Кто открыл сложные эфиры на основе глицерина. Эфиры глицерина и молочной и жирных кислот е472b. Так в промышленности получают маргарин
11 класс. Урок №
Тема: Жиры как сложные эфиры.
Цель: Сформировать понятие о жирах как сложных эфирах. Ознакомить учащихся с распространением, составом и физическими свойствами жиров, насыщенных и ненасыщенных жиров, выяснить их значение как продуктов питания и участников метаболизма.
Базовые понятия и термины: Высшие карбоновые кислоты, многоатомные спирты, глицерин, сложные зфиры, гидролиз, омыление.
Тип урока: Комбинированный.
ХОД УРОКА
1. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП
1) Какие соединения называют спиртами?
2) Что такое многоатомные спирты?
3) Какие соединения называют карбоновыми кислотами?
4) Что такое высшие карбоновые кислоты?
5) Какие функциональные группы содержат карбоновые кисло-
ты и сложные эфиры?
IV. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1) ПОНЯТИЕ О ЖИРАХ.
Жиры можно охарактеризовать как сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом - глицерином - и тремя молекулами высших карбоновых кислот. Из карбоновых кислот чаще всего встречаются стеариновая кислота С Н СООН и олеиновая кислота С СООН.
При этом необходимо отметить, что жиры - это определенный класс органических соединений, так как очень часто учащиеся под жирами понимают все маслянистоподобные вещества, в том числе и машинные (минеральные) масла, которые состоят в основном из алифатических и ароматических углеводородов.
Называют жиры исходя из их состава: перечисляя остатки карбоновых кислот, входящих в их состав: тристеариновый жир, или тристеарат (входит три остатка стеариновой кислоты), триолеиновый жир, или триолеат (входит три остатка олеиновой кислоты). Охарактеризовав жиры как сложные эфиры, выясняют их химическое строение.
Задание.
Составьте формулу тристеаринового и триолеинового жиров, исходя из того, что они являются сложными эфирами стеариновой и олеиновой кислот с глицерином.
2) КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИРОВ.
Все жиры подразделяют на две основные группы: твердые и жидкие.
Можно вывести одну закономерность: твердые жиры преимущественно образованы высшими предельными карбоновыми кислотами, а жидкие - преимущественно непредельными, хотя классификация по агрегатному состоянию больше биологическая, чем химическая.
3) ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИРОВ И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ПРИРОДЕ.
Животные жиры чаще твердые (говяжий, бараний), но встречаются и жидкие (рыбий жир). В то же время растительные жиры чаще жидкие вещества (льняное, подсолнечное масло), но есть и твердые (кокосовое масло).
Жиры широко распространены в природе. Наряду с углеводами и белками они входят в состав всех растительных и животных организмов и составляют одну из основных частей пищи человека.
Все жиры легче воды. В воде они нерастворимы, но хорошо растворяются во многих органических растворителях (дихлорэтане, бензине).
V. ОБОБЩЕНИЕ И СИСТЕМАТИЭАЦИЯ ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ
1) Составьте формулу жира, которая образована:
а) тремя остатками олеиновой кислоты;
б) двумя остатками олеиновой и одним остатком стеариновой кислот;
в) одним остатком олеиновой и двумя остатками стеариновой кислот.
2) Напишите две возможные формулы жира, имеющего в молекуле 57 атомов углерода и две двойные связи, если в составе жира имеются остатки кислот с четным числом углеродных атомов.
VI. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Подготовить краткие сообщения о применении жиров и их роли в жизнедеятельности организмов.
11 класс. Урок №
Тема: Химические свойства жиров. Значение жиров в жизнедеятельности организмов.
Цель: Ознакомить учащихся с химическими свойствами жиров, биологической ролью жиров в жизни животных и растительных организмов. Сформировать умение составлять уравнения реакций гидролиза жира, дать представление о гидрировании жиров, научить составлять уравнения соответствующих реакций.
Оборудование и материалы: Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.
Базовые понятия и термины: Высшие карбоновые кислоты, многоатомные спирты, глицерин, сложные эфиры, гидролиз, омыление.
Тип урока: Изучение нового материала.
ХОД УРОКА
I. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП
II. ПРОВЕРКА ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ
III. АКТУАЛИЗАЦИЯ ОПОРНЫХ ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ
Беседа.
1) Какие соединения называют жирами?
2) По каким признакам классифицируют жиры?
З) Какие кислоты входят в состав жиров?
4) Чем отличаются предельные карбоновые кислоты от непредельных?
IV. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1) ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИРОВ.
1. Гидролиз жиров.
Гидролиз жиров проводится в присутствии щелочи (или соды), которая переводит образующиеся карбоновые кислоты в соли. При-чем соли высших карбоновых кислот являются мылами (с этими соединениями мы познакомимся подробнее на следующем уроке), и вследствие этого реакцию гидролиза (и не только жиров, но и сложных эфиров) часто еще называют омылением.
Для обоснования в последующем подхода к установлению структуры углеводов и белков важно подчеркнуть, что именно изучение реакций гидролиза, обнаружение при этом глицерина и карбоновых кислот как продуктов разложения жиров позволили в свое время ученым установить их строение.
2. Гидрирование жиров.
В состав жидких жиров входят остатки непредельных карбоновых кислот, следовательно, они способны присоединять молекулы водорода. Таким образом жидкие жиры переводят в твердые. Очень часто этот процесс применяют для получения комбинированных
жиров и маргаринов.
Задание.
Напишите уравнение реакции гидрирования триолеинового жира.
Как и любой процесс гидрирования, гидрирование жиров проходит в присутствии катализатора - платины или никеля - при высоком давлении водорода. Одним из наиболее существенных недостатков этой реакции является использование дорогостоящих катализаторов, небольшие количества которых затем могут входить в состав полученных жировых смесей. Поиск дешевых и нетоксичных катализаторов - это одна из основных проблем производства жировых смесей.
3. Частичное окисление жиров.
Жидкие жиры (содержащие остатки непредельных кислот), взаимодействуя с кислородом воздуха, способны образовывать твердые пленки - «сшитые полимеры».
При длительном хранении под действием влаги, кислорода, воздуха, света и тепла жиры приобретают неприятный запах и вкус. Этот процесс называют «прогорканием». Неприятный запах и вкус обусловлены появлением в жирах продуктов их превращения: свободных жирных кислот, гидроксикислот, альдегидов и кетонов.
2) ПРИМЕНЕНИЕ ЖИРОВ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМОВ
Работа с учебником.
Краткие сообщения учащихся.
V. ОБОБЩЕНИЕ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ
1) Напишите структурные формулы триглицеридов маргариновой, лауриновой
и линолевой кислот, являющихся составными частями некоторых жиров.
2) Напишите уравнения реакций: а) гидролиза пропилового эфира муравьиной кислоты; б) синтеза метилового эфира масляной кислоты; в) гидролиза жира на основе пальмитиновой кислоты, в присутствии гидроксида натрия. Для одного из сложных эфиров напишите формулу и укажите название изомерной ему карбоновой кислоты.
3) В результате взаимодействия 23 г муравьиной кислоты с метиловым спиртом получили 24 г сложного эфира. Вычислите массовую долю выхода эфира.
4) Какой объем водорода (н. у.) расходуется на превращение жира (триолеата) массой 5 кг в твердый жир, если объемная доля производственных потерь водорода составляет 8%.
5) Какая масса жира потребуется для получения 36,8 г глицерина (путем щелочного омыления), если принять, что жир представляет собой чистый тристеарат и массовая доля омыления жира составляет 80%.
До сих пор мы рассматривали спирты с одной гидроксильной группой (ОН ). Такие спирты называются алкоголями.
Но также известны спирты, молекулы которых содержат несколько гидроксильных групп . Такие спирты называются многоатомными или полиспиртами.
Примерами таких спиртов могут служить двухатомный спирт этиленгликоль и трёхатомный спирт глицерин :
Этиленгликоль и глицерин – жидкости сладковатого вкуса, смешивающиеся с водой в любых соотношениях.
Глицерин вместе с высшими жирными кислотами образует сложные эфиры .
В случае взаимодействия глицерина с высшими жирными кислотами мы получим соединения, молекулы которых состоят из нескольких углеводородных радикалов, связанных атомом кислорода. Один из этих радикалов – радикал глицерина , остальные – радикалы высших жирных кислот .
Полученная в результате реакции молекула, ничто иное, как молекула жира . Таким образом, глицерин является составной частью молекул, как растительных так животных жиров, в том числе и жиров человеческого тела.
Простые омыляемые липиды. Воски, жиры и масла.
В группу «простых омыляемых липидов» входят Воски, жиры и масла.
О названии
Сначала пару слов о названии «Простые омыляемые липиды».
Простыми они называются потому, что в отличие от «сложных липидов », они включают в свою структуру только атомы углерода (С ), водорода (H ) и кислорода (О ).
Сложные липиды в своём составе дополнительно имеют атомы других элементов. При этом их структура действительно сложнее.
Омыляемыми мыла .
Воски
Восками называют сложные эфиры одноатомных жирных спиртов и высших жирных кислот.
Сложные эфиры - это такие соединения, где углеводородные радикалы (в данном случае одноатомные жирные спирты и высшие жирные кислоты) соединены между собой через атом кислорода .
Радикалы, при этом, могут быть разными, но их всегда будет связывать атом кислорода.
Реакция образования сложного эфира из кислоты и спирта называется реакцией этерификации .
Воски образуют защитную плёнку на коже человека и животных и предохраняют растения от высыхания.
Примером воска может служить цетиловый эфир пальмитиновой кислоты – главный компонент спермацета. Спермацет содержится в спермацетовом масле. Ранее это масло извлекали из головы кашалотов и использовали в качестве индифферентной основы для приготовления различных мазей.
Другой эфир пальмитиновой кислоты – мирицилпальмитат – содежится в пчелином воске .
Любой природный воск всегда имеет сложный состав . Это не один единственный сложный эфир, это много разных сложных эфиров с различными компонентами.
Пчелиный воск , в своём составе, имеет около 50 веществ . Помимо сложных эфиров это могут быть свободные жирные кислоты, жирные спирты, витамины и пр. Но основу вещества всё равно будут составлять сложные эфиры .
Жиры и масла
По химическому строению жиры близки к воскам . Недаром они объединены в одну группу.
Так же, как и воски, жиры это сложные эфиры высших жирных кислот и спирта .
Но если в состав восков могут входить различные высокомолеклярные одноатомные спирты , то вместо них в состав жиров вседа входит трёхатомный спирт глицерин .
Напомним, что спирты это производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены гидроксильными группами (ОН ).
Если в молекуле спирта одна гидроксильная группа , то такой спирт называется одноатомным , если ихбольше – многоатомным .
В составе глицерина три гидроксильных группы. Поэтому это трёхатомный спирт:
Высокомолекулярными (или высшими жирными) называют спирты с относительно большим числом атомов углерода . Например, приведённые выше цетиловый спирт C 16 H 33 OH или мирициловый спиртС 31 Н 63 ОН .
Глицерин С 3 Н 5 (ОН) 3 не относится к высшим жирным спиртам.
Итак, жиры – это сложные эфиры высших жирных кислот и трёхатомного спирта глицерина.
Такие сложные эфиры называют триглицеридами .
Жиры - это триглицериды высших жирных кислот .
В живых организмах жиры , прежде всего, играют роль структурного компонента клеток или запасного вещества («жировое депо»). Их энергетическая ценность примерно в 2 раза выше, чем у белков и углеводов.
Наряду с углеводами и белками, жиры - один из главных компонентов питания.
Твёрдые триглицериды обычно называют жирами , жидкие – маслами .
Простые триглицериды содержат остатки одинаковых кислот, смешанные – различных.
По аналогии с восками можно сказать, что природные жиры и масла , как растительные, так и животные – это сложные вещества, состоящие из многих компонентов. Они представляют собой смеси смешанных триглицеридов .
В триглицеридах животного происхождения преобладают остатки насыщенных кислот . Эти триглицериды, как правило, твёрдые вещества .
Напротив жидкие растительные масла содержат в основном остатки ненасыщенных кислот .
Помимо триглицеридов в их состав могут входить свободные жирные кислоты, жирные спирты, сложные липиды, витамины и пр.
Сложные омыляемые липиды.
О названии
Напомним, что большая группа «Омыляемых липидов» подразделяется на две подгруппы:
1. простые омыляемые липиды и
2. сложные омыляемые липиды .
Омыляемыми они называются из-за того, что при гидролизе из них образуются соли высших карбоновых кислот, т.е. мыла .
Сложные липиды получили своё название из-за того, что имеют более сложное строение в сравнении с простыми липидами (восками и жирами).
Молекулы простых липидов состоят из атомов углерода (С ), водорода (H ) и кислорода (О ).
В состав молекул сложных липидов , помимо атомов углерода, водорода и кислорода, входят атомы других элементов. Чаще всего это: фосфор (Р ), сера (S ) и азот (N ). При этом структура молекул сложных липидов действительно более сложная , чем структура молекул простых липидов.
Похожая информация.
Сложные эфиры. Жиры.
Раньше мы уже рассмотрели класс веществ, называемых простыми эфирами . Теперь рассмотрим эфиры сложные .
Между простыми и сложными эфирами есть общее.
Простые эфиры
И те и другие – это органические соединения, молекулы которых состоят из углеводородных радикалов, связанных атомами кислорода.
Для простых эфиров верна формула: R-O-R или R1-O-R2 .
В простых эфирах в качестве углеводородных радикалов (R, R1, R2 ) всегда выступают остатки спиртов.
Пример простого эфира - диэтиловый эфир С 2 Н 5 -О-С 2 Н 5 , состоит из двух остатков этилового спирта, связанных атомом кислорода.
Сложные эфиры
В случае сложных эфиров, одним из радикалов также является остаток спирта (или фенола ). А вторым радикалом является остаток какой-либо кислоты . Кислота может быть как органической, так и минеральной.
Спирты и фенолы взаимодействуют с кислотами, образуя сложные эфиры :
Реакция образования сложного эфира из кислоты и спирта (или фенола) называется реакцией этерификации .
Сложные эфиры карбоновых кислот
Если в реакции этерификации в качестве кислоты учавствует какая-либо из карбоновых кислот, то в результате получаются сложные эфиры карбоновых кислот .
Или в общем виде:
Рекции образования эфиров являются исключительно важными для живой природы, потому что все природные жиры, масла и воски являются сложными эфирами карбоновых кислот и спиртов.
Жиры
Жиры представляют собой эфиры высших карбоновых (жирных) кислот и трёхатомного спирта глицерина.
Приведём схему образования сложного эфира глицерина и стеариновой кислоты:
В жирах, встречающихся в природе одна и та же молекула глицерина, как правило, этерифицирована двумя или тремя различными жирными кислотами. В образовании всех природных жиров принимает участие лишь несколько жирных кислот. Природные жиры – это всегда смеси.
Жиры являются твёрдыми , если образующие их кислоты - насыщеные (предельные), как, например, стеариновая, пальмитиновая или миристиновая кислота.
Чем больше в жирах содержится остатков ненасыщеных (непредельных) кислот, таких, как олеиновая, линолевая, леноленовая, тем ниже их температура плавления и тем более жидкой будет их консистенция.
Животные жиры богаты, в первую очередь, остатками насыщенных жирных кислот. Поэтому они более твёрдые, в сравнении с растительными маслами.
Растительные масла, в химическом отношении, также являются жирами , т.е. сложными эфирами жирных кислот и глицерина. Но в их составе присутствует сравнительно больше количество остатков ненасыщенных жирных кислот .
В этом правиле, конечно, достаточно исключений. Например, масло какао, масло ши, масло кокоса имеют скорее твёрдую консистенцию, но их, всё равно, традиционно называют маслами. При этом их твёрдость говорит о том, что, как правило, их состав богат остатками насыщенных жирных кислот. Однако и здесь не обходится без исключений. Например, в жидком растительном пальмовом масле («копра») преобладают остатки насыщеных кислот.
Гидрогенизация жиров
Ненасыщенные жирные кислоты содержат двойные связи между атомами углерода, они легче вступают в реакции, окисляются и поэтому быстрее портятся.
Для того, чтобы растительные масла и жидкие животные жиры обладали большей химической стойкостью и большим сроком хранения их подвергают гидрогенизации .
Гидрогенизация жиров - каталитическое присоединение водорода к сложным эфирам глицерина и ненасыщенных жирных кислот.
Жидкие жиры превращаются в твёрдые вследствие присоединения водорода по месту двойной связи между атомами углерода в этерифицированных молекулах непредельной кислоты. Непредельные кислоты после этой процедуры становятся предельными (насыщенными) .
Таким образом, из жидкого растительного масла получают твёрдый пищевой маргарин.
Получение из жиров мыла (омыление жиров).
Сложные эфиры нерастворимы (или почти нерастворимы) в воде. Они растворяются в органических растворителях.
В воде сложные эфиры могут быть подвержены гидролизу, т.е. распаду на ионы, с последующим образованием из этих ионов кислоты и спирта.
Скорость этой реакции решительно возрастёт при достаточном количестве в воде ионов гидроксила (ОН ).
При нагревании жиров со щелочами сложные эфиры расщепляются с образованием спирта и соли кислоты:
Реакция щелочного гидролиза сложных эфиров называется реакцией омыления . А получающиеся в результате натриевые и калиевые соли высших жирных кислот называют мылами .
Например: C 17 H 35 COONa – стеарат натрия, С 15 Н 31 СООК – пальмитат калия.
Натриевые мыла – твёрдые, калиевые – жидкие.
Жиры – это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот, общая формула которых изображена на слайде.
Жиры, как это не удивительно, относятся к сложным эфирам. В их образовании участвуют стеариновая кислота С 17 Н 35 СООН (или близкие к ней по составу и строению другие жирные кислоты) и трехатомный спирт глицерин С 3 Н 5 (ОН) 3 . Вот как выглядит схема молекулы такого эфира:
Н 2 С- О –С(О)С 17 Н 35
НС- О –С(О)С 17 Н 35
Н 2 С- О –С(О)С 17 Н 35 тристеарин, эфир глицерина и стеариновой кислоты, тристеарат глицерина.
Жиры имеют сложное строение – это подтверждает модель молекулы тристеарата.
Химические свойства жиров: гидролиз и гидрирование жидких жиров.
Для жиров, содержащих остатки ненасыщенных карбоновых кислот, характерны все реакции непредельных соединений. Наиболее важная реакция присоединения, имеющая практическое значение – это гидрирование жидких жиров . Эта реакция лежит в основе получения маргарина (твердого жира) из растительного масла.
Все жиры, как и другие сложные эфиры, подвергаются гидролизу .
Гидролиз жиров протекает и в нашем организме: когда в органы пищеварения поступают жиры, то под влиянием ферментов они гидролизуются с образованием глицерина и карбоновых кислот. Продукты гидролиза всасываются ворсинками кишечника, а затем синтезируется жир, но уже свойственный данному организму. В дальнейшем они гидролизуются и постепенно окисляются до углекислого газа и воды. При окислении жиров в организме выделяется большое количество энергии. Для людей, занятых тяжелым физическим трудом, затраченную энергию проще всего компенсировать жирной пищей. Жиры поставляют в ткани организма жирорастворимые витамины и другие биологические активные вещества.
В зависимости от условий гидролиз бывает:
¾ Водный (без катализатора, при высоких температуре и давлении).
¾ Кислотный (в присутствии кислоты в качестве катализатора).
¾ Ферментативный (происходит в живых организмах).
¾ Щелочной (под действием щелочей).
Гидролиз сложных эфиров – обратимая реакция. Для смещения равновесия в сторону продуктов реакции его проводят в щелочной среде (в присутствии щелочей или карбонатов щелочных металлов, например, карбоната натрия).
Сложные эфиры можно рассматривать как производные кислот, у которых атом водорода в карбоксильной группе замещен на углеводородный радикал:
Номенклатура.
Сложные эфиры называют по кислотам и спиртам, остатки которых участвуют в их образовании, например Н-СО-О-СН3 - метилформиат, или метиловый эфир муравьиной кислоты; - этилацетат, или этиловый эфир уксусной кислоты.
Способы получения.
1. Взаимодействие спиртов и кислот (реакция этерификации):
2. Взаимодействие хлорангидридов кислот и спиртов (или алкоголятов щелочных металлов):
Физические свойства.
Сложные эфиры низших кислот и спиртов - жидкости легче воды, с приятным запахом. В воде растворимы только сложные эфиры с наименьшим числом атомов углерода. В спирте и дизтиловом эфире сложные эфиры растворимы хорошо.
Химические свойства.
1. Гидролиз сложных эфиров - важнейшая реакция этой группы веществ. Гидролиз под действием воды - обратимая реакция. Для смещения равновесия вправо используются щелочи:
2. Восстановление сложных эфиров водородом приводит к образованию двух спиртов:
3. Под действием аммиака сложные эфиры превращаются в амиды кислот:
Жиры. Жиры представляют собой смеси сложных эфиров, образованных трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами. Общая формула жиров:
где R - радикалы высших жирных кислот.
Наиболее часто в состав жиров входят предельные кислоты пальмитиновая и стеариновая и непредельные кислоты олеиновая и линолевая
Получение жиров.
В настоящее время практическое значение имеет лишь получение жиров из природных источников животного или растительного происхождения.
Физические свойства.
Жиры, образованные предельными кислотами, - твердые вещества, а непредельными - жидкие. Все очень плохо растворимы в воде, хорошо растворимы в диэтиловом эфире.
Химические свойства.
1. Гидролиз, или омыление жиров происходит под действием воды (обратимо) или щелочей (необратимо):
При щелочном гидролизе образуются соли высших жирных кислот, называемые мылами.
2. Гидрогенизацией жиров называется процесс присоединения водорода к остаткам непредельных кислот, входящих в состав жиров. При этом остатки непредельных кислот переходят в остатки предельных кислот, и жиры из жидких превращаются в твердые.
Из важнейших пищевых веществ - белков, жиров и углеводов - жиры обладают наибольшим запасом энергии.
