Омыление жиров — готовим мыло профессионально. Липиды

Каждый, кто уже пытался варить мыло с нуля, наверняка знает, что такое мыльный калькулятор. Но как он работает, и откуда берутся выдаваемые им показатели? В этой статье мы поговорим о базовых принципах мыловарения и расскажем, что такое щелочь, почему без нее никак нельзя изготовить мыло «с нуля», как рассчитывать ее количество и почему нужно разводить ее в воде.

Омыление.
Омылением называется реакция щелочного гидролиза жиров, сущность которой состоит в расщеплении молекула жира (масла) на глицерин и жирные кислоты; последние в щелочной среде образуют соли (которые суть и есть наше мыло):

Однако, если мы просто положим сухие шарики щелочи в твердое или даже жидкое масло, то ровным счетом ничего не произойдет. Жиры гидролизуются и становятся в состоянии реагировать с щелочью только в водной среде.

Таким образом, поскольку щелочь всегда действует в водном растворе, эту формулу можно представить более просто:

Щелочь + Вода + Жир = Мыло + Глицерин

Как видно из этой формулы, обойтись без щелочи в процессе мыловарения никак нельзя. Если же заморачиваться с суровой химией на дому все же не хочется, то ваш выбор – мыло из основы. Основа содержит уже готовые соли жирных кислот, так что проводить омыление самому не придется. Но продолжим про мыло с нуля.

Природные масла представляют собой смесь, содержащую различные по строению и массе молекулы жиров. Чтобы реакция омыления в такой смеси прошла полностью, и при этом не образовался избыток едкой щелочи, необходимо точно подобрать количества взаимодействующих компонентов.

Это можно сделать и самостоятельно, зная состав каждого масла и рассчитав параметры соответствующих химических реакций. Однако, чтобы облегчить мыловарам эту задачу была составлена таблица омыления для наиболее часто используемых масел (см. таблицу в конце статьи).

Кстати, в отличие от мыльного калькулятора, эту таблицу можно распечатать и взять с собой на необитаемый остров, где нет электричества и интернета. Ну, если вы внезапно захотите поварить мыло в совсем полном одиночестве.

Для получения твердого мыла используется NaOH (едкий натр или каустическая сода), тогда как для жидкого рекомендуется применять KOH (едкое кали, оно же каустический поташ).

Чтобы просто и быстро определить, сколько щелочи необходимо для полного омыления нужного количества масла надо умножить массу масла на коэффициент из таблицы. А для приготовления мыла из смеси нескольких масел нужно отдельно посчитать количество щелочи, необходимое для каждого из компонентов, а затем просто сложить полученные веса.

Пример: рассчитаем количество едкого натра, необходимое для полного омыления 0,5 кг масла ши и 0,5 кг кунжутного.

Ши: 500 грамм умножаем на табличный коэффициент масла какао для NaOH, т. е. на 0,1282 и получаем: 500*0,1282 = 64,1 грамма NaOH.

Кунжут: аналогично, 1000*0,1376 = 68,8 грамма NaOH.

Всего потребуется 64,1+ 68,8 = 132,9 грамма щелочи.

Необходимое разведение щелочи.

Не стоит забывать, что масса щелочи считается для твердого порошка (или гранул) 100%-й щелочи, а не для ее водного раствора. Остановимся на этом подробнее. Дело в том, что наиболее часто используемый принцип разбавл ения – брать воду из расчета 33% от веса масел. Это значение стоит «по умолчанию» в большинстве мыльных калькуляторов:

Однако надо понимать, что сама вода как таковая в реакцию не вступает, и уж тем более, никак не реагирует с маслом, а служит реакционной средой, растворителем! Она нужна именно для создания реакционной среды – чтобы щелочь могла полноценно проявить свои свойства, а также для гидролизации жира, т.е. его подготовки к собственно химическому взаимодействию.

Таким образом, главное, на что влияет количество добавленной воды – это по сути скорость затвердевания сваренного мыла. При этом даже правильнее рассчитывать воду не сколько от масла/жира, а от всей реакционной массы. Обычно это требуется при варке совсем небольших объемов мыла или при использовании незнакомых рецептов, где важно не переборщить с водой или подозревается долгое затвердевание:

Пример: разведем щелочь водой в количестве 33% от массы реакционной смеси.
*для 100 граммов кокосового масла это 0,33*(100+18,3) = 39 граммов,
*а для 100 граммов масла жожоба = 0,33*(100+6,6) = 35,2 грамма.

Если по каким-то причинам вам нужно, чтобы мыло сохло помедленнее – разводите щелочь в большем количестве воды. И наоборот, чтобы ускорить процесс, добавьте ее меньше.

Важная деталь! Не стоит разводить щелочь с водой меньше, чем 1:1! То есть масса воды всегда должна быть равна или больше, чем масса щелочи.

Таблица коэффициентов омыления.

При перепечатке или копировании статьи просим указывать активную ссылку на сайт и авторство.

Как известно из общей химии, реакция между двумя или. не­сколькими веществами происходит при их непосредственном кон­такте. Скорость реакции зависит от количества веществ, соприка­сающихся между собой в единицу времени. Наилучшие условия для проведения химических реакций создаются, когда компоненты, участвующие в реакции, находятся в растворе.

Скорость омыления нейтральных жиров едкими щелочами. Жиры практически нерастворимы ни в воде, ни в водном растворе едкой щелочи, поэтому при добавлении раствора щелочи к жиру образуются два слоя: вверху - жир, внизу- раствор щелочи. Реакция между ними в этих условиях происходит только на гра­нице их соприкосновения. Поскольку эта пограничная поверхность очень мала по отношению к массе жира, реакция омыления про­текает медленно.

Для ускорения реакции необходимо, чтобы вся масса жира и раствора щелочи пришла в максимально тесное соприкосновение друг с другом. Этого достигают путем их энергичного перемеши­вания. В результате перемешивания жир разбивается на мельчай­шие капельки, которые распределяются в растворе щелочи. При очень сильном дроблении капелек жира они образуют эмульсию, которая представляет собой взвесь капель одной жидкости в дру­гой, с ней не смешивающейся. Чем меньше диаметр капелек жира, т. е. чем больше дисперсность частиц эмульсии, тем она устойчи­вее, тем быстрее протекает реакция омыления. В очень тонких эмульсиях реакция омыления протекает в 20-30 раз быстрее, чем в грубых.

Эмульсии жира и водного раствора щелочи легко разрушают­ся под влиянием разных причин - высокой температуры, повышен­ной концентрации растворов щелочи и соли и др.

Для получения устойчивой эмульсии в обрабатываемую - смесь добавляют вещества, называемые эмульгаторами. При омылении жиров эмульгатором служит само мыло, образующееся в началь­ный период омыления или специально вводимое в аппарат. Под­держание устойчивой эмульсии - основное условие нормального и быстрого омыления жиров.

Скорость реакции омыления триглицеридов (нейтральных жи­ров) резко возрастает при наличии в массе 20% мыла и более. Это объясняется тем, что мыльный раствор такой концентрации довольно легко растворяет жиры. Благодаря этому увеличивается контакт между реагирующими веществами, что, как известно, ведет к ускорению реакции. Этот фактор имеет также существен­ное значение для организации непрерывного процесса варки мыла.

Скорость реакции увеличивается с повышением температуры. Но, поскольку первоначальный период реакции омыления проте­кает в эмульсии, устойчивость которой понижается с повышением температуры, сначала омыление следует вести при относительно невысокой температуре (60-80°С). После получения в реакцион­ной среде достаточного количества мыла температуру в аппарате повышают до 100-105°С.

Реакция омыления протекает быстрее при повышении концент­рации раствора едкой щелочи. В начале процесса омыления при­меняют растворы щелочи небольшой концентрации, примерно в 2 раза ниже предельной, а когда в реакционной массе содержа­ние омыленного жира повышается до 20% от загружаемой жиро­вой смеси, концентрацию раствора увеличивают.

Для каждой жировой смеси существует своя определенная, оптимальная, концентрация щелочи, которая должна быть на 1- 2% ниже предельной (см. с. 47 «Действие электролитов на мыль­ный клей»).

Триглицериды, в состав которых входят высокомолекулярные кислоты, омыляются труднее по сравнению с триглицеридами, в состав которых входят кислоты более низкой молекулярной массы.

На рис. 1 приведена кривая, характеризующая скорость омы­ления жиров.

Из рисунка видно, что в первый период (до образования на­чального количества мыла) процесс идет сравнительно медленно и кривая поднимается полого (участок 1). Этот этап соответствует эмульсионному периоду, когда скорость омыления зависит от об­разования устойчивой эмульсии. После омыления примерно 20% загруженных жиров, когда жиры растворяются в омыляемой массе, наступает второй этап - быстрое омыление, и кривая круто поднимается вверх (участок 2). К моменту, когда в реакцию вступает примерно 80-85"% всех жиров, скорость реакции омыле­ния заметно уменьшается (участок 3). Это происходит, во-первых, из-за снижения концентрации едкой щелочи и жира к этому мо­
менту и, во-вторых, в мыльной массе повышается концентрация

Глицерина.

Когда в реакционной массе остается сравнительно небольшое количество неомыленного жира, скорость реакции падает и по­следний отрезок кривой идет почти параллельно горизонтальной линии (участок 4).

Реакция омыления нейтральных жиров является экзотермиче­ской, т. е. при омылении выделяется большое количество тепла.

Поэтому после омыления при­мерно 20% всей жировой смеси, когда процесс идет наиболее энергично, загрузку остальной части жиров и раствора едкой щелочи можно вести при выклю­ченном паре, так как выделяю­щегося тепла достаточно для поддержания высокой температу­ры и кипения мыльной массы. Это обеспечивает экономию пара и предохраняет мыльную массу от выброса из котла.

Скорость нейтрализации и доомыления расщепленных жи­ров едкими щелочами. Расщеп­ленные жиры состоят из 92-96% жирных кислот и 4-8% ней­тральных жиров (триглицеридов). Омыление этой смеси раство­ром едкой щелочи происходит значительно быстрее, чем нейтраль­ного жира. В этом случае процесс проходит в две стадии: I ста­дия - моментальная нейтрализация жирных кислот при их сопри­косновении с раствором едкой щелочи и сравнительно быстрое омыление основной массы нейтрального жира, находящегося в растворе мыла; II стадия - замедленное доомыление небольшого количества оставшегося нейтрального жира и жирных кислот при незначительном избытке свободной едкой щелочи (см. рис. I учас­ток 3).

В целом реакция заканчивается примерно в 2 раза быстрее, чем при омылении нейтрального жира.

Скорость нейтрализации жирных кислот углекислыми щелоча­ми. Для достижения максимальной скорости нейтрализации жир­ных кислот в открытом аппарате процесс необходимо вести при следующих условиях: температура реакционной массы должна

Быть не ниже 100°С; массу следует интенсивно перемешивать острым паром или воздухом; из реакционной среды необходимо возможно быстрее отводить выделяющийся углекислый газ; ра­створ углекислой соды должен быть возможно более высокой концентрации; подачу жирных кислот и раствора щелочи надо вести сверху через душевые кольца.

При нейтрализации жирных кислот, не содержащих нейтраль­ного жира, реакция идет почти моментально и скорость процесса

В целом ограничивается только техническими причинами, т. е. возможностью по времени обеспечить соблюдение указанных ус­ловий ведения процесса.

Химические свойства жиров проявляются в их способности к гидролизу, прогорканию, высыханию и гидрогенизации.

Омыление

Триглицериды жирных кислот способны к превращениям, характерным для сложных эфиров. Под влиянием едких щелочей происходит расщепление эфирных связей, в результате чего образуются свободный глицерин и щелочные соли жирных кислот (мыла).

Реакция гидролиза в присутствии щелочи (омыления) широко используется для приготовления бытовых и медицинских мыл, а также для выяснения состава жиров и их доброкачественности. С этой целью определяют число омыления , то есть количество миллиграммов едкого калия (KOH), необходимое для нейтрализации свободных и связанных в виде триглицеридов жирных кислот, содержащихся в 1 г жира.

Прогоркание

Этот сложный химический процесс происходит при хранении жира в неблагоприятных условиях (доступ воздуха и влаги, свет, тепло), в результате чего жиры приобретают горьковатый вкус и неприятный запах. Если жиры в этих условиях подвергаются действию фермента липазы, то происходит их разложение, аналогичное реакции омыления. Этот вид порчи жира легко контролируется по величине кислотного числа (КЧ). Под этой константой понимается количество милиграммов едкого калия (KOH), которое необходимо для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира. Доброкачественные жиры содержат небольшое количество свободных жирных кислот.

С помощью других констант можно определить природу содержащихся в масле свободных жирных кислот. Так, по числу Рейхерта-Мейсля можно судить о количестве летучих растворимых в воде кислот, а по числу Поленске - о количестве летучих кислот, нерастворимых в воде. Числом Рейхерта-Мейсля называется количество миллилитров 0,1 Мэ раствора едкого калия, необходимое для нейтрализации летучих, растворимых в воде жирных кислот, полученных при строго определенных условиях из 5 г жира. Число Поленске устанавливают вслед за определением летучих кислот в той же навеске жира. Выпавшие жирные кислоты переводят в спиртовой раствор и титруют 0,1 Мэ спиртовым раствором едкого калия.

Для более точного представления о количестве содержащихся в жирах глицеридов из числа омыления вычитают кислотное число и получают так называемое эфирное число (ЭЧ), которое характеризует только связанные жирные кислоты.

Иногда прогоркание жиров зависит от жизнедеятельности микроорганизмов, вызывающих окисление отщепленных жирных кислот в кетоны или альдегиды. Однако чаще всего прогоркание жиров обусловливается окислением ненасыщенных жирных кислот кислородом воздуха. Последний может присоединяться по месту двойных связей, образуя перекиси.

Кислород может присоединяться также и к углеродному атому, соседнему с двойной связью, образуя гидроперекиси.

Образовавшиеся перекиси и гидроперекиси подвергаются разложению с образованием альдегидов и кетонов. Для характеристики окислительного прогоркания жира используется константа, известная под названием перекисное число , которое выражается количеством иода, пошедшего на разрушение перекисей.

Высыхание

Намазанные тонким слоем жидкие жиры ведут себя на воздухе по-разному: одни остаются без изменения жидкими, другие, окисляясь, постепенно превращаются в прозрачную смолоподобную эластичную пленку - линоксин, нерастворимую в органических растворителях. Масла, не образующие пленку, называются невысыхающими. Главной составной частью в таких маслах являются глицериды олеиновой кислоты (с одной двойной связью). Масла, образующие плотную пленку, называются высыхающими. Главной составной частью в таких маслах являются глицериды линоленовой кислоты (с тремя двойными связями). Масла, образующие мягкие пленки, называются полувысыхающими. Главной составной частью в таких маслах являются глицериды линолевой кислоты (с двумя двойными связями). Способность некоторых масел к высыханию широко используется в народном хозяйстве (лакокрасочная промышленность). Для медицины, наоборот, представляют интерес масла невысыхающие, поскольку они используются для парентерального введения лекарственных средств.

Гидрогенизация

По месту двойных связей, помимо галогенов, легко присоединяется также водород. В результате такого присоединения жирные кислоты из ненасыщенных переходят в насыщенные; жиры при этом приобретают плотную консистенцию. Реакция гидрогенизации широко используется для получения плотных жиров из растительных масел. Среди них имеются пищевые жиры (маргарин, саломас) и жиры, используемые в фармации (основы для мазей и суппозиториев) и косметике. Гидрогенизация масел проводится при высокой температуре в присутствии катализатора (губчатый никель). Регулируя приток водорода, получают жиры с различной температурой плавления и другими свойствами в зависимости от замещения двойных связей. Эта сторона процесса очень существенна для получения фармацевтических основ с заданными свойствами.

Лабораторная работа № 6

Свойства липидов

Опыт 1. Эмульгирование жира.

Принцип метода. При взбалтывании жира с водой, раствором желчи, белка, мыла, соды образуется эмульсия. Вода с жиром дает нестойкую, а остальные растворы стойкую эмульсию.

Это обусловлено тем, что поверхностно – активные частицы желчных кислот, белка, мыла обволакивают капельки жира и препятствуют их слиянию. Эмульгирование жира содой обусловлено образованием мыла в результате взаимодействия углекислого натрия с присутствующими в жире свободными жирными кислотами.

Порядок выполнения работы.

В 4 пробирки наливают по 1 мл: в первую – дистиллированной воды, во вторую – 1% раствора яичного белка, в третью – 1% раствора мыла, в четвертую – 1% раствора углекислого натрия Na 2 CO 3 10H 2 O. В каждую пробирку добавляют по 2 капли растительного масла и тщательно взбалтывают.

Результаты работы заносят в таблицу:

Примечание: Степень эмульгирования выражают знаком плюс (+),

Отсутствие эмульгирования выражают знаком минус (–).

Опыт 2. Омыление жиров (гидролиз).

В результате гидролиза происходит расщепление связей в молекулах глицеридов при действии воды, причем элементы воды присоединяются по месту возникающих свободных валентностей с образованием двух структурных элементов жиров - жирных кислот и глицерина. Участвующая в реакции вода диссоциирует на водород и гидроксил. Водород присоединяется к кислотному остатку, а гидроксил - к спиртовому радикалу. Практически процесс распада триглицеридов протекает последовательно, с образованием промежуточных продуктов реакции – моно- и диглицеридов:

Глубина гидролитического распада определяется содержанием свободных жирных кислот и характеризуется величиной кислотного числа жира (КЧ).

Скорость гидролитического расщепления жиров находится в прямой зависимости от концентрации водородных ионов, которые, как и ионы гидроксила, являются катализаторами этой реакции. Процесс гидролиза протекает значительно быстрее в присутствии некоторых металлов или их оксидов, например Zn, ZnO, CaO, MgO.

Низкомолекулярные кислоты сильно меняют вкус и запах жира. По этим изменениям и определяется пищевая порча жира . Из-за гидролиза особенно сильно изменяются органолептические показатели коровьего и кокосового масел, имеющих в своем составе низкомолекулярные летучие жирные кислоты. Высокомолекулярные жирные кислоты вкуса и запаха не имеют, а потому увеличение их содержания при гидролизе не изменяет органолептических показателей жира.

Принцип метода. Омыление – это гидролиз сложных эфиров под действием щёлочи. При этом получается соль органической кислоты (мыло, т. е. смесь солей высших жирных кислот) и спирт (глицерин – трёхатомный спирт)

Омыление жиров производится в автоклавах, щелочью или ферментативным путем (фермент липаза). Быстрее омыление происходит в водно-спиртовом растворе и спиртово-щелочном растворе.

Схема омыления жира:

Порядок выполнения работы.

В пробирку отвешивают 2 г. жира и приливают 5 мл. 1%-ного спиртового раствора щелочи. Пробирку закрывают пробкой со стеклянной трубой (холодильником) и ставят в водяную баню на 10-12 мин. при (t=80 o C). После окончания омыления (образуется однородный раствор мыла) смесь выливают в фарфоровую чашку, добавляют воду и при нагревании на водяной бане удаляют спирт.

Полученный раствор мыла используют для определения составных частей жира.

Оформление опыта: результат опыта и уравнение реакции записывают в тетрадь.

Опыт 3. Гидролиз жира и открытие в гидролизате его составных частей.

Гидролиз жира.

В широкую пробирку пипеткой налейте 20 капель подсолнечного масла и мерным цилиндром 2 − 3 мл 1%-ного спиртового раствора KOH. Пробирку поместите в кипящую водяную баню на 15 − 20 минут до образования однородного раствора. Напишите уравнение реакции гидролиза триглицерида.

жир глицерин стеарат калия

К гидролизату мерным цилиндром прилейте 6 − 8 мл воды, взболтайте и используйте для открытия глицерина и жирных кислот.

Принцип метода. Качественная реакция на определение наличия глицецерина в растворах проводится с раствором сульфата меди (II) и раствором гидроксида натрия. Таким образом, происходит получение глицерата меди – комплексного соединения сине-василькового цвета.

Химический эксперимент проводится так: к раствору сульфата меди (II) приливается раствор гидроксида натрия. Раствор окрашивается в синий цвет – это выпал осадок гидроксида меди (II). Далее добавляется несколько мл гидролизата или глицерина и раствор перемешивается. Наблюдается растворение осадка – образуется комплексное соединение цвета индиго - глицерат меди. Получение его записывается в уравнении:

CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH + Cu(OH) 2 --> Cu(-O-CH 2 -CH-O-)-CH 2 OH

глицерин глицерат меди

При взаимодействии серной или соляной кислоты с гидролизатом или мылом выделяются свободные жирные кислоты, кото­рые всплывают на поверхность жидкости. Реакция идет по следующему уравнению:

2C 17 H 35 COOK + H 2 SO 4 →2C 17 H 35 COOH + K 2 SO 4

стеариновая кислота

Каль­циевые, магниевые соли жирных кислот нерастворимы в воде.

Химизм реакции:

C 17 H 35 COOK + СаCl 2 →(C 17 H 35 COO) 2 Са + 2KCl

Открытие глицерина.

Порядок выполнения работы.

В чистую пробирку мерным цилиндром налейте 2-3 мл разбавленного гидролизата, добавьте равный объем 10 %-ного раствора NaOH и 2 − 3 капли 2 %-ного раствора CuSO 4 . Смешайте. Наблюдайте появление характерного для глицерата меди окрашива­ния раствора. Напишите уравнение реакции образования глицерата меди

Оформление опыта. Записать: как окрашивается гидролизат жира, содержащий глицерин, при взаимодействии с гидроксидом меди (II)? Объясните ход реакции и напишите уравнение реакции.

Открытие жирных кислот.

Порядок выполнения работы.

Оставшийся гидролизат разлейте поровну в две пробирки. В пер­вую мерным цилиндром прибавьте равное количество 10 %-ного раст­вора H 2 SO 4 и поместите её в кипящую водяную баню до образования на поверхности раствора жидкого слоя свободных жирных кислот. Во вторую пробирку пипеткой прибавьте 5 − 6 капель 10 %-ного раст­вора CaCl 2 . Встряхните. Наблюдайте появление осад­ка нерастворимых солей высших жирных кислот (нерастворимого кальциевого мыла).

Оформление опыта. Сделать вывод и написать уравнение реакции.

Опыт 4. Проба на непредельные жирные кис­ лоты.

Принцип метода.Непредельные жирные кислоты способны присоединять галоиды по месту двойных связей.

Остатки непредельных кислот в жирах сохраняют свойства алкенов. Учитель обращается к классу: какие качественные реакции на алкены вы знаете? В первую очередь, это обесцвечивание бромной воды (реакция присоединения) и раствора перманганата калия (реакция окисления). При добавлении к 2 мл растительного масла равного объема бромной воды или раствора КМnO 4 происходит обесцвечивание водного слоя, несмотря на то что масло и вода не смешиваются.

олеиновая кислота

Порядок выполнения работы.

В пробирки наливают 1-2 мл масла, растворяют его в 2-3 мл диэтилового эфира или хлороформа, прибавляют 1-2 капли бромной воды и взбалтывают. Бромная вода – тяжёлая едкая жидкость красно-бурогоцвета с сильным неприятнымзапахом .Молекула брома двухатомна (формула Br 2).

Бромная вода представляет собой разведенный водой бром. Ее в уравнениях реакции принято записывать через такую формулу - Br2, хотя она в растворе находится в виде смеси двух кислот - HBrO (бромноватистая кислота) и HBr (бромоводородная кислота). Данное соединение имеет желто-оранжевый цвет и довольно низкую температуру замерзания. Является сильным окислителем, который способен в щелочной среде окислять катионы таких металлов - Сг+3, Мп+3, Fe+2, Co +2, Ni+3. Добавление Br2 уменьшает водородный показатель раствора (рН), т.к. бромная вода содержит свободные кислоты.

Буровато-желтая окраска бромной воды исчезает, что указывает на присутствие непредельных кислот.

Результат опыта и реакцию занести в тетрадь.

Опыт 5. Открытие лецитина в яичном желтке.

Принцип метода.Лецити́ны находятся в тканях животных и растений, яичных желтках, и состоят из: ортофосфорной кислоты , холина , жирных кислот и глицерина . Из этих компонентов и состоят фосфолипиды , отличающиеся друг от друга составом жирных кислот.

Лецитины относятся к группе жироподобных фосфорсодержащих веществ, называемых фосфатидами.Лецитины являются смешанными глицеридами жировых кислот (пальмитиновой, стеариновой, олеиновой) и фосфорной кислоты, причем из трех гидроксилов фосфорной кислоты один образует эфир глицерина, а второй – сложный эфир с гидроксилом холина (или моноэтаноламина). Таким образом, предполагаемая формула строения лецитинов имеет вид:

Поэтому лецитины, относятся к группе фосфолипидов, не растворяются в воде и ацетоне, но хорошо растворяются в этиловом спирте, эфире и хлороформе.

Вследствие этого они могут быть выделены из раствора добавлением ацетона или воды. Ацето́н (диметилкето́н, 2-пропано́н) – органическое вещество, имеющее формулу CH3-C(O)-CH3 или С 3 Н 6 О, простейший представитель насыщенных кетонов. Своё название ацетон получил от лат. Acetum – уксус.

Порядок выполнения работы.

В две пробирки мерным цилиндром налейте по 1 мл спиртового раствора яичного желтка. В одну пробирку добавьте равное коли­чество воды (при смешивании образуется устойчивая эмульсия), в другую − ацетона(выпадает белый осадок). Наблюдайте образование эмуль­сии лецитина в первой пробирке и его осаждение во второй.

Оформление работы: сделайте заключение о наличии лецитина в желтке куриного яйца, напи­шите структурную формулу лецитина и сделайте вывод о его раство­римости.

Контрольные вопросы.

1. Какие вещества являются растворителями, а какие эмульгаторами жиров?

2. Как определяются составные части жира?

3. Какие жирные кислоты называются насыщенными и ненасыщенными?

4. Укажите различия в структуре и свойствах насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Приведите пример.

5. Напишите уравнение реакции гидролиза жира.

Самостоятельная работа.

1.Назвать условия кислородного обеспечения организма, необходимые для окисления жира в организме человека.

2. Особенности энергетического катаболизма и конструктивного метаболизма жиров в организме человека.

3. Что такое кетоновые тела? Из чего и при каких условиях они образуются?

В группу важных органических веществ - липидов - наряду со стероидами и восками входят жиры. Их содержание в живых клетках колеблется от 5 до 10% от сухой массы клетки. Эти вещества изучают, исходя из особенностей их которые и обуславливают химические свойства жиров. Химия рассматривает эти вещества как продукт реакции этерификации между трехатомным спиртом глицерином и высшими предельными или непредельными карбоновыми кислотами.

В данной статье мы изучим не только их применение в промышленности и значение, но также получение жиров и химические свойства, характерные для данного класса соединений.

История открытия

Строение было изучено в середине 19 столетия. Французский химик Э. Шеврель нагревал их с водой в присутствии щелочи и нашел в продуктах реакции молекулы жирных карбоновых кислот и глицерола. М. Бертло провел при нагревании глицерина со смесью стеориновой и пальметиновой кислот он получил триглицерид - жир. На основании этих экспериментов было сделано заключение, что изучаемые вещества относятся к классу эстеров. Химические свойства жиров подтвердили этот вывод.

Жиры - сложные эфиры

Как было доказано опытами М. Бертло и Э. Шевреля, триглицериды представляют собой эстеры трехатомного спирта глицерина и высших одноосновных карбоновых кислот. Жир, содержащий стеориновую или пальметиновую кислоты, является твердым, например, говяжий, свиной, бараний. Если в состав триглицеридов входят ненасыщенные жирные кислоты - олеиновая, линолевая, линоленовая - такие жиры жидкие и называются маслами (подсолнечное, арахисовое, льняное).

Химические свойства жиров отличаются от других эстеров еще и тем, что в состав их молекул могут входить сразу нескольких различных карбоновых кислот.

Физические свойства

Как натуральные, так и синтетические, например, маргарин, триглицериды имеют общие признаки. Главный из них - гидрофобность, невысокая температура плавления и низкая удельная плотность. Они хорошо растворяются в органических растворителях, например, в бензоле, тетрахлорметане. Все жиры легко впитываются пористыми или волокнистыми материалами. Согласно теории органических веществ М. Бутлерова, физические и химические свойства жиров взаимосвязаны между собой. Подтверждение этому факту будет приведено ниже.

Химические реакции триглицеридов

Количественный и качественный состав молекулы жира, а также ее пространственная конфигурация подтверждает факт принадлежности триглицеридов классу эстеров. Их главное химическое свойство - это реакция с водой (гидролиз). Она легко происходит в присутствие катализаторов - щелочей, оксидов магния, цинка или кальция. В продуктах реакции обнаруживается смесь карбоновых кислот и глицерина. Так как реакция жиров с водой обратима, в промышленности создают условия, при которых она проходит до конца - в сторону образования глицерола и высших одноосновных карбоновых кислот. Для этого в реактивную смесь постоянно подают раствор щелочи, а продукты сразу выводят из сферы реакции. Эти приемы предотвращают возможность протекания обратного процесса, приводящего к образованию жира. Гидролиз широко используется в химии органического синтеза для получения вышеназванных веществ.

Реакция щелочного омыления

Продолжим изучать органические вещества - сложные эфиры. Жиры, химические свойства которых представлены реакцией гидролиза, способны также вступать во взаимодействие с щелочами. Эта реакция называется омылением и она противоположна процессу эстерификации. Полученные в результате щелочного омыления глицерол и жирные кислоты обрабатывают содой или едким натром. В результате образуется мыло.

Оно твердое, имеет формулу C 17 H 35 COONa и называется хозяйственным. Если добавить к нему красители, глицерин, косметические отдушки, получим туалетное мыло. Жидкое мыло, в отличие от твёрдых видов, получают в том случае, если жиры в реакции омыления смешивают не с гидроксидом натрия, а с едким калием. Например, пальмитат калия C 15 H 31 COOK - жидкое калиевое мыло. Исходным сырьем для реакции омыления служат дешевые жиры животного или растительного происхождения.

Жидкие жиры - масла

В их состав входят молекулы непредельных карбоновых кислот, имеющих двойные связи. синтезируются в каналах эндоплазматической сети под действием ферментов из глицерина и жирных кислот. А они, в свою очередь, образуются в реакциях цикла Кальвина, происходящих вследствие фотосинтеза. Капли масла накапливаются в семенах, плодах, реже в вегетативных частях растений и служат запасом питательных веществ. Физико-химические свойства жиров, образуемых растениями, обусловлены наличием в их молекулах двойной пи-связи. По месту ее разрыва происходят реакции присоединения, например, атомов водорода. Это приводит к образованию твердых гидрогенизированных триглицеридов.

Химические свойства растительных жиров

Как было сказано ранее, триглицериды растительного происхождения содержат в своем составе высшие ненасыщенные карбоновые кислоты. Масла можно перерабатывать благодаря гидрогенизации. Этот процесс проводят при нагревании и в присутствии катализатора - порошкообразного никеля.

Продукт реакции - твердый жир (саломас). Его используют в производстве стеорина, глицерола и в мыловарении. Если в саломас добавляют сахар, соль, молоко и пищевые красители, то получают пищевой жир - маргарин. При добавлении к нему витаминов и натурального сливочного масла получают так называемое легкое масло - спред.

Синтетические жиры

Они являются более дешевыми, чем натуральные, и отличаются от природных триглицеридов своим составом. Один из главных источников получения синтетических жиров - это природные и попутные нефтяные газы, а также сама нефть. Высшие парафины, содержащиеся в этих природных ископаемых, подвергают окислению. В результате получают синтетические жирные кислоты. Их взаимодействие с этиленгликолем приводит к получению синтетического жира. Он используется в кожевенной промышленности (для жирования меховых шкурок и кож). В косметической промышленности синтетические триглицериды применяются в производстве туалетного мыла, кремов, лосьонов. В промышленности строительных материалов искусственные жиры идут на производство лаков, мастик, краски.

Химические свойства жиров, полученных искусственным способом, не отличаются от природных. Они также вступают в в присутствии кислоты и подвергаются действию щелочей (реакция омыления).

Как образуются триглицериды в организме человека

Вследствие метаболических реакций жиры в клетках тела могут синтезироваться из избытка углеводов. Это объясняет тот факт, что неконтролируемое потребление пищи, богатой крахмалом и сахарозой (мучные изделия, рис, картофель, сладости), приводит к избыточному весу. В процессе пищеварения продукты, содержащие жиры, расщепляются в двенадцатиперстной кишке до глицерина и жирных кислот. Их гидролиз происходит при обязательном участии липазы - фермента поджелудочной железы и желчи, выделяемой печенью. Являясь детергентом, желчь эмульгирует жиры, то есть разбивает крупные молекулы на мелкодисперсные капли, легко расщепляемые липазой.

В ворсинках тонкого кишечника из них синтезируются молекулы жира, характерные для организма человека, а затем они всасываются в лимфу. По лимфатическим сосудам жиры поступают в клетки, а их избыток откладывается в подкожную жировую клетчатку или сальник.

Биологическая роль липидов

Изучая химические свойства жиров, остановимся на их способности выделять большое количество энергии: один грамм жира дает 37,8 кДж энергии при полном окислении. Поэтому триглицериды - ее универсальные поставщики. Таким образом, жиры — это ценные продукты питания. Известно, что при неправильном и длительном их хранении триглицериды «стареют» и прогоркают, приобретая неприятный запах. Это происходит вследствие контакта жира с кислородом воздуха. Начавшее портиться масло легко определить, если добавить к нему иодид калия. Пероксиды, содержащиеся в продукте, окисляют это соединение до свободного йода, вызывающего синее окрашивание при контакте с крахмалсодержащими веществами.

Жиры являются также важнейшим строительным материалом и входят в состав клеточных мембран и органоидов. Велика их роль и в теплорегуляции организмов. Например, животные, обитающие на больших глубинах, где температура воды очень низка, имеют хорошо развитый слой подкожного жира, например, у китов он может достигать толщины 1,5 м. Животные степей, пустынь и полупустынь также накапливают в своем организме достаточное количество жира. Он необходим для них как источник эндогенной воды, так как при окислении жира кроме энергии выделяется большое количество жидкости. К таким животным относятся верблюды, тушканчики, землеройки.

Липиды играют важную роль в защите внутренних органов. У человека хорошо развит сальник, защищающий желудок, пищеварительные железы от внутренних повреждений. Такие жизненно важные органы, как почки, обязательно должны находится в слое жира. При резкой потере веса у человека вследствие истончения этого слоя может наблюдаться опущение почек, что является серьёзной патологией, нарушающей работу выделительной системы.

Велико значение липидов в образовании клеточных мембран. Наряду с углеводами и белками они формируют два слоя, имеющих мозаичное строение. Соединения жиров с белками называются липопротеидами. Они обуславливают клеточных мембран.

В данной статье были рассмотрены химический состав и свойства жиров, а также их применение в промышленности.