Жиры. Мыла. Классная- читаем конспект, домашняя-составляем краткую запись.
Из истории изучения жиров.
Жиры наряду с углеводами и белками являются ценным пищевым продуктом. Для здорового организма человека суточная потребность жира составляет 70-100 г. Избыток жиров в организме человека является одной из основных причин многих заболеваний, в частности, особенно сердечно - сосудистых, ожирения.
Люди очень давно научились выделять жир из натуральных объектов и использовать его в повседневной жизни. Жир сгорал в примитивных светильниках, освещая пещеры первобытных людей, жиром смазывали полозья, по которым в воду спускали суда; атлеты древней Эллады натирали растительными маслами обнаженный тела, чтобы сделать кожу более эластичной.
Химикам очень давно хотелось разобраться в том, что же собой представляет жир. Однако лишь в 1779 году великий шведский химик К. Шееле приблизился к решению этой задачи. Нагревая оливковое масло с оксидом свинца, он получил осадок и какое-то сладкое, растворимое в воде вещество. Он назвал его “жировым сахаром”. Только через 45 лет французский химик М. Шеврель определил строение этого жирового сахара и назвал его глицерином (от греч. “гликос” - сладкий). Он же доказал, что осадок представляет собой свинцовые соли так называемых жирных кислот.
Состав, строение жиров.
Жиры – это смесь сложных эфиров, образованных трехатомным спиртом (глицерином) и жирными кислотами, имеющих в углеводородном радикале от 4 до 24 атомов углерода.
Кислоты, содержащиеся в природных жирах, являются монокарбоновыми с нормальной цепью и четным числом атомов углерода (за некоторым исключением).
Из всех непредельных кислот, содержащихся в природных жирах, наиболее распространены:
- олеиновая кислота С17Н33СООН,
- линолевая кислота С17Н31СООН,
- линоленовая кислота С17Н29СООН.
- Из предельных кислот распространены:
- пальмитиновая кислота С15Н31СООН,
- стеариновая кислота С17Н35СООН,
- миристиновая кислота С13Н27СООН.
Номенклатура.
По систематической номенклатуре жиры называют триацилглицеринами. У ацилов суффикс – оил (ленолеоил, пальмитоил, стеароил и т.д.)
Классификация жиров.
Жиры можно классифицировать по составу на простые - если все ацильные остатки одинаковые, и смешанные - если ацильные остатки разные.
Жиры можно классифицировать по происхождению на животные и растительные. Растительные жиры называют маслами.
Жиры можно разделить на жидкие (большинство растительных масел, жиры рыб и морских млекопитающих) и твердые (жиры наземных животных, кокосовое масло). Жидкие жиры содержат 70-85% непредельных кислот, а твердые жиры содержат около 50 % и более предельных кислот.
Растительные жиры (масла) делят на:
- высыхающие, т.е. окисляющиеся и затвердевающие на воздухе (имеющие две или более двойные связи: льняное, маковое, конопляное масло).
- полувысыхающие, (имеющие одну-две двойные связи: подсолнечное, соевое, хлопковое масло).
- невысыхающие, (имеющие одну двойную связь: арахисовое, касторовое, оливковое, пальмовое, кокосовое масло).
Какие физические свойства жиров вы знаете и можете назвать?
Да. Жиры - это жидкие, мазеобразные или твердые вещества, легкоплавкие, нерастворимы в воде, хорошо растворимы в неполярных растворителях (ацетоне, бензине, тетрахлорметане), плохо - в низших спиртах. Не имеют точки плавления, плавятся в интервале температур, так как представляют собой смеси разных молекул. Не кипят при обычных условиях, при высоких температурах разлагаются. Эмульгируются щелочами. Плотность жиров меньше 1 г/мл.
Эксперимент: в три пробирки налить по 5 мл воды, ацетона, раствора гидроксида натрия и добавить в них по нескольку капель растительного масла. Учащиеся наблюдают, что происходит при встряхивании пробирок. После обсуждения эксперимента учащиеся записывают вывод в тетрадь о физических свойствах жиров: нерастворимы в воде, легче воды, хорошо растворяются в органических растворителях, эмульгируются щелочами.
Химические свойства жиров.
1). Каждый слышал такую фразу: при физической нагрузке человек сжигает жир. Выражение образное, но не лишено химического смысла. Мы уже вспомнили, что при расщеплении и окислении жиров в организме выделяется значительное количество энергии, необходимой для протекания жизненно важных эндотермических процессов поддержания постоянной температуры тела. Т.е жиры, как большинство органических соединений горят.
Эксперимент: в форфоровой чашке налито несколько мл растительного масла и помещен фитиль. Фитиль поджечь. Жир горит ярким сильно коптящим пламенем.
До 19в. для освещения улиц и домов использовали китовый жир и сало. Помимо того, что пищевое сырье использовалось для технических целей, это привело к массовому истреблению редких животных.
2). Двойные связи непредельных кислот, входящих в состав жира, могут быть прогидрированы в присутствии никелевых катализаторов. Продукты гидрирования известны под названием салолин, саломас. Гидрогенизацией некоторых распространенных растительных масел (арахисовое, соевое, хлопковое) получают пищевые жиры, например маргарины.
Сравните цены 1 л растительного масла и 1 кг животного жира. Твердые жиры более дорогостоящи и ценны. По химическому составу они отличаются лишь наличием двойных С = С связей в углеводородных радикалах жидких жиров.
Эксперимент: 3 капли растительного масла + 2 капли Na2СО3 + 2 капли раствора KMnO4 встряхивают. Малиновая окраска исчезает. Значит произошло обесцвечивание раствора KMnO4, что показало и доказало наличие кратных связей в растительных жирах.
Впервые маргарин появился на свет более 100 лет назад для обозначения продукта, полученного французским химиком Меж-Мурье в 1869 году. Император Франции Наполеон III пообещал крупный приз тому, кто сумеет найти дешевый заменитель сливочного масла в рационе солдат. Меж-Мурье предложил схему производства, сохранившуюся в своей основе вплоть до наших дней. Он представил на конкурс продукт, который был назван маргарином потому, что в его составе предполагалось преобладание маргариновой кислоты С16Н33 СООН. В выборе названия немалое значение имел и внешний вид полупрозрачной голубоватой массы продукта (от греч. “маргон” - жемчуг).
В 1930 году маргарин начали получать в СССР.
Маргарин – это твердый жир, содержащий только остатки предельных карбоновых кислот. Поэтому маргарин не будет проявлять свойства непредельных углеводородов.
Сливочное масло – содержит остатки непредельных кислот, поэтому будет обесцвечивать бромную воду или раствор перманганата калия.
Представьте, что вы частный предприниматель в сфере торговли и собираетесь закупить оптовую партию сливочного масла. Сейчас много недобросовестных производителей, которые фальсифицируют пищевые продукты, и сливочное масло часто становится объектом фальсификации. К нему подмешивают более дешевые продукты: маргарин или растительные масла. Обнаружить подделку и доказать её можно с помощью сложных и дорогостоящих анализов. Но есть и такие признаки, которые можно обнаружить и без всяких анализов и которые должны насторожить вас при покупке. Какие это признаки?
Эксперимент: опустить в раствор KMnO4 кусочек исследуемого жира, если раствор обесцветился, значит – это сливочное масло, если не обесцветился, значит это маргарин.
3). Одним из важнейших свойств жиров, как и других сложных эфиров, является реакция гидролиза – (гидро – вода, лиз – разрушение). В незначительной степени гидролиз протекает и при хранении жира под действием влаги, света и тепла. Жир становится прогорклым - т.е. приобретает неприятный вкус и запах, обусловленный образующимися кислотами:
Данная реакция является обратимой. Для получения глицерина и жирных кислот реакцию проводят в кислой среде при кипячении или под давлением.
4). Среди реакций жиров особое значение имеет гидролиз, идущий в присутствии оснований. Щелочной гидролиз называют омылением. Он в отличии от кислотного необратим, и в результате его получаются щелочные соли высших карбоновых кислот – мыла.
Мыло – щелочная соль высших карбоновых кислот.
Жидкое мыло образовано солями калия, а твердое мыло – солями натрия.
Хозяйственное мыло предназначено для стирки. Его качество в соответствии с назначением определяется содержанием жирных кислот, массовая доля которых (в %) отпечатывается на одной из граней куска: чем она выше, тем обильнее пена, тем лучше моет и стирает мыло. Вторым критерием качества является наличие свободной щелочи. Вот здесь, наоборот: чем меньше ее, тем лучше – ведь щелочь вредна и для кожи человека, и для тканей, особенно шерсти и шелка. В последние годы хозяйственное мыло получают из синтетических жирных кислот.
Для получения мыла высших сортов ядровое мыло, образующееся в начальной стадии технологического процесса, высушивают, перетирают 2 – 3 раза на вальцах, смешивают с добавками (отдушка, красители, смягчители кожи) и формирую куски туалетного, банного, детского мыла. В таком продукте массовая доля жирных кислот достигает 80%.
А что было до этого, чем мылись раньше? В древности женщины на Руси, стремясь сохранить пушистость, мягкость и блеск волос, пользовались таким рецептом: в дубовом ведре тщательно размешивается со свежей ключевой или дождевой водой ковш золы, да не простой, а лучше еловой или от подсолнечника, постоит такая смесь сутки. Процедит осторожно через чистую тряпочку или сольет девушка воду с осадка, разведет ее чистой водой, подогреет в рубленой бане и вымоет свои прекрасные волосы. В золе содержится много карбонат - ионов и ионов калия, что создает в ее водном растворе щелочную среду и способствует умягчению воды за счет выведения ионов кальция и магния в виде нерастворимых веществ. Такой раствор при стирке или при мытье волос продолжает гидролизоваться, разрушая жиры. В результате получается хорошо растворимый в воде глицерин. Анионы же высшей жирной кислоты вместе с иными видами загрязнений образуют эмульсию, которая выносится раствором при ополаскивании.
В Европу мыло проникло в семнадцатом веке. Доступно оно было не всем, так как было дорогое. Настоящая мыловаренная промышленность развилась в первой половине девятнадцатого века благодаря трудам французского химика М.Шевреля.
Из курса истории вы помните, что во время великой Отечественной войны Ленинград (а ныне Санкт-Петербург) был блокирован гитлеровцами почти на 2.5 года. Все было в Ленинграде за это время: голод, холод, нехватка лекарств, но удивительно, что не было эпидемий инфекционных заболеваний, которые обычно сопутствуют таким жизненно тяжелым ситуациям. А помогло ленинградцам то, что они сами варили мыло как дезинфицирующее средство из жиров различных животных – собак, крыс, кошек.
Мыловарение – один из самых древних химических процессов, стоящих на службе человека. Уже в 1в. использовали процесс омыления для получения твердых и жидких мылоподобных продуктов путем кипячения жиров с золой наземных растений (содержащих соли калия) или морских водорослей (содержащих соли натрия). Натриевые соли высших карбоновых кислот имеют твердое агрегатное состояние, а калиевые – жидкое.
“Мыло душистое” в быту незаменимо. Но и оно не без недостатков: плохо мылится в жесткой воде, а при стирке в такой воде на белой одежде остается сероватый налет. Жёсткая вода содержит катионы Са2+ и Mg2+. В такой воде мыло теряет моющую способность. Кальциевые и магниевые соли высших карбоновых кислот нерастворимы в воде. Вместо пены они образуют хлопья (осадок) и мыло расходуется бесполезно:
2C17 H35 COONa + Ca2+ —> (C17 H35 COO)2 Ca 
+ 2Na+
Этого недостатка лишены синтетические моющие средства, представляющие собой натриевые соли высших сульфокислот или алкилбензолсульфокислот. Принцип действия синтетических моющих средств точно такой же, как и у мыла, однако они имеют некоторые преимущества:
- не теряют моющую способность в жесткой воде;
- не разъедают руки, т.к. не дают щелочной реакции в растворе.
Но остатки синтетических моющих средств в сточной воде очень медленно разлагаются биологическим путем и вызывают загрязнение окружающей среды.
5). Весьма важными являются реакции полимеризации масел. По этому признаку растительные масла делят на высыхающие, полувысыхающие и невысыхающие. Высыхающие в тонком слое образуют блестящие тонкие пленки. На этом основано использование этих масел для приготовления лаков и красок.
Практические советы.
Вам надо удалить пятно от подсолнечного масла. Растительное масло хорошо растворяется в бензине или керосине.
Если вы за праздничным столом посадили на одежду жирное пятно и не можете заняться его выведением, рекомендуется немедленно засыпать пятно солью. Соль адсорбирует жиры. Можно также воспользоваться с этой целью зубным порошком.
При старении пятна растительного масла, особенно на свету и при повышенных температурах, образуются прочные полимерные соединения, также за счет двойных связей происходит взаимодействие молекул жира с молекулами ткани. Вывести такое пятно очень трудно, поэтому жирное пятно выводите сразу сами или в “Еврочистке”.
Получение жиров.
Источниками жиров являются живые организмы. Среди животных это коровы, свиньи, овцы, гуси, киты, тюлени, рыбы: акула, тресковые, сельди. Из печени трески и акулы получают рыбий жир – лекарственное средство, из сельдевых – жиры, используемые для подкормки сельскохозяйственных животных.
Источниками масел являются растения: хлопка, льна, сои, арахиса, кунжута, рапса, горчицы, оливы, подсолнечника, конопли, клещевины, мака, масличной пальмы, кокоса и многих других.
Из живых организмов и растений жиры получают:
- Вытапливанием
- Экстрагированием
- Прессованием
- Сепаратированием
- Гидрированием жиров в технике.