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 :

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

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 :

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]	C15H31COOH	C17H35COOH	C17H33COOH
Wzór półstrukturalny	CH3(CH2)14COOH	CH3(CH2)16COOH	CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
Jaki to kwas?	nasycony	nasycony	nienasycony

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.

Zwróć uwagę na przedrostek tri w nazwie estru :

Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, aby do glicerolu podłączać różne cząsteczki 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!

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!

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.

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 ).

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 C₁₆H₃₂O₂ , 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 : C₁₅H₃₁COOH .

^[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.