімік Мішель Ежен Шевроль, основоположник хімії жирів, автор численних дослідженьїх природи, узагальнених у шеститомній монографії "Хімічні дослідження тіл тваринного походження" г. Е. Шевроль встановив будову жирів, завдяки реакції гідролізу жирів у лужному середовищі. Він показав, що жири складаються з гліцерину та жирних кислот, причому це не просто їх суміш, а з'єднання, яке, приєднуючи воду, розпадається на гліцерин та кислоти.
Складні ефіри можна розглядати як похідні кислот, у яких атом водню в карбоксильній групізаміщений на вуглеводневий радикал:
Номенклатура.
Складні ефіри називають кислотами і спиртами, залишки яких беруть участь в їх утворенні, наприклад Н-СО-О-СН3 - метилформіат, або метиловий ефір мурашиної кислоти; - етилацетат, або етиловий ефіроцтової кислоти.
Способи одержання.
1. Взаємодія спиртів та кислот (реакція етерифікації):
2. Взаємодія хлорангідридів кислот та спиртів (або алкоголятів лужних металів):
Фізичні властивості.
Складні ефіри нижчих кислот та спиртів – рідини легші за воду, з приємним запахом. У воді розчинні тільки складні ефіри з найменшим числоматомів вуглецю. У спирті та дизтиловому ефірі складні ефіри розчиняються добре.
Хімічні властивості.
1. Гідроліз складних ефірів – найважливіша реакція цієї групи речовин. Гідроліз під впливом води - оборотна реакція. Для усунення рівноваги вправо використовуються луги:
2. Відновлення складних ефірів воднем призводить до утворення двох спиртів:
3. Під дією аміаку складні ефіри перетворюються на аміди кислот:
Жири. Жири являють собою суміші складних ефірів, утворених триатомним спиртомгліцерином та вищими жирними кислотами. Загальна формулажирів:
де R – радикали вищих жирних кислот.
Найчастіше до складу жирів входять граничні кислоти пальмітинова і стеаринова і ненасичені кислоти олеїнова та лінолева
Одержання жирів.
В даний час практичне значення має лише отримання жирів з природних джерелтваринного чи рослинного походження.
Фізичні властивості.
Жири, утворені граничними кислотами, – тверді речовини, а ненасиченими – рідкі. Всі дуже погано розчиняються у воді, добре розчиняються в діетиловому ефірі.
Хімічні властивості.
1. Гідроліз, або омилення жирів відбувається під дією води (оборотно) або лугів (незворотно):
При лужному гідролізі утворюються солі вищих жирних кислот, які називаються милами.
2. Гідрогенізацією жирів називається процес приєднання водню до залишків ненасичених кислот, що входять до складу жирів. При цьому залишки ненасичених кислот переходять в залишки граничних кислот, і жири з рідких перетворюються на тверді.
З найважливіших харчових речовин - білків, жирів і вуглеводів - жири мають найбільший запас енергії.
Класифікація жирів
Тварини жири містять головним чином гліцериди граничних кислот і є твердими речовинами. Рослинні жири, часто звані оліями, містять гліцериди ненасичених карбонових кислот. Це, наприклад, рідкі соняшникова, конопляна та лляна олії.
Природні жири містять такі жирні кислоти
Фізичні властивостіжирів
- Тварини жири (баранячий, свинячий, яловичий тощо), як правило, є твердими речовинами з невисокою температурою плавлення (виняток - риб'ячий жир). У твердих жирах переважають залишки насичених кислот.
- Рослинні жири – олії (соняшникова, соєва, бавовняна та ін.) – рідини (виняток – кокосова олія, олія какао-бобів). Олії містять в основному залишки ненасичених (ненасичених) кислот.
Хімічні властивості жирів
1. Гідроліз, або омилення, жирів відбувається під дією води, за участю ферментів або кислотних каталізаторів (оборотно), при цьому утворюються спирт - гліцерин і суміш карбонових кислот:
При лужному гідролізі утворюються солі вищих жирних кислот, які називаються милами. Мила виходять при гідролізі жирів у присутності лугів:
Мила - це калієві та натрієві солі вищих карбонових кислот.
2.Гідрування жирів - перетворення рідких рослинних олійу тверді жири – має велике значеннядля харчових цілей Продукт гідрогенізації олій – твердий жир (штучне сало, саломас). Маргарін– харчовий жир, складається із суміші гідрогенізованих олій (соняшникової, кукурудзяної, бавовниної та ін.), тваринних жирів, молока та смакових добавок (солі, цукру, вітамінів та ін.).
Так у промисловості отримують маргарин:
В умовах процесу гідрогенізації олій ( висока температура, металевий каталізатор) відбувається ізомеризація частини кислотних залишків, Що містять цис-зв'язку С=С, більш стійкі транс-ізомери. Підвищений вміст у маргарині (особливо у дешевих сортах) залишків транс-ненасичених кислот збільшує небезпеку атеросклерозу, серцево-судинних та інших захворювань.
Застосування жирів
o Фармацевтика
o Виробництво мила та косметичних виробів
o Виробництво мастильних матеріалів
Найважливішими представниками складних ефірів є жири.
Жири, олії
Жири- Це складні ефіри гліцерину та вищих одноатомних. Загальна назватаких сполук – тригліцериди або триацилгліцерини, де ацил – залишок карбонової кислоти -C(O)R. До складу природних тригліцеридів входять залишки насичених кислот (пальмітинової C 15 H 31 COOH, стеаринової C 17 H 35 COOH) та ненасичених (олеїнової C 17 H 33 COOH, лінолевої C 17 H 31 COOH). Вищі карбонові кислоти, що входять до складу жирів, мають завжди парну кількість атомів вуглецю (С 8 – С 18) та нерозгалужений вуглеводневий залишок. Природні жири та олії – це суміші гліцеридів вищих карбонових кислот.
Склад та будова жирів можуть бути відображені загальною формулою:
Етерифікація- Реакція утворення складних ефірів.
До складу жирів можуть входити залишки як граничних, так і ненасичених карбонових кислот у різних поєднаннях.
У звичайних умовахжири, що містять у своєму складі залишки ненасичених кислот, найчастіше бувають рідкими. Їх називають оліями. В основному, це жири рослинного походження — лляна, конопляна, соняшникова та інші олії (виключення пальмової та кокосової олії – тверді у звичайних умовах). Рідше трапляються рідкі жири тваринного походження, наприклад риб'ячий жир. Більшість природних жирів тваринного походження за звичайних умов – тверді (легкоплавкі) речовини і містять переважно залишки граничних карбонових кислот, наприклад баранячий жир.
Склад жирів визначає їх фізичні та хімічні властивості.
Фізичні властивості жирів
Жири нерозчинні у воді, не мають чіткої температури плавлення та значно збільшуються в об'ємі під час плавлення.
Агрегатний стан жирів твердий, це пов'язано з тим, що до складу жирів входять залишки граничних кислот та молекули жирів здатні до щільної упаковки. До складу олій, входять залишки ненасичених кислот в cis - конфігурації, отже щільна упаковка молекул неможлива, і агрегатний стан - рідкий.
Хімічні властивості жирів
Жири (олії) є складними ефірами і їм характерні реакції складних ефірів.
Зрозуміло, що жирів, що містять залишки ненасичених карбонових кислот, характерні всі реакції ненасичених сполук. Вони знебарвлюють бромну воду, Вступають в інші реакції приєднання. Найбільш важлива у практичному планіреакція - гідрування жирів. Гідрування рідких жирів отримують тверді складні ефіри. Саме ця реакція є основою отримання маргарину — твердого жиру з рослинних олій. Умовно цей процес можна описати рівнянням реакції:
Всі жири, як і інші складні ефіри, піддаються гідролізу:
Гідроліз складних ефірів - оборотна реакція. Щоб у бік утворення продуктів гідролізу, його проводять у лужному середовищі (за наявності лугів або Na 2 CO 3). У цих умовах гідроліз жирів протікає оборотно і призводить до утворення солей карбонових кислот, які називаються . жирів у лужному середовищі називають омилення жирів.
При омиленні жирів утворюються гліцерин та мила – натрієві та калієві солі вищих карбонових кислот:
Омилення – лужний гідролізжирів отримання мила.
Мила– суміші натрієвих (калієвих) солей вищих граничних карбонових кислот (натрієве мило – тверде, калієве – рідке).
Мила є поверхнево-активними речовинами (скорочено: ПАР, детергентами). Миюча мия пов'язана з тим, що мила емульгують жири. Мила утворюють міцели із забруднювальними речовинами (умовно - це жири з різними включеннями).
Ліпофільна частина молекули мила розчиняється у забруднюючій речовині, а гідрофільна частина виявляється на поверхні міцели. Міцели заряджені однойменно, отже відштовхуються, при цьому забруднююча речовина і вода перетворюється на емульсію (практично – це брудна вода).
У воді також відбувається мило, у своїй створюється лужне середовище.
Мила не можна використовувати в жорсткій та морській воді, оскільки стеарати кальцію (магнію), що утворюються при цьому, у воді нерозчинні.
