Сложные эфиры. Жиры: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 13: "Сложные эфиры. Жиры"

Среди многочисленных производных карбоновых кислот (ангидриды, амиды, нитрилы и другие) занимают особое место сложные эфиры. Молекулы сложных эфиров состоят из двух фрагментов – карбоновой кислоты и спирта, именно сложные эфиры были продуктами реакции этерификации. Общая формула сложных эфиров приведена ниже, R и R' – углеводородные радикалы от остатков карбоновой кислоты и спирта соответственно.

13.1 Сложные эфиры являются межклассовыми изомерами карбоновым кислотам, к примеру, вещества, структурные формулы которых изображены ниже, являются таковыми.

13.2 13.3 Сложные эфиры можно называть двумя способами – более коротким, имеющим в составе название кислотного остатка карбоновой кислоты и более длинным. К примеру, назовем следующий сложный эфир двумя способами:

13.4 Первый способ – одно слово, состоящее из двух смысловых частей, первая из которых – название углеводородного радикала, который пришел из спирта, в данном случае – этил, вторая часть – название кислотного остатка карбоновой кислоты, который участвовал в образовании сложного эфира, в данном случае это остаток уксусной кислоты – ацетат. Получаем этилацетат.

Второй способ дает возможность назвать сложный эфир с использованием названия спирта и карбоновой кислоты, для этого нам нужно заполнить два пропуска в следующей формулировке: «___ эфир ___ кислоты», первый пропуск – это название спирта, который остаток которого входит в состав сложного эфира, для нашего примера – этиловый, второй пропуск – название (систематическое или тривиальное) карбоновой кислоты, в нашем случае – уксусной или этановой. Получаем итоговое название – этиловый эфир уксусной кислоты (или этиловый эфир этановой кислоты). Все названия эквивалентны.

13.5 Данный сложный эфир можно назвать метилпропаноат или метиловый эфир пропионовой кислоты.

Эфиры низших спиртов и низших кислот – летучие жидкости с ароматами различных цветов и фруктов, к примеру, пентилацетат имеет запах банана, изопентилацетат – запах груш, изобутилпропионат – запах рома. Эти физические свойства позволяют применять их в пищевой промышленности и парфюмерии.

Также сложные эфиры хорошо растворяют многие органические вещества, к примеру, этилацетат – универсальный растворитель, в нем возможно растворить смолы, входящие в состав лаков и эмалей. Более того, некоторые сложные эфиры используются для получения высокомолекулярных веществ – полимеров, клея ПВА и многих других.

Главным химическим свойством простых эфиров является способность к гидролизу – разрушением молекулы сложного эфира на составные части под действием воды или щелочи.

Водный гидролиз представляет собой равновесную реакцию, которая является по своей химической сути обратной реакции этерификации. Сложный эфир разрушается на исходные карбоновую кислоту и спирт.

Например, этилацетат гидролизуется до уксусной кислоты и этилового спирта.

13.6 13.7 В щелочной же среде гидролиз сложных эфиров является необратимым, поскольку приводит к образованию соли карбоновой кислоты и спирта, к примеру, при щелочном гидролизе этилацетата в среде гидроксида калия образуется ацетат калия (соль уксусной кислоты) и этиловый спирт. Щелочной гидролиз сложных эфиров называется омыление. Так раньше получали мыло из говяжьего жира.

13.8 13.9 Основным способом получения сложных эфиров является реакция этерификации – взаимодействие карбоновой кислоты и спирта в кислой среде, при это отщепляется молекула воды. Для получения пропилбутирата (пропилового эфира бутановой кислоты) необходимо взять пропиловый спирт (пропанол-1) и бутановую (масляную кислоту).

13.10 Среди всего многообразия сложных эфиров выделяют группу биологически активных веществ – жиры. В энергетическом балансе живых организмов жиры играют важную роль – служат источником энергии и их производные – липиды – являются строительным материалом для клеточных мембран.

Жиры в организме являются запасами энергии, при сжигании 1 г жира выделяется 39 кДж энергии. Количество жира в организме зависит от типа питания и образа жизни. Жиры – хорошие растворители некоторых витаминов.

С химической точки зрения жиры являются сложными эфирами многоатомного спирта глицерина (пропантриола-1,2,3) и жирных карбоновых кислот. Поскольку в глицерине присутствует три гидроксильных группы, то в состав жира будет входить три остатка жирных карбоновых кислот, причем они могут быть как одинаковыми, так и разными. R_{1} , R_{2} и R_{3} – остатки жирных карбоновых кислот.

13.11 В организмах растений и животных преимущественно в состав жиров входят карбоновые кислот с 16 или 18 атомами углерода и неразветвленным строением, некоторые из них являются непредельными – содержат 1 и более двойных связей. В таблице ниже приведены некоторые из них.

Название кислоты

Формула радикала R

Число двойных связей

Пальмитиновая

C_{15}H_{31}

0

Стеариновая

C_{17}H_{35}

0

Олеиновая

C_{17}H_{33}

1

Линолевая

C_{17}H_{31}

2

Линоленовая

C_{17}H_{29}

3

Ниже представлены структурные формулы трех жиров – трипальмитата (три остатка пальмитиновой кислоты, твердый при обычных условиях), тристеарата (три остатка стеариновой кислоты, твердый при обычных условиях) и триолеата (три остатка олеиновой кислоты, жидкий при обычных условиях). Насыщенные жиры чаще встречаются в составе животных жиров, ненасыщенные же – в составе растительных жиров.

13.12 13.13 13.14 Непредельные кислоты с несколькими двойными связями организм человека не может синтезировать сам, поэтому они должны поступать с пищей, такие кислоты называют незаменимыми.

Строение и свойства жиров напрямую зависят от того, какие жирные карбоновые кислоты входят в его состав. Предельные жиры при обычных условиях представляют собой твердые вещества, а непредельные являются жидкостями, их называют маслами. Температура плавления жиров зависит от количества и числа двойных связей в радикалах жирных карбоновых кислот.

Природные жиры являются смесью нескольких индивидуальных веществ, поэтому не имеют точную температуру плавления, а плавятся в интервале температур. Жиры практически нерастворимы в воде, но в присутствии поверхностно-активных веществ образуют эмульсии, например, молоко является взвесью капель жира, которые стабилизированы белками.

Поскольку жиры являются сложными эфирами, они будут также вступать в реакции гидролиза. В воде жиры практически не растворяются, однако в присутствии белков можно получить эмульсию жира. При участии фермента липазы сложноэфирная связь будет разрушаться, поэтому, к примеру, при водном гидролизе тристеарата будет образовываться глицерин и три остатка стеариновой кислоты.

Однако куда более интересной с промышленной точки зрения и протекающе с большей скоростью реакцией является омыление. При взаимодействии жиров с щелочами они разрушаются до солей карбоновых кислот и глицерина.

13.15 Калиевые и натриевые соли карбоновых кислот называются мыла. И действительно таким образом получали первое мыло. В современном обществе мы знаем, что есть жидкое и твердое мыло, в состав жидкого мыла в основном входят калиевые и аммонийные соли жирных кислот, в состав твердого – натриевые.

13.16 13.17 Ненасыщенные жиры способны к гидрированию – присоединению водорода, так, к примеру, при гидрировании триолеата образуется тристеарат, при этом на три двойных связи затрачивается три молекулы водорода. Данный процесс называется гидрогенизация, таким образом из жидких жиров получают маргарин. Жидкий жир превращается в твердый.

13.18 Основными источниками жиров для человека являются сало, сливочное и растительное масла.