Тема – 44: Жиры и их свойства. Физические и химические свойства, строение жиров

Тема – 44: Жиры и их свойства. Физические и химические свойства, строение жиров.

Студент должен:

Знать:

·  Строение, свойства, получение и применение сложных эфиров.

·  Превращение жиров пищи в организме

Уметь:

·  Называть сложные эфиры по систематической номенклатуре.

·  Составлять уравнения реакции, характеризующих химические свойства жиров.

Жиры в природе. Физические свойства.

Жиры широко рас­пространены в природе. Наряду с углеводами и белками они входят в состав всех растительных и животных организмов и составляют одну из основных частей нашей пищи.

Животные жиры, как правило, твердые вещества. Раститель­ные жиры чаще бывают жидкими, их называют еще маслами.

Все жиры легче воды. В воде они нерастворимы, но хорошо растворяются во многих органических растворителях (дихлорэтане, бензине).

Строение жиров.

Строение жиров было установлено благодаря трудам французских химиков М. Шевреля и М. Бертло. Нагревая жиры с водой (в присутствии щелочи). М. Шеврель еще в начале XIX в. установил, что, присоединяя воду, они раз­лагаются на глицерин и карбоновые кислоты стеариновую, олеиновую и др. М. Бертло (1854 г.) осуществил обратную реак­цию. Он нагревал смесь глицерина с кислотами и получил при этом вещества, аналогичные жирам. Очевидна, М. Шеврель про­вел реакцию гидролиза сложного эфира, а М. Бертло осущест­вил реакцию этерификации, т. е. синтез сложного эфира. На основании этих данных легко прийти к выводу о строении жиров.

·  Жиры — это сложные эфиры трехатомного спирта глице­рина и карбоновых кислот.

Такие эфиры чаще всего образуются не с одной какой-либо кислотой, а с разными кислотами, что можно выразить следую­щим уравнением:

В большинстве случаев жиры образованы высшими предель­ными и непредельными карбоновыми кислотами главным образом пальмитиновой С15Н31—СООН, стеариновой С17Н35—СООН, олеиновой C17H33 —СООН, линолевой C17H31 — СООН и некото­рыми другими. В меньшей степени в образовании жиров участ­вуют низшие кислоты. Встречаются, например, масляная кис­лота С3Н7—СООН (в сливочном масле), капроновая кислота С5Н11—СООН и др.

Жиры, образованные преимущественно предельными кисло­тами, твердые (говяжий жир, бараний жир). С повышением содержания непредельных кислот температура плавления жиров понижается, они становятся более легкоплавкими (свиное сало, сливочное масло). Жидкие жиры образованы главным обра­зом непредельными кислотами (льняное, подсолнечное и другие масла).

Химические свойства.

Химические свойства жиров опреде­ляются принадлежностью их к классу сложных эфиров. Поэтому наиболее характерная для них реакция — гидролиз.

Реакция гидролиза жиров, как и других сложных эфиром, обратима. Выразим это упрощенным уравнением:

Жиры как питательные вещества.

Жиры являются важной составной частью нашей пищи. При их окислении в организме выделяется в два раза больше теплоты, чем при окислении таких же количеств белков и углеводов.

Как вещества нерастворимые в воде, жиры не могут непосред­ственно всасываться в организм из органов пищеварения. Под влиянием фермента поджелудочного и кишечного сока они пред­варительно расщепляются в тонких кишках на глицерин и кар­боновые кислоты. Продукты гидролиза всасываются ворсинками кишечника и снова образуют жир, свойственный уже данному организму. Синтезированный жир по лимфатической системе поступает в кровь и переносится ею в жировую ткань. Отсюда жиры поступают в другие органы и ткани организма, где в про­цессе постоянного обмена веществ в клетках снова подвергаются гидролизу и затем постепенному окислению. В конечном счете они окисляются до оксида углерода (IV) и воды. Эти экзотерми­ческие реакции дают организму энергию, необходимую для жиз­недеятельности. Расход жиров восполняется в процессе питания организма.

Гидролиз жиров в технике. Реакция гидролиза используется в технике для получения из жиров глицерина, карбоновых кис­лот, мыла.

Глицерин и кислоты образуются при нагревании жира с водой в автоклавах.

Для получения мыла кислоты нагревают с раствором карбо­ната натрия (составьте уравнение происходящей при этом ре­акции). Чтобы выделить мыло, в раствор добавляют хлорид нат­рия, при этом мыло всплывает наверх в виде плотного слоя — ядра. Из этой массы готовят так называемое ядровое мыло — обычные сорта хозяйственного мыла.

Гидрирование жиров. Для получения мыла и других веществ требуются преимущественно твердые жиры. Между тем они являются весьма ценным продуктом питания. Поэтому давно возник­ла мысль превращать более дешевые растительные масла в твер­дые жиры, которые затем можно было бы подвергать той или иной технической переработке.

Вспомним, что жидкие жиры отличаются от твердых непредельностью своего состава — наличием двойных связей в углево­дородных радикалах. Значит, подобно тому как жидкие непре­дельные кислоты могут быть превращены в твердые путем при­соединения к ним водорода, таким же путем можно превратить жидкие жиры в твердые.

Сущность способа заключается в том, что через нагретую смесь масла с тонко измельченным катализатором (никелевым или медно-никелевым) пропускают водород под давлением (см. цвет. табл. II). Водород присоединяется по месту двойных связей в углеводородных радикалах, и масло превращается в твердый жир, например:

В промышленности процесс гидрирования осуществляют в ряде последовательно соединенных автоклавов по непрерывному методу. Проходя через систему автоклавов, жир подвергается все большему гидрированию; в результате получается масса, похожая по своей консистенции на сало. Поэтому гидрирован­ное масло называют еще саломасом. От катализатора саломас отделяется при помощи фильтрования.

Гидрированный жир — полноценный продукт для производст­ва мыла, а при использовании определенных сортов масел — и для употребления в пищу, например в составе маргарина.

Синтетические моющие вещества.

Производство мыла требует большого расхода жиров. Между тем жиры — ценнейший про­дукт питания. Чтобы сберечь их для народного потребления, мыло следует получать из непищевого сырья. Органическая хи­мия предоставляет такие возможности.

Вспомним, что в состав мыла входят соли карбоновых кислот. Сейчас такие кислоты получают в промышленности окислением углеводородов, входящих в состав парафина. Процесс ведут в аппаратах колонного типа, продувая через расплавленную смесь углеводородов воздух при температуре около 120°С в присутствии соединений марганца в качестве катализатора (рис. 45). При этом происходит разрыв, как бы крекинг, молекул углеводо­родов и окисление образующихся концевых групп в карбоксиль­ные, например:

В результате образуется смесь различных кислот и других кислородсодержащих соединений, которую подвергают разделе­нию. Нейтрализацией кислот получают соли. Эти соли (в смеси с наполнителем) идут на производство туалетного и хозяйствен­ного мыла.

Мыла, получаемые из синтетических кислот, будучи аналогич­ны по своей химической природе обычным мылам, обладают и их недостатками. Например, они плохо моют в жесткой воде. Поэтому сейчас развивается производство моющих средств дру­гого типа.

Один из видов синтетических моющих средств представляет собой соль кислых сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты. Схему получения его в общем виде можно представить так:

По строению такие соли сходны с солями, составляющими обычное мыло: они также состоят из нерастворимой в воде длинной углеводородной цепи и рас­творимой функциональной группы атомов. Поэтому они, как и мыла, поверх­ностно-активны и обладают хорошим моющим действием. В отличие от обыч­ного мыла, такие вещества не утрачивают моющих свойств в жесткой воде, так как образующиеся при этом кальциевые и магниевые соли оказываются раство­римыми и, следовательно, поверхностно-активное вещество остается в воде, а не выпадает в осадок.

Производство синтетических моющих средств — одно из особенно быстро развивающихся направлений современной промыш­ленности органической химии.

Моющие средства в процессе их использования не подверга­ются разрушению; поступая со сточными водами в водоемы, они могут загрязнять окружающую среду. Поэтому, создавая новые препараты, стремятся обеспечить не только высокие моющие свойства, но и биоразлагаемость этих веществ — последующее уничтожение в природе некоторыми видами микроорганизмов в процессе их жизнедеятельности. Биологическое разрушение в природных условиях — обязательное требование к выпускаемым в нашей стране синтетическим моющим веществам.