Химическа номенклатура на мазнините. Мастна киселина

Урок номер 45. Мазнини, тяхната структура, свойства и приложение

„Химия навсякъде, химия във всичко:

Във всичко, което дишаме

Във всичко, което пием

Всичко, което ядем."

Във всичко, което носим

Хората отдавна са се научили да изолират мазнините от природни обекти и да ги използват в ежедневието. Мазнини, изгаряни в примитивни лампи, осветяващи пещерите първобитни хора, плъзгачите бяха смазани с мазнина, по които бяха пуснати кораби. Мазнините са основният източник на нашето хранене. Но недохранване заседнал образживотът води до наднормено тегло. Пустинните животни съхраняват мазнини като източник на енергия и вода. Дебелият мастен слой на тюлените и китовете им помага да плуват в студените води на Северния ледовит океан.

Мазнините са широко разпространени в природата. Наред с въглехидратите и белтъчините, те са част от всички животински и растителни организми и съставляват една от основните части на нашата храна. Източници на мазнини са живите организми. Сред животните има крави, прасета, овце, кокошки, тюлени, китове, гъски, риби (акули, треска, херинга). Рибеното масло се получава от черен дроб на треска и акула - лекарство, от херинга - мазнини, използвани за храна на селскостопански животни. Растителните мазнини са най-често течни, наричат ​​се масла. Използват се мазнини от растения като памук, лен, соя, фъстъци, сусам, рапица, слънчоглед, горчица, царевица, мак, коноп, кокос, морски зърнастец, шипка, маслена палма и много други.

Мазнините изпълняват различни функции: изграждане, енергия (1 g мазнина дава 9 kcal енергия), защитна, складова. Мазнините осигуряват 50% от енергията, необходима на човек, така че човек трябва да консумира 70-80 g мазнини на ден. Мазнините съставляват 10-20% от телесното тегло на здравия човек. Мазнините са основен източник на мастни киселини. Някои мазнини съдържат витамини А, D, Е, К, хормони.

Много животни и хора използват мазнини като топлоизолираща обвивка, например при някои морски животни дебелината на мастния слой достига метър. Освен това в тялото мазнините са разтворители на аромати и багрила. Много витамини, като витамин А, са разтворими само в мазнини.

Някои животни (по-често водолюбиви птици) използват мазнини за смазване на собствените си мускулни влакна.

Мазнините повишават ефекта на засищане от храната, тъй като се усвояват много бавно и забавят появата на глад.

Историята на откриването на мазнините

Още през 17 век. Немският учен, един от първите аналитични химици Ото Тахениус (1652–1699) е първият, който предполага, че мазнините съдържат „скрита киселина“.

През 1741 г. френският химик Клод Жозеф Жофроа (1685–1752) открива, че когато сапун (който е приготвен чрез кипене на мазнина с алкали) се разлага с киселина, се образува маса, която е мазна на пипане.

Фактът, че мазнините и маслата съдържат глицерин, е открит за първи път през 1779 г. от известния шведски химик Карл Вилхелм Шееле.

За първи път химическият състав на мазнините е определен в началото на миналия век от френския химик Мишел Йожен Шеврьол, основоположник на химията на мазнините, автор на многобройни изследвания на тяхната природа, обобщени в шест тома. монография"Химически изследвания на тела от животински произход".

1813 гд.Chevreul установи структурата на мазнините, благодарение на реакцията на хидролиза на мазнини в алкална среда.Той показа, че мазнините се състоят от глицерол и мастни киселини и това не е просто смес от тях, а съединение, което чрез добавяне на вода се разгражда на глицерол и киселини.

Обща формула на мазнини (триглицериди)


мазнини- естери на глицерол и висши карбоксилни киселини.Общото име за тези съединения е триглицериди.

Класификация на мазнините

Животинските мазнини съдържат главно глицериди на наситени киселини и са твърди вещества. Растителните мазнини, често наричани масла, съдържат глицериди на ненаситени карбоксилни киселини. Това са например течните слънчогледово, конопено и ленено масло.


Естествените мазнини съдържат следните мастни киселини

наситени:

стеаринова(° С 17 з 35 COOH)

палмитинова(° С 15 з 31 COOH)

Мазна (° С 3 з 7 COOH)

СЪСТАВЕН

ЖИВОТНИ

ДЕБЕЛ

Ненаситени:

олеинова(° С 17 з 33 COOH 1двойна връзка)

линолова(° С 17 з 31 COOH 2двойни връзки)

линоленова(° С 17 з 29 COOH 3двойни връзки)

арахидон(° С 19 з 31 COOH, 4 двойни връзки, по-рядко)

СЪСТАВЕН

растителен

ДЕБЕЛ

Мазнините се намират във всички растения и животни. Те са смеси от пълни естери на глицерол и нямат ясна точка на топене.

  • Животинските мазнини (овнешко, свинско, говеждо и др.) обикновено са твърди вещества с ниска точка на топене (изключение прави рибеното масло). В твърдите мазнини преобладават наситените киселини.
  • Растителни мазнини - масла (слънчогледово, соево, памучно и др.) - течности (изключение - кокосово масло, масло от какаови зърна). Маслата съдържат предимно остатъци от ненаситени (ненаситени) киселини.

Химични свойствадебел

1. хидролиза,илиосапуняване, дебелпродължава чрез действието на водата, с участието на ензими или киселинни катализатори(обратимо),в този случай се образува алкохол - глицерол и смес от карбоксилни киселини:

или основи (необратими). При алкалната хидролиза се получават соли на висшите мастни киселини, т.нарсапуни. Сапуните се получават чрез хидролиза на мазнини в присъствието на основи:

Сапуните са калиеви и натриеви соли на висши карбоксилни киселини.

2. Хидрогениране на мазнини- превръщането на течните растителни масла в твърди мазнини - има голямо значение за хранителни цели. Продуктът от хидрогенирането на масла е твърда мазнина (изкуствена сланина, свинска мас). Маргаринът е хранителна мазнина, която се състои от смес от хидрогенирани масла (слънчогледово, царевично, памучно и др.), животински мазнини, мляко и овкусители (сол, захар, витамини и др.).

Ето как маргаринът се получава в промишлеността:

При условията на процеса на хидрогениране на маслото (висока температура, метален катализатор) някои от киселинните остатъци, съдържащи С=С цис връзки, се изомеризират в по-стабилни транс изомери. Повишеното съдържание на трансненаситени киселинни остатъци в маргарина (особено в евтините сортове) увеличава риска от атеросклероза, сърдечно-съдови и други заболявания.


Използването на мазнини

    1. хранително-вкусовата промишленост
    1. фармацевтични продукти
    1. Производство на сапуни и козметични продукти
    1. Производство на смазочни материали

Мазнините са храна. Биологичната роля на мазнините.

Животинските мазнини и растителните масла, заедно с протеините и въглехидратите, са един от основните компоненти на нормалното хранене на човека. Те са основният източник на енергия: 1 g мазнина, когато е напълно окислена (провежда се в клетките с участието на кислород) дава 9,5 kcal (около 40 kJ) енергия, което е почти два пъти повече, отколкото може да се получи от протеините или въглехидрати. В допълнение, запасите от мазнини в тялото практически не съдържат вода, докато протеиновите и въглехидратните молекули винаги са заобиколени от водни молекули. В резултат на това един грам мазнини осигурява почти 6 пъти повече енергия от един грам животинско нишесте – гликоген. Следователно мазнините с право трябва да се считат за висококалорично „гориво“. Използва се основно за поддържане нормална температурана човешкото тяло, както и за работата на различни мускули, така че дори когато човек не прави нищо (например спи), той се нуждае от около 350 kJ енергия всеки час, за да покрие енергийните разходи, приблизително същата мощност има електрическата 100-ватова крушка.

За осигуряване на тялото с енергия при неблагоприятни условия в него се създават мастни запаси, които се отлагат в подкожната тъкан, в мастната гънка на перитонеума - т. нар. оментум. Подкожната мазнина предпазва тялото от хипотермия (особено тази функция на мазнините е важна за морските животни). В продължение на хиляди години хората са извършвали тежка физическа работа, която е изисквала много енергия и съответно засилено хранене. Само 50 г мазнини са достатъчни, за да покрият минималната дневна човешка нужда от енергия. Въпреки това, с умерено физическа дейноствъзрастен трябва да получава малко повече мазнини с храната, но тяхното количество не трябва да надвишава 100 g (това дава една трета от съдържанието на калории за диета от около 3000 kcal). Трябва да се отбележи, че половината от тези 100 г се намират в храната под формата на така наречените скрити мазнини. Мазнините се съдържат в почти всички храни в големи количестваима ги дори в картофите (има 0,4%), в хляба (1-2%), в овесените ядки (6%). Млякото обикновено съдържа 2-3% мазнини (но има и специални разновидности на обезмасленото мляко). Доста много скрити мазнини чисто месо– от 2 до 33%. Скритите мазнини присъстват в продукта под формата на отделни малки частици. Мазнините в почти чиста форма са свинска мас и растително масло; в маслооколо 80% мазнини, в гхи - 98%. Разбира се, всички горепосочени препоръки за консумация на мазнини са средни, те зависят от пола и възрастта, физическата активност и климатичните условия. При прекомерна консумация на мазнини човек бързо напълнява, но не трябва да забравяме, че мазнините в тялото могат да се синтезират и от други продукти. Не е толкова лесно да „отработите“ излишните калории чрез физическа активност. Например, бягайки 7 км, човек изразходва приблизително същото количество енергия, каквото получава, като изяде само стограмово блокче шоколад (35% мазнини, 55% въглехидрати).Физиолозите са установили, че при физическа активност, която е 10 пъти по-висока от обичайната, човек, който е получил диета с мазнини, е бил напълно изтощен след 1,5 часа. При въглехидратна диета човек издържа на същото натоварване 4 часа. Този на пръв поглед парадоксален резултат се обяснява с особеностите на биохимичните процеси. Въпреки високата "енергийна интензивност" на мазнините, получаването на енергия от тях в тялото е бавен процес. Това се дължи на ниската реактивност на мазнините, особено на техните въглеводородни вериги. Въглехидратите, въпреки че осигуряват по-малко енергия от мазнините, я "разпределят" много по-бързо. Затова преди физическа активност е за предпочитане да се яде сладко, а не мазно. Излишъкът от мазнини в храната, особено животински, също повишава риска от развитие на заболявания като атеросклероза, сърдечна недостатъчност и др. Животинските мазнини съдържат много холестерол (но не трябва да забравяме, че две трети от холестерола се синтезират в тялото от обезмаслени храни – въглехидрати и протеини).

Известно е, че значителна част от консумираните мазнини трябва да бъдат растителни масла, които съдържат много важни за организма съединения - полиненаситени мастни киселини с няколко двойни връзки. Тези киселини се наричат ​​"есенциални". Подобно на витамините, те трябва да се доставят на тялото в готов вид. От тях арахидоновата киселина има най-висока активност (синтезира се в тялото от линолова киселина), най-малко активност има линоленовата киселина (10 пъти по-ниска от линоловата киселина). Според различни оценки дневната човешка нужда от линолова киселина варира от 4 до 10 г. Най-много линолова киселина (до 84%) е в шафрановото масло, изцедено от семената на шафран, едногодишно растение с ярко оранжеви цветя. Много от тази киселина се намира и в слънчогледовото и ядковото масло.

Според диетолозите балансираната диета трябва да съдържа 10% полиненаситени киселини, 60% мононенаситени (главно олеинова киселина) и 30% наситени. Именно това съотношение се осигурява, ако човек получава една трета от мазнините под формата на течни растителни масла - в размер на 30-35 g на ден. Тези масла се съдържат и в маргарина, който съдържа 15 до 22% наситени мастни киселини, 27 до 49% ненаситени мастни киселини и 30 до 54% ​​полиненаситени мастни киселини. За сравнение, маслото съдържа 45-50% наситени мастни киселини, 22-27% ненаситени мастни киселини и по-малко от 1% полиненаситени мастни киселини. В това отношение висококачественият маргарин е по-здравословен от маслото.

Трябва да запомните

Наситените мастни киселини влияят негативно върху метаболизма на мазнините, чернодробната функция и допринасят за развитието на атеросклероза. Ненаситените (особено линоловата и арахидоновата киселина) регулират метаболизма на мазнините и участват в отстраняването на холестерола от тялото. Колкото по-високо е съдържанието на ненаситени мастни киселини, толкова по-ниска е точката на топене на мазнините. Калоричното съдържание на твърдите животински и течните растителни мазнини е приблизително еднакво, но физиологичната стойност на растителните мазнини е много по-висока. Млечната мазнина има по-ценни качества. Съдържа една трета ненаситени мастни киселини и, оставайки под формата на емулсия, се усвоява лесно от организма. Въпреки тези положителни качества, не трябва да се консумират само млечни мазнини, тъй като нито една мазнина не съдържа идеален състав от мастни киселини. Най-добре е да се консумират мазнини както от животински, така и от растителен произход. Съотношението им трябва да бъде 1:2,3 (70% животински и 30% растителни) за млади хора и хора на средна възраст. В диетата на възрастните хора трябва да преобладават растителни мазнини.

Мазнините не само участват в метаболитните процеси, но и се съхраняват в резерв (главно в коремната стена и около бъбреците). Резервите от мазнини осигуряват метаболитни процеси, запазвайки протеините за цял живот. Тази мазнина осигурява енергия при физически натоварвания, ако има малко мазнини в храната, както и при тежки заболявания, когато поради намален апетит не се доставя достатъчно с храната.

Обилната консумация на мазнини с храна е вредна за здравето: тя се съхранява в големи количества в резерв, което увеличава телесното тегло, което понякога води до обезобразяване на фигурата. Концентрацията му в кръвта се повишава, което като рисков фактор допринася за развитието на атеросклероза, коронарна болест на сърцето, хипертонияи т.н.

COR:

хидролиза на мазнини. Хидрогениране на течни мазнини

Класификация на мазнините

Структурата на мазнините

Изомерите са съединения, които имат еднакъв химичен състав, но различни молекулни структури. Изомеризацията на мазнини и масла може да се случи по няколко начина:

Изомерия според позицията в триглицеридите. Този тип изомерия е пренареждане на мастни киселини в молекула на глицерол. Това пренареждане обикновено се случва при трансестерификация, но може да се случи и при термична обработка. Промяната на позицията на мастната киселина в триглицеридите може да повлияе на формата на кристалите, характеристиките на топене и метаболизма на липидите в тялото.

Позиционна изомерия. Ненаситените мастни киселини могат да се изомеризират в кисела или алкална среда, както и когато са изложени на високи температури, чрез мигриране на двойната връзка от позиции 9 и 12 към други, например позиции 9 и 10, 10 и 12 или 8 и 10. Хранителната стойносткогато двойната връзка се премести на нова позиция, тя се губи, мастните киселини престават да бъдат основни.

Пространствена изомерия, двойната връзка може да има две конфигурации: цис- или транс-форма. Естествените мазнини и масла обикновено съдържат цис-изомерите на мастните киселини, които са най-реактивоспособни и изискват относително малко енергия, за да се превърнат в транс-изомерите. Транс изомерите се характеризират с по-плътно опаковане на молекулите, което им позволява да се държат като наситени мастни киселини с висока точка на топене. От гледна точка на хранителната хигиена, трансмастните киселини се считат за аналогични на наситените мастни киселини, като и двете могат да причинят повишаване на LDL холестерола в кръвоносната система. Мастните киселини от гамата 7 се образуват при много високи температури, предимно по време на хидрогениране и в по-малка степен по време на дезодориране. Съдържанието на /rance-изомери в хидрогенирани соеви и рапични масла може да достигне 55%, изомерите са представени предимно от транс-елаидова (C,.,) киселина, тъй като почти всички линоленова (C1v.3) и линолова (C, x 2) киселини, хидрогенирани до мастни киселини C)K |. Изомерия, причинена от термични ефекти, особено засягащи линоленовата

18 "h) киселина и в по-малка степен мастна киселина Clg 2, зависи от температурата и продължителността на експозиция. За да образуването на trPNs изомери не надвишава 1%, температурата на дезодориране не трябва да надвишава 240 ° C, времето за третиране трябва да бъде 1 час, могат> да се използват по-високи температури с по-кратко време на експозиция.

Конюгирани линолови мастни киселини (CLA). CLA е естествен изомер на линолова киселина (C|R2), в който двете двойни връзки са конюгирани и разположени при въглеродни атоми 9 и 11 или 10 и 12, с възможна комбинация от цис и транс изомери. CI.A обикновено произвеждат. etsya анаеробни бактерии на търбуха на едър рогат добитък по време на биохидрогениране. Скорошни международни медицински изследвания показват, че CLA може да има благоприятни за здравето свойства, като антитуморни1 и антиатерогенни2.

Сред функционалните производни на карбоксилните киселиниспециално място заемат естерите - съединенияйони, представляващи карбоксилни киселини, в които водният атомрод в карбоксилната група се заменя въглеводороден радикал. Обща формула на естерите

Често естерите се наричат ​​за тези киселинни остатъци иалкохоли, от които са съставени. И така, обсъдено по-горе естерите могат да бъдат наречени: етаноетил етер, кротон метилов етер.

Характеризират се естерите три вида изомерия:

1. Изомерия на въглеродната верига, започва с киселина /> остатъкът от бутанова киселина, според алкохолния остатък - от пропилов алкохол, например:

2. Изомерия на позицията на естерната група /> -CO-O-. Този тип изомерия започва с естери, вмолекули, съдържащи поне 4 въглеродни атомапример: />

3. Междукласова изомерия, например:

За естери, съдържащи ненаситена киселина илиненаситен алкохол са възможни още два вида изомерия: изомериямножество позиции на облигации; цис-транс изомерия.

Физични свойства естери. Естери /> нисшите карбоксилни киселини и алкохоли са летливи, слабо разтворими или практически неразтворими във водатечности. Много от тях имат приятна миризма. Така например бутил бутиратът мирише на ананас, изоамилацетатът мирише на круша и т.н.

Естерите обикновено имат по-ниска темпера.точка на кипене от съответните им киселини. Например стеаринова киселина кипи при 232 °C (P = 15 mm Hg), и метилстеарат - при 215 ° C (P \u003d 15 mm Hg. Art.). Това се обяснява сче няма водородни връзки между естерните молекуливръзки.

Естери на висши мастни киселини и алкохоли - восъкобразни вещества, без мирис, неразтворими във вода, хосвободно разтворим в органични разтворители. Например,пчела восъкът е главно мирицил палмитат(C15H31COOC31H63).

Основен компонент на мазнините от животински и растителен произход са естерите на тривалентния алкохол - глицерин и мастни киселини, т.нар. глицериди(ацилглицериди). Мастните киселини са включени не само в глицеридите, но и в повечето други липиди.

Разнообразието от физични и химични свойства на естествените мазнини се дължи на химичен съставмастни киселини глицериди. Съставът на триглицеридите на мазнините включва различни мастни киселини. В същото време, в зависимост от вида животно или растение, от което се получават мазнините, съставът на мастните киселини на триглицеридите е различен.

Съставът на глицеридите на мазнините и маслата включва предимно мастни киселини с високо молекулно тегло с брой въглеродни атоми 16,18, 20,22 и повече, ниско молекулно тегло с брой въглеродни атоми 4, 6 и 8 (маслена, капронова и каприлова киселина) . Броят на киселините, изолирани от мастни киселини, достига 170, но някои от тях все още са недостатъчно проучени и информацията за тях е много ограничена.

Съставът на естествените мазнини включва наситени (пределни) и ненаситени (ненаситени) мастни киселини. Ненаситените мастни киселини могат да съдържат двойни и тройни връзки. Последните са много редки в естествените мазнини. По правило естествените мазнини съдържат само едноосновни карбоксилни киселини с четен брой въглеродни атоми. Двуосновните киселини се изолират в малки количества в някои восъци и в мазнини, които са били изложени на окислителни агенти. По-голямата част от мастните киселини в мазнините имат отворена верига от въглеродни атоми. Киселините с разклонена верига са рядкост в мазнините. Такива киселини са част от някои восъци.

Мастните киселини на естествените мазнини са течни или твърди, но топими вещества. Наситените киселини с високо молекулно тегло са твърди, повечето ненаситени мастни киселини с нормална структура са течни вещества, а техните позиционни и геометрични изомери са твърди. Относителната плътност на мастните киселини е по-малка от единица и те са практически неразтворими във вода (с изключение на нискомолекулните). В органични разтворители (алкохол, етил и петролеви етери, бензен, въглероден дисулфид и др.) Те се разтварят, но с увеличаване на молекулното тегло разтворимостта на мастните киселини намалява. Хидрокси киселините са практически неразтворими в петролев етер и студен бензин, но са разтворими в етилов етер и алкохол.

Голямо значениепри рафинирането на масла и при производството на сапун има реакция на взаимодействие между каустични основи и мастни киселини - реакция на неутрализация. Когато натриевият или калиевият карбонат действа върху мастните киселини, се получава и алкална сол или сапун с отделяне на въглероден диоксид. Тази реакция протича в процеса на производство на сапун с така нареченото карбонатно осапуняване на мастни киселини.

Мастните киселини на естествените мазнини, с редки изключения, принадлежат към класа на едноосновните алифатни карбоксилни киселини с обща формула RCOOH. В тази формула R е въглеводороден радикал, който може да бъде наситен, ненаситен (с различна степен на ненаситеност) или да съдържа група - ОН, СООН - карбоксил. Въз основа на рентгенов дифракционен анализ сега е установено, че центровете на въглеродните атоми във веригата от радикали на мастни киселини са разположени пространствено не в права линия, а в зигзагообразен модел. В този случай центровете на всички въглеродни атоми на наситени киселини се побират на две успоредни прави линии.

Дължината на въглеводородния радикал на мастните киселини влияе върху тяхната разтворимост в органични разтворители. Например, разтворимостта при 20 ° C в 100 g безводен етилов алкохол на лауринова киселина е 105 g, миристинова киселина е 23,9 g и стеаринова киселина е 2,25 g.

Изомерия на мастни киселини.Изомерията се отнася до съществуването на няколко химически съединениясъщия състав и същото молекулно тегло, но различни по физични и химични свойства. Известни са два основни вида изомерия: структурна и пространствена (стереоизомерия).

Структурни изомерисе различават по структурата на въглеродната верига, разположението на двойните връзки и разположението на функционалните групи.

Пример за структурни изомери са съединенията:

а) различни в структурата на въглеродната верига: нормална маслена киселина CH 3 CH 2 CH 2 COOH; изомаслена киселина

б) различни в подреждането на двойни връзки: олеинова киселина CH 3 (CH 2) 7 CH \u003d CH (CH 2) 7 COOH; петрозелинова киселина CH3(CH2)10CH=CH(CH2)4COOH; вакценова киселина CH 3 (CH 2) 5 CH \u003d CH (CH 2) 8 COOH.

Пространствени изомери,или стереоизомери, с еднаква структура, се различават по разположението на атомите в пространството. Този тип изомери включва геометрични (цис- и транс-изомери) и оптични. Пример за пространствени изомери са:

а) геометрични изомери: олеинова киселина с цис форма

елаидинова киселина, която има трансформ

б) оптични изомери:

млечна киселина CH 3 CHOHCOOH;

глицералдехид CH3 ONSNO;

рицинолеинова киселина CH3 (CH 2) 5 CHOHCH 2 CH \u003d CH (CH 2) 7 COOH.

Всички тези оптични изомери имат асиметричен (активен) въглерод, отбелязан със звездичка.

Оптичните изомери завъртат равнината на поляризация на светлината под същия ъгъл в противоположни посоки. Повечето отЕстествените мастни киселини нямат оптична изомерия.

В естествените мазнини, които не са претърпели окислителни процеси, ненаситените мастни киселини са предимно в цис конфигурация. Геометричните цис- и транс-изомери на ненаситените мастни киселини се различават значително по своите точки на топене. Цис изомерите се топят при по-ниска температура от транс изомерите. Това е ясно илюстрирано от цис-транс превръщането на течна олеинова киселина в твърда елаидинова киселина (точка на топене 46,5°C). В този случай мазнината се втвърдява.

Същата трансформация се случва с ерукова киселина, която се превръща в твърд транс-изомер - брасидова киселина (точка на топене 61,9 ° C), както и рицинолова киселина, която се превръща в транс-изомер - рацинелаидова киселина (точка на топене 53 ° C).

Полиненаситените мастни киселини (линолова, линоленова) не променят консистенцията по време на тази реакция.

В естествените мазнини, които не са претърпели окислителни процеси, се откриват следните основни хомоложни групи мастни киселини:

1. Наситени (гранични) едноосновни киселини.

2. Ненаситени (ненаситени) едноосновни киселини с една, две, три, четири и пет двойни връзки.

3. Наситени (лимитиращи) хидрокси киселини.

4. Ненаситени (ненаситени) хидрокси киселини с една двойна връзка.

5. Двуосновни наситени (лимитиращи) киселини.

6. Циклични киселини.

Номенклатура и изомерия

Сред функционалните производни на карбоксилните киселини специално място заемат естери- съединения, представляващи карбоксилни киселини, в които водородният атом в карбоксилната група е заменен с въглеводороден радикал. Обща формула на естерите

Молекулата на естера се състои от киселинен остатък (1) и алкохолен остатък (2).

Имената на естерите произлизат от името на въглеводородния радикал и името на киселината, в които се използва наставката „at“ вместо края „-oic acid“, например:

Естерите често се наричат ​​на киселинните и алкохолните остатъци, от които са съставени. По този начин естерите, обсъдени по-горе, могат да бъдат наречени: оцетен етилов естер, кротон метилов естер.

Естерите се характеризират с три вида изомерия: 1. Изомерия въглеродна верига,започва при киселинния остатък с бутанова киселина, при алкохолния остатък - с пропилов алкохол, например:

2. Изомерия позиции на естерната група - CO-O-. Този тип изомерия започва с естери, чиито молекули съдържат най-малко 4 въглеродни атома, например:

3. междукласова изомерия,например:

За естери, съдържащи ненаситена киселина или ненаситен алкохол, са възможни още два вида изомерия: изомерията на позицията на кратната връзка и цис-транс-изомерия .

Физични свойства

Естерите на нисшите карбоксилни киселини и алкохолите са летливи, слабо разтворими или практически неразтворими течности във вода. Много от тях имат хубава миризма.Така, например, HCOOC 2 H 5 - миризмата на ром, HCOOC 5 H 11 - череши, HCOOC 5 H 11 -iso - сливи, CH 3 SOOS 5 H 11 -iso - круши, C 3 H 7 SOOS 2 H 5 - кайсия, C 3 H 7 SOOS 4 H 9 - ананас, C 4 H 9 SOOS 5 H 11 - ябълки и др.

Естерите обикновено имат по-ниска точка на кипене от съответните им киселини. Например, стеаринова киселина кипи при 232°C, а метил стеарат при 215°C. Това се обяснява с факта, че между естерните молекули няма водородни връзки.

Естерите на висшите мастни киселини и алкохолите са восъчни вещества, без мирис, неразтворими във вода, разтворими в органични разтворители. Например, пчелният восък е главно мирицил палмитат (C 15 H 31 COOC 31 H 63)

Химични свойства

1. Реакция на хидролиза или осапунване.

реакция естерификацията е обратима,следователно в присъствието на киселини ще настъпи обратна реакция, наречена хидролиза, в резултат на която се образуват оригиналните мастни киселини и алкохол:

Реакцията на хидролиза се ускорява от действието на алкали; в този случай хидролизата е необратима:

тъй като получената карбоксилна киселина с алкали образува сол:

2. Реакция на добавяне.

Естерите, съдържащи в състава си ненаситена киселина или алкохол, са способни на присъединителни реакции. Например по време на каталитично хидрогениране те добавят водород.

3. реакция на възстановяване.

Редукцията на естери с водород води до образуването на два алкохола:

4. Реакцията на образуване на амиди.

Под действието на амоняка естерите се превръщат в киселинни амиди и алкохоли:

Механизмът на реакцията на естерификация.Помислете за пример за получаването на етилов естер на бензоената киселина:

каталитично действиесярна киселина е, че тя активира молекулата на карбоксилната киселина. Бензоената киселина се протонира при кислородния атом на карбонилната група (кислородният атом има несподелена електронна двойка, поради която е прикрепен протон). Протонирането води до превръщането на частичен положителен заряд на въглеродния атом на карбоксилната група в пълен, до повишаване на неговата електрофилност. Резонансните структури (в квадратни скоби) показват делокализацията на положителния заряд в получения катион. Алкохолната молекула, поради своята несподелена електронна двойка, е прикрепена към активираната киселинна молекула. Протонът от алкохолния остатък се премества в хидроксилната група, която в същото време се превръща в група „добре напускаща“ H 2 O. След това водната молекула се отделя с едновременното освобождаване на протон (връщане на катализатора).

Естерификацияобратим процес.Директната реакция е образуването на естер, обратната е неговата киселинна хидролиза. За да се измести равновесието надясно, е необходимо да се отстрани водата от реакционната смес.

Мазнини и масла

Сред естерите специално място заемат естествените естери - мазнини и масла, които се образуват от тривалентния алкохол глицерол и висши мастни киселини с неразклонена въглеродна верига, съдържаща четен брой въглеродни атоми. Мазнините са част от растителни и животински организми и играят важна роля биологична роля. Те служат като един от източниците на енергия на живите организми, която се освобождава при окисляването на мазнините. Обща формула за мазнини:

където R", R"", R""" са въглеводородни радикали.

Мазнините са "прости" и "смесени". Съставът на простите мазнини включва остатъци от същите киселини (т.е. R "= R"" = R """), в състава на смесените - различни.

Най-често срещаните мастни киселини в мазнините са:

Алканкиселини

Маслена киселина CH3-(CH2)2-COOH

Капронова киселина CH3-(CH2)4-COOH

Каприлова киселина CH3-(CH2)6-COOH

Капринова киселина CH3-(CH2)8-COOH

Лауринова киселина CH3-(CH2)10-COOH

Миристинова киселина CH3-(CH2)12-COOH

Палмитинова киселина CH3-(CH2)14-COOH

Стеаринова киселина CH3-(CH2)16-COOH

Арахидова киселина CH3-(CH2)18-COOH

Алкениккиселини

Олеинова киселина

Алкадиеникиселини

Линолова киселина

Алкатриенкиселини

Линоленова киселина

Естествените мазнини са смес от прости и смесени естери.

Според агрегатното си състояние при стайна температура мазнините се делят на течни и твърди. Агрегатното състояние на мазнините се определя от природата на мастните киселини. Твърдимазнините, като правило, се образуват от наситени киселини, течностмазнини (често наричани масла) са неограничени. Точката на топене на мазнината е толкова по-висока, колкото по-голямо е съдържанието на наситени киселини в нея. Зависи и от дължината на въглеводородната верига на мастната киселина; температурата на топене се повишава с дължината на въглеводородния радикал.

Съставът на животинските мазнини включва предимно наситени киселини, съставът на растителните мазнини - ненаситени. Следователно животинските мазнини обикновено са твърди вещества, докато растителните мазнини са най-често течни (растителни масла).

Мазнините са разтворими в неполярни органични разтворители (въглеводороди, техните халогенни производни, диетилов етер) и неразтворими във вода.

1. хидролиза,или осапуняване на мазнинивъзниква под действието на вода (обратимо) или основи (необратимо):

При алкалната хидролиза се получават соли на висшите мастни киселини, т.нар сапуни.

2. Хидрогениране на мазнининаречен процес на добавяне на водород към остатъците от ненаситени киселини, които изграждат мазнините. В същото време остатъците от ненаситени киселини преминават в остатъците от наситени киселини и мазнините се превръщат от течни в твърди:

3. Течните мазнини (масла, съдържащи олеинова, линолова и линоленова киселина), взаимодействайки с атмосферния кислород, могат да образуват твърди филми - "омрежени полимери".Такива масла се наричат ​​"сушене". Те служат като основа за естествено изсушаващо масло и бои.

4. При продължително съхранение под въздействието на влага, кислород на въздуха, светлина и топлина мазнините придобиват неприятна миризма и вкус. Този процес се нарича "гранясване".Неприятната миризма и вкус се дължат на появата на продукти от тяхното превръщане в мазнини: свободни мастни киселини, хидрокси киселини, алдехиди и кетони.

Мазнините играят важна роля в живота на хората и животните. Те са един от основните източници на енергия за живите организми.

Мазнините се използват широко в хранително-вкусовата, козметичната и фармацевтичната промишленост.

Глава 31

Въглехидратите са естествени органични съединенияс обща формула С m (Н 2 О) n ( t, n > 3). Въглехидратите се разделят на три големи групи: монозахариди, олигозахариди и полизахариди.

Монозахаридите са въглехидрати, които не могат да бъдат хидролизирани, за да образуват по-прости въглехидрати.

Олигозахаридите са продукти на кондензация на малък брой монозахариди, като захароза - C 12 H 22 O 11. Полизахаридите (нишесте, целулоза) се образуват от голям брой монозахаридни молекули.

Монозахариди

Номенклатура и изомерия

Най-простият монозахарид е глицералдехид, C 3 H 6 O 3:

Останалите монозахариди, според броя на въглеродните атоми, се разделят на тетрози (C 4 H 8 O 4), пентози (C 5 H 10 O 5) и хексози (C 6 H 12 O 6). Най-важните хексози са глюкозата и фруктозата Всички монозахариди са бифункционални съединения, които включват неразклонен въглероден скелет, няколко хидроксилни групи и една карбонилна група. Монозахаридите с алдехидна група се наричат алдози и с кето групата - кетоза . По-долу са структурните формули на най-важните монозахариди:

Всички тези вещества съдържат три или четири асиметрични въглеродни атома, така че те проявяват оптична активност и могат да съществуват като оптични изомери. Знакът в скоби в името на въглехидрата показва посоката на въртене на равнината на поляризация на светлината: (-) показва ляво въртене, (+) - дясно въртене. Буквата D пред знака за ротация означава, че във всички тези вещества асиметричният въглероден атом, който е най-отдалечен от карбонилната група, има същата конфигурация (т.е. посоката на връзките със заместителите) като глицералдехида, чиято структура е дадена по-горе . Въглехидратите с противоположна конфигурация принадлежат към L-серията:

Моля, обърнете внимание, че въглехидратите от серията D и L са огледални образи един на друг. Повечето естествени въглехидрати принадлежат към D-серията.

Установено е, че в кристално състояние монозахаридите съществуват изключително в циклични форми. Например, глюкозата в твърда форма обикновено е под формата на α-пираноза. Когато се разтвори във вода, α-глюкопиранозата бавно се превръща в други тавтомерни форми, докато се установи равновесие. Това е един вид пръстенно-верижна тавтомерна система.