лекція 15

1. Лекція 15
Вищі карбонові кислоти. Жири, мила
План
1. Вищі карбонові кислоти. Ізомерія, номенклатура.
2. Жири, будова жирів.
3. Фізичні властивості жирів.
4. Методи одержання та хімічні властивості жирів. Мила.
5. Окремі представники, знаходження в природі, галузі застосування
вищих карбонових кислот та жирів.
1. Вищі карбонові кислоти. Ізомерія, номенклатура
Жирні кислоти — це карбонові кислоти, молекули яких містять від
чотирьох до тридцяти шести атомів карбону. У складі живих організмів було
виявлено більше двохсот сполук цього класу, проте значного поширення набули
близько двадцяти. Молекули всіх природних жирних кислот містять парну
кількість атомів карбону (це пов'язано із особливостями біосинтезу, який
відбувається шляхом додавання дво карбонових одиниць), переважно від 12 до
24. Їх вуглеводневі ланцюжки зазвичай нерозгалужені, зрідка вони можуть
містити трикарбонові цикли, гідроксильні групи або відгалуження.]
В залежності від наявності подвійних зв'язків між атомами карбону всі
жирні кислоти поділяються на насичені, які їх не місять, та ненасичнені, до
складу яких входять подвійні зв'язки. Найпоширенішими із насичених жирних
кислот в організмі людини є пальмітинова (C16) та стеаринова (C18).
Ненасичені жирні кислоти зустрічаються в живих організмах частіше ніж
насичені (близько 3/4 загального вмісту). У більшості з них спостерігається
певна закономірність у розміщенні подвійних зв'язків: якщо такий зв'язок один,
то він переважно знаходиться між 9-тим та 10-тим атомами карбону, додаткові
подвійні зв'язки здебільшого з'являються у позиціях між 12-тим і 13-тим та між
15-тим і 16-тим карбоном (винятком з цього правила є арахідонова кислота).
Подвійні зв'язки у природних поліненасичених жирних кислотах завжди
ізольовані, тобто між ними міститься хоча б одна метиленова група (-CH=CH-
CH2-CH=CH-). Майже у всіх ненасичених жирних кислот, що зустрічаються в
живих організмах, подвійні зв'язки перебувають у цис-конфігурації. До
найпоширеніших ненасичених жирних кислот належать олеїнова, лінолева,
ліноленова та арахідонова.

2. Назви деяких вищих кислот
Кислота,
тривіальна
(систематична)
назва
Кількість
атомів С
Формула
Масляна
(бутанова)
4 C3H7COOH
Капронова
(гексанова)
6 C5H11COOH
Каприлова
(октанова)
8 C7H15COOH
Капринова
(деканова)
10 C9H19COOH
Лауринова
(додеканова)
12 C11H23COOH
Міристикова
(тетрадекано
ва)
14 C13H27COOH
Пальмітинова
(гексадеканова
)
16 C15H31COOH
Стеаринова
(октадеканова
)
18 C17H35COOH
Арахінова
(ейкозанова)
20 C19H39COOH
Ненасичені кислоти
Олеїнова 18
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
C17H33COOH
Лінолева 18
CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH
C17H31COOH
Ліноленова 18 C17H29COOH
CH3-(CH2-CH=CH)3-(CH2)7-COOH
Арахідонова 20 C20H31COOH
CH3-(CH2)3-(CH2-CH=CH)4-(CH2)3-COOH
Гідроксикислота
Рицинолева 18
Циклічна кислота
Хаульмугрова 18

3. 2. Жири. Будова жирів
Жири – це естери гліцерину та вищих карбонових кислот. Загальна
формула:
CH2
CH
CH2
O C
O
R'
O
O C R'''
C R''
O
O
де R′, R″, R″′ – радикали (алкільні залишки) вищих жирних карбонових кислот.
Будову жирів було встановлено в 1822 році французьким хіміком М.
Шевралем. У 1854 році М. Бертло довів будову жирів, отримавши їх шляхом
нагрівання гліцерину з вищими жирними кислотами в ампулах.
CH2
CH
CH2
O C
O
R'
O
O C R'''
C R''
O
O
OH C
O
R'CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
OH C R''
O
OH C R'''
O - H2
O+ 3
Гліцерин входить до складу усіх природних жирів. Кислоти, які входить
до складу жирів – дуже різноманітні. Зараз із жирів виділено біля 50
різноманітних кислот. До складу жирів входять насичені і ненасичені вищі
жирні карбонові кислоти з одним або декількома подвійними зв’язками і навіть
з потрійним зв’язком.
Важливо, що майже всі жирні кислоти, які входить до складу жирів,
мають парне число атомів Карбону і мають нерозгалужений карбоновий
ланцюг. Найчастіше зустрічаються кислоти, карбоновий ланцюг яких
складається із 16 і 18 атомів Карбону.
Насичені кислоти: пальмітинова (С15Н31СООН) і стеаринова
(С17Н35СООН ).
Ненасичені кислоти: олеїнова (С17Н33СООН), лінолева (С17Н31СООН),
ліноленова (С17Н29СООН).
Часто в жирах зустрічаються і такі насичені кислоти: лауринова
(С11Н23СООН) і міристинова (С13Н27СООН).
Як правило, всі естери, які входить до складу жирів є повними естерами,
тобто похідними гліцерину, залишок якого зв’язаний з трьома залишками вищих
карбонових кислот. Такі повні естери гліцерину називають тригліцеридами.
Однак зустрічаються і неповні естери, в яких залишок гліцерину
зв’язаний лише з двома залишками кислот.

4. CH2
CH
CH2
OH
O
O C R''
C R'
O
O
Найчастіше жирні кислоти, які входить до складу природного жиру,
бувають різними. Наприклад, зустрічаються жири, які мають залишки двох або
трьох різних кислот:
олеодистеарин, який має один залишок олеїнової кислоти і два залишки
стеаринової кислоти;
олеопальмітостеарин – має залишки олеїнової, пальмітинової і
стеаринової кислот.
CH2
CH
CH2
O C
O
C17
H33
O
O C C17
H35
C C15
H31
O
O
CH2
O C
O
C17
H33
CH
CH2
O C C17
H35
O
O C C17
H35
O
Олеодистеарин Олеопальмітостеарин
Тригліцериди які мають три залишки якої-небудь однієї кислоти,
зустрічаються лише рідко, їх отримують синтетично. Жири, які мають залишки
однакових кислот (R′ = R″ = R″′) – називають простими. Якщо ж залишки R′, R
″, R″′ різні, то такі тригліцериди називають змішаними.
3. Фізичні властивості жирів
За фізичними властивостями жири можуть бути твердими і рідкими.
Тваринні жири (яловичий, баранячий, свинячий) – тверді, вони містять в
основному залишки насичених кислот (пальмітинової і стеаринової).
Рослинні жири – олії, містять переважно залишки ненасичених кислот
(олеїнової, лінолевої, ліноленової) та деяких інших.
Так, свинячий жир – складається з тригліцеридів пальмітинової,
стеаринової та олеїнової кислот.
Коров’яче масло – складається з тригліцеридів пальмітинової, масляної та
олеїнової кислот. Під час довгого стояння на повітрі жири частково
окиснюються киснем повітря і гіркнуть.
Консистенція жирів, тобто ступінь їх густини або м’якості залежить від
співвідношення насичених і ненасичених кислот, які входять до складу жирів.
Жири дуже мало розчинні у воді. Але добре розчинні в діетиловому та
петролейному етерах.
Для характеристики різних жирів велике значення має визначення числа
омилення, йодного числа та кислотного числа.
Число омилення.

5. Якщо жири нагрівати з розчином лугу, то жирні кислоти, які утворюються
в процесі гідролізу жиру, будуть нейтралізуватися лугом (з утворенням солі,
тобто мила) і в результаті цього частина лугу буде до кінця гідролізу витрачена.
Число омилення – це число міліграмів калій гідроксиду (КОН),
затраченого на нейтралізацію жирних кислот при омиленні 1 г жиру. Чим
нижче число омилення, тим більша молекулярна маса жирних кислот, які
входять до складу цього жиру, і навпаки, чим вище число омилення, тим менша
молекулярна маса кислот, які входять до складу жиру.
Йодне число.
Йодне число є показником ненасиченості жиру. Йодне число – це кількість
грамів йоду, який приєднується до 100 г жиру. Чим вище йодне число – тим
більш ненасиченим є даний жир, тим більше подвійних зв’язків міститься в
жирних кислотах.
Кислотне число.
Кислотним числом називається показник, який характеризує кількість
вільних жирних кислот в жирі. Кислотне число виражається в міліграмах калій
гідроксиду, витраченого на нейтралізацію вільних жирних кислот, які містяться
в 1 г жиру. По значенню кислотного числа, можна визначити якість жиру.
4. Методи добування жирів, хімічні властивості жирів
Практичне значення має лише отримання жирів із природних джерел –
тваринного або рослинного походження.
Синтез жирів економічно не вигідний.
1. Гідроліз, або омилення:
а) омилення лугами:
CH2
CH
CH2
O C
O
R'
O
O C R'''
C R''
O
O
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
NaO
CR'''
O
NaOH
NaO
CR'
O
NaO
CR''
O
+
+ 3
Жир Гліцерин
Мило
Коли лужний гідроліз жирів потрібно прискорити, його проводять в
спиртовому розчині, а не у воді.
Мило – це солі натрію (Nа) або калію (К) вищих карбонових кислот.
NaO
CR
O
КO
CR
O
Тверде мило Рідке мило
б) омилення водою:

6. CH2
CH
CH2
O C
O
R'
O
O C R'''
C R''
O
O
OHC
O
R'CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
OH
CR''
O
OHCR'''
O
HOH
+
+ 3
Жир Гліцерин Кислоти
Продуктами омилення водою є вільні жирні кислоти (не розчинні у воді)
та гліцерин.
Миюча дія мила пояснюється його дифільною будовою, яка характерна для
поверхнево-активних речовин (ПАР). Їх молекули містять гідрофобну
неполярну частину – довгий вуглеводневий радикал (наприклад, С17Н35–) і
гідрофільну полярну групу –СООNa. У процесі прання гідрофобна частина
розчиняється в частинці бруду (жиру), а гідрофільна – у воді. Таким чином, за
рахунок адсорбції на частинках бруду створюється йонна оболонка, що
розчиняється у воді. Така система створює стійку емульсію жиру у воді чи
суспензію, яка виводиться з поверхні предмета чи тканини разом з милом.
Проте мило втрачає свою миючу здатність у твердій воді, тому що мила
багатовалентних металів (Са2+
, Мg2+
, Pb2+
) нерозчинні у воді.
2. Гідрогенізація жирів
Тверді жири мають цілий ряд переваг над рідкими: тверді жири легше
використовувати в їжі, мила, які отримують з них мають більш цінні технічні
властивості. Тверді жири менше псуються, ніж рідкі.
Гідрогенізація жирів – це процес приєднання водню до залишків
ненасичених кислот, які входять до складу жирів, в результаті чого ці залишки
переходять в залишки насичених кислот. А жири при цьому з рідких
перетворюються на тверді.
CH2
CH
CH2
O C
O
C17
H35
O
O C C17
H35
C C17
H35
O
O
CH2
O C
O
C17
H33
CH O C C17
H31
O
CH2
O C C17
H29
O
(Олеїнова)
(Ліноленова)
+6 , (Ni)
175-190º
(Лінолева)
(Рідкий жир) (Твердий жир)
тристеарин
H2
1-Олеїноїл-2-лінолеїл-3-ліноленоїл Тристеароїл,
Якщо гідрогенізовані жири змішують з молоком, яєчним жовтком та
іншими продуктами – то отримують маргарин.
3. Згіркнення жирів
Під впливом світла і кисню повітря, а також при дії води у жирів
з’являється неприємний смак і запах. Це проходить процес окиснення, жири
«гіркнуть». В момент окиснення жирів утворюються альдегіди і кислоти з
коротким ланцюгом, типу масляної кислоти, які мають неприємний запах.

7. 5. Окремі представники. Знаходження в природі, галузі застосування
Пальмітинова кислота С15Н31СООН.
Стеаринова кислота С17Н35СООН.
Ці кислоти входять до складу більшості жирів.
Пальмітинова кислота є складовою частиною бджолиного воску. Калієві
та натрієві солі цих кислот є милами. Суміш пальмітинової і стеаринової
кислоти називають стеарином і використовують для виготовлення свічок.
Жири широко використовуються в техніці, для миловаріння, у харчовій
промисловості, у фармакології. Як нерозчинні у воді речовини, жири не
можуть безпосередньо всмоктуватись у тканини із органів травлення. Під дією
ферментів підшлункового і кишкового соків (ліпаз) вони гідролізують у тонких
кишках до гліцерину та карбонових кислот, з яких синтезується жир,
властивий даному організму. Синтезований жир по лімфатичній системі
надходить у кров і переноситься нею у жирову тканину.
Ненасичені кислоти організм людини сам синтезувати не може; він має
отримувати їх готовими з їжею. Ці кислоти синтезуються тільки у рослинних
організмах і їх називають незамінними (С17Н31СООН – лінолева і С17Н29СООН
– ліноленова).