Tłuszcze i mydła

1. Tłuszcze to estry glicerolu

Nie wiedzieć czemu, ale tłuszcze sprawiają problemy, chociaż to żadna dla nas nowość. Obstawiam, że wynika to z faktu, że w szkole za mały nacisk jest położony na to, że jest to absolutnie nic nowego w porównaniu do estryfikacji, którą już poznaliśmy, tylko że zachodzi (czy też może zachodzić) ona trzy razy. Jest jeszcze jeden detal, który miesza Wam w głowach.

Nie wiedzieć czemu, tłuszcze zgodnie z konwencją w 99% książkach zapisuje się od tyłu. Przez to sam ester wygląda inaczej i stąd fałszywe przekonanie, że my się uczymy czegoś nowego. No więc rozpracujmy to dokładnie. Żeby ogarnąć tłuszcze, trzeba znać estryfikację, więc to od jej przypomnienia zaczynamy :

Żeby ogarnąć tłuszcze wystarczy znać estryfikację.

Teraz po prostu estryfikację zrobimy trzy razy, bo jako alkoholu użyjemy glicerolu, który powinieneś już znać jako jeden z ważniejszych polihydroksyalkoholi.

Estryfikacja glicerolu niczym nie różni się od zwykłej estryfikacji, tylko szkoła i matura chcą Ci utrudnić życie rysując wszystko od dupy strony, żebyś tylko nie zauważył w ogóle, że to jest estryfikacja!

Mam nadzieję, że powyższy rysunek wyjaśni Ci tłuszcze raz na zawsze i rysowanie tego od tyłu nie będzie już dla Ciebie problematyczne. Coś w tym jednak jest, że jesteśmy przyzwyczajeni do rysowania estrów w jeden określony sposób i lustrzane odbicie sprawia nam problem. Zobaczmy jeszcze o co dokładnie chodzi :

Perspektywa to dla początkującego ucznia chemii organicznej absolutnie wszystko !

No dobrze, ale wracając do tłuszczy! Tłuszcze to po prostu estry glicerolu, tylko że kwasy karboksylowe z których powstają cechują się długim łańcuchem i mają nazwę (chyba logiczną?) kwasy tłuszczowe.

Co to są kwasy tłuszczowe? Generalnie definiuje się je jako kwasy monokarboksylowe (czyli mające jedną grupę ーCOOH) o długim łańcuchu i co ciekawe, o parzystej liczbie atomów węgla (najczęściej, nie jest to reguła). Najważniejszy podział kwasów tłuszczowych opiera się na obecności wiązania C=C, których może być wiele. Tak jak alkeny są węglowodorami nienasyconymi, tak samo takie kwasy tłuszczowe zawierające wiązanie podwójne nazywany nienasyconymi.

Kwas
tłuszczowy
Kwas palmitynowy [2]Kwas stearynowy [2]Kwas oleinowy [2]
Wzór
sumaryczny[1]
C16H33COOHC17H35COOHC17H33COOH
Wzór
półstrukturalny
CH3(CH2)15COOHCH3(CH2)16COOHCH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
Jaki to kwas?nasyconynasyconynienasycony
Trzy najważniejsze kwasy tłuszczowe, które musisz znać (tak, znów pamięciówa…)

Te trzy kwasy tłuszczowe są dla nas najważniejsze, ponieważ występują one najczęściej : palmitynowy i stearynowy są najczęstszymi kwasami nasyconymi, natomiast oleinowy (i jeszcze linoleinowy) stanowią trzon kwasów tłuszczowych nienasyconych. Można by także wyróżnić jeszcze wielonienasycone kwasy tłuszczowe, z polskim skrótem WNKT, ale angielski jest śmieszniejszy, bo byłaby to PUFA[3].

Teraz szybka dygresja − na pewno w reklamach słyszałeś o czymś takim jak kwasy omega 3 albo omega 6, prawda? Chodzi tutaj o położenie wiązania podwójnego w zależności od grupy karboksylowej. Wiemy, że w nazewnictwie grupa karboksylowa (-COOH) ma pierwszeństwo, co oznacza że ten atom węgla dostanie cyferkę numer jeden. A omega to była ostatnia literka w alfabecie, zatem mówiąc omega 3 , chodzi o to, że wiązanie podwójne C=C znajduje się na trzecim węglu od końca tego kwasu. I już się z większą satysfakcją słucha tych reklam, bo człowiek wreszcie wie o co chodzi.

Kwasy tłuszczowe jeśli mają wiązania podwójne, to z reguły mają konfigurację cis.

Bardzo ważna sprawa − zapamiętaj!

A więc teraz te kwasy tłuszczowe doczepimy po prostu do glicerolu i otrzymamy tłuszcz.

No wygląda znajomo, hmm? W nazewnictwie powstałego tłuszczu (estru) zwróć uwagę na przedrostek tri-, który oznacza, że wszystkie grupy OH w glicerolu zostały zestryfikowane).

Zwróć uwagę na przedrostek tri w nazwie estru :

Nazewnictwo tłuszczów

Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, aby do glicerolu podłączać różne cząsteczki kwasów tłuszczowych :

Nazewnictwo tłuszczu pochodzącego z różnych kwasów tłuszczowych

2. Reakcje tłuszczów

Jak rozpoznać, że mamy kwas tłuszczowy nasycony lub nienasycony (lub inaczej mówiąc : tłuszcz, który składa się z takiego kwasu)? Oczywiście trzeba skorzystać z faktu, że w nienasyconym jest wiązanie podwójne. Zatem wystarczy zrobić znane nam już doświadczenie z wodą bromową. Banalna sprawa!

Pamiętaj, że to nic nowego!

Jakim reakcjom mogą jeszcze ulegać estry (czyli tłuszcze) ? No hydrolizę można pocisnąć. A taką z użyciem NaOH, czyli hydrolizę w środowisku zasadowym będziemy nazywać zmydlaniem tłuszczów. Zwróć uwagę, że znów wszystko zależy od perspektywy. Szkolne (i maturalne) wersje utrudniają Ci życie, przerysowanie tego może być dla Ciebie kluczem do sukcesu!

a

Skąd ta nazwa − zmydlanie tłuszczów? Bo w ogóle mydła to pod kątem chemicznym nic innego jak sole kwasów tłuszczowych, które już zdążyliśmy poznać, a które w tej reakcji powstają! Za chwilę jeszcze trochę o nich powiemy.

Zastanówmy się jakiej jeszcze reakcji mogą ulegać tłuszcze? Te, które będą składały się z kwasów tłuszczowych nienasyconych mają wiązanie podwójne, więc można by właśnie z tego korzystać. I faktycznie, wykorzystamy, przeprowadzając najprostszą reakcję alkenów na świecie, czyli uwodornienie.

Uwodornienie tłuszczów

Wystarczy zatem znać te nasze trzy kwasy tłuszczowe, aby wiedzieć które są nienasycone. Jeśli w jakimś kwasie tłuszczowym byłoby kilka wiązań C=C, to wszystkie trzeba uwodornić (chyba, że w treści zadania jest inaczej!). Dlaczego reakcja uwodornienia nazywa się utwardzaniem tłuszczów? W ostatnim poście o estrach znajdziesz odpowiedź. Tłuszcze nasycone miały wyższe temperatury topnienia (czyli występowały jako ciała stałe) niż nienasycone (oleje, głównie ciecze). Dlatego przejście nienasycony ⟶ nasycony spowoduje zmianę stanu skupienia (utwardzenie).

3. Jak działa mydło ?

Mydła dają nam powód do tego, aby wprowadzić parę nowych pojęć, które dobrze byłoby przyswoić. Czemu mydło działa?

Właściwości czyszczące mydła biorą się oczywiście z jego budowy. Chodzi o to, że mydło jest taką długą, prościutką cząsteczką (w końcu to sól kwasu tłuszczowego), które ma dramatycznie różne końce pod kątem polarności. W końcu z jednej strony mamy niepolarny łańcuch węglowodorowy, a z drugiej strony mamy polarną grupę karboksylową ーCOOH ).

Budowa cząsteczki mydła

Mówimy, że cząsteczka mydła jest amfifilowa, co oznacza, że mydło jest jednocześnie nie do końca rozpuszczalne w dwóch różnych rozpuszczalnikach (polarnym i niepolarnym). To dlatego, że jeden koniec mydła jest hydrofobowy (=boi się wody), a drugi hydrofilowy (lubi wodę). I odwrotnie, koniec hydrofobowy jest rozpuszczalny w tłuszczach, a hydrofilowy nierozpuszczalny.

W takim razie mydło ma powinowactwo (chce się łączyć) zarówno z tłuszczami jak i z wodą! Cząsteczki mydła łączą się z tłustym brudem, wystawiając na zewnątrz hydrofilowe głowy, które z kolei łączą się z wodą, co pozwala usunąć syf (brud). Takie kuliste skupiska nazywamy micelami.

Jest jednak jedna wada mydeł. Otóż w wodzie znajdują się jony magnezu i wapnia (twardość wody), które mogą łączyć się z mydłami, w wyniku czego powstają słabiej rozpuszczalne sole wapniowe i magnezowe, co widzimy jako taki szary osad na wannie czy zlewie.


[1] Ok, powinieneś tutaj na mnie nakrzyczeć, bo to przecież nie jest wzór sumaryczny, tylko takie w sumie nie wiadomo co. I właśnie dlatego nie ma to nazwy. Wzór sumaryczny dla kwasu palmitynowego to C17H34O2 , ale jak wiemy wzór sumaryczny mało nam mówi. Natomiast nikt o zdrowych zmysłach nie będzie rysował tak długiego łańcucha węglowodorowego złożonego z 16 atomów węgla, a wszystkie reakcje będą i tak się działy na grupie karboksylowej, stąd wygodnicki zapis : C16H33COOH .

[2] Króciutko tylko jeszcze wspomnimy o charakterystyce tych kwasów.  Stearyna natomiast to potoczna nazwa mieszaniny w większości nasyconych kwasów tłuszczowych: kwasu palmitynowego i właśnie stearynowego. Kwas oleinowy wykorzystuje się w smarach (zapewnia śliskość). Kwas palmitynowy jest składnikiem tłuszczów roślinnych i zwierzęcych, jest stosowany do produkcji mydeł. Kwas stearynowy wykorzystuje się do produkcji świec. 

[3] PUFA = Poly Unsaturated Fatty Acids.

Leave a Reply

%d bloggers like this: