Хімія. Повторне видання. 9 клас. Савчин

§ 31. Жири, їх біологічна роль

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

• пояснювати склад молекул жирів; історію дослідження складу жирів та їх застосування;
• характеризувати фізичні властивості жирів, біологічні функції та роль;
• наводити приклади жирів;
• розрізняти природні та штучні жири;
• висловлювати судження про значення жирів для живих організмів та їх застосування.

Склад молекул жирів. У молекулах жирів містяться залишки молекул уже вивчених вами органічних сполук. Це — гліцерол і вищі карбонові кислоти.

Отже, жири — це складні речовини, утворені триатомним спиртом гліцеролом і вищими карбоновими кислотами. Речовини, утворені спиртами та карбоновими кислотами, називають естерами.

Жири — це естери гліцеролу й вищих карбонових кислот.

Для визначення складу жирів французькі хіміки Μ. Е. Шеврель і Е. М. Бертло використали два взаємопов’язані методи наукового дослідження: аналіз і синтез. У 1817 р. Μ. Е. Шеврель розклав жири на гліцерол і невідомі на той час сполуки, якими виявилися карбонові кислоти: пальмітинова, стеаринова й олеїнова. Його співвітчизник у 1854 р. здійснив синтез жиру з гліцеролу та стеаринової кислоти — тристеарат.

Роботи цих учених підтвердили склад і будову жирів.

На основі результатів їхніх досліджень складемо молекулярну формулу жиру — тристеарату.

Літери R, R', R" у скорочених структурних формулах позначають залишки молекул вищих карбонових кислот.

Мішель Ежен Шеврель (1786-1889) — французький хімік-органік, один із творців методу аналізу в органічній хімії. Досліджував будову рослинних і тваринних жирів, пояснив реакцію омилення. Найважливіші праці присвячені дослідженню вищих карбонових (жирних) кислот. Установив кількісний склад молекули гліцеролу й довів, що тваринні й рослинні жири — естери гліцеролу й вищих карбонових кислот. Виокремив холестерин і деякі вищі карбонові кислоти, зокрема стеарин. У 1825 р. запатентував виробництво стеаринових свічок.

П’єр Ежен Марселен Бертло (1827-1907) — французький учений-хімік, громадський діяч, педагог. Працював у галузі органічної та аналітичної хімії, хімічної кінетики. Один із фундаторів хімії органічного синтезу. Синтезував ряд вуглеводнів: метан, етен, етин, бензен та оксигеновмісні органічні сполуки етанол і фенол. У 1854 р. здійснив реакцію естерифікації, унаслідок якої одержав жир.

• Пригадайте, які вищі карбонові кислоти вам відомі й чим вони відрізняються за складом їхніх молекул.

Фізичні властивості. Між складом і властивостями речовин існує тісний взаємозв’язок. Залежно від того, вуглеводневі замісники яких кислот містяться в молекулах жирів, їх поділяють на тверді (сала) і рідкі (олії). Класифікацію та склад жирів показано на рисунку 107 (с. 172).

Рис. 107. Схема класифікації та складу жирів

Жири, тваринні та рослинні, — маслянисті речовини, нерозчинні у воді, легші за неї, тому під час потрапляння у воду спливають на її поверхню. Мають низькі температури плавлення. Наприклад, триолеїноат плавиться за температури -4 °С, а тристеариноат — +65 °С. Такий інтервал температур плавлення зумовлений наявністю в складі залишків насичених і ненасичених вищих кислот. Жири мають низьку теплопровідність.

Тваринні жири — тверді. Це вершкове масло, свинячий жир (сало, смалець), яловичий, баранячий, гусячий та інші жири. Виняток — риб’ячий жир, який є рідиною. Трапляються тверді жири рослинного походження: кокосове масло, масло какао.

Рослинні жири — рідини, що мають характерні запахи й різні смакові якості. Найпоширенішими є соняшникова, кукурудзяна й оливкова олії; менш поширені лляна, конопляна, ріпакова, обліпихова, соєва, гарбузова, горіхова, кедрова й гірчична. Олії виготовляють із різних частин рослини: насіння, зародків, ядер горіхів, кісточок, м’якоті плодів тощо (рис. 108).

Рис. 108. Сировина для виробництва соняшникової (а), горіхової (б) і кукурудзяної (в) олій

Часто не всі олійні рослини вирощують для олії. Вона є побічним продуктом виробництва волокна з льону, конопель, бавовни тощо. Сировиною для виготовлення олій є відходи харчових виробництв, які містять значну кількість олії. Це, зокрема, зародки зернових культур, насіння гарбуза, томатів, чаю, плодових дерев, виноградні кісточки.

Основною сировиною для виробництва олії в Україні є насіння соняшника, льону, озимого ріпаку, гірчиці, сої тощо. Провідною олійною культурою, поза сумнівом, є соняшник. Щорічно в Україні виробляють понад 1 млн т соняшникової олії. Насіння соняшника містить майже 57 % олії, а ядро — до 65 %.

В організмі людини жири накопичуються в сальнику, підшкірній клітковині, нервовій тканині, печінці, нирках.

Отже, жири — поширені в природі речовини, що виконують важливі біологічні функції та які застосовують у різних сферах.

Біологічна роль жирів. Жири належать до біологічно активних речовин, які виконують надзвичайно важливі біологічні функції в живих організмах.

Насамперед зазначимо, що вони є обов’язковим компонентом їжі. В організм людини жири потрапляють із харчовими продуктами, які містяться в м’ясі, овочах і фруктах. В організмі людини жири окиснюються, вивільняючи при цьому велику кількість енергії. Ця енергія потрібна для роботи всіх органів та утворення жирів, необхідних людському організму. Надлишок жирів, що потрапляють в організм, відкладається та є додатковим джерелом поживних речовин та енергії. Окрім того, жири виконують будівельну функцію, оскільки беруть участь у побудові клітинних мембран.

Завдяки низькій теплопровідності жири для багатьох тварин є засобом терморегуляції. Накопичуючись під шкірою, вони захищають організм від переохолодження (наприклад, китів, тюленів), ушкодження тканин унаслідок ударів, тобто виконують захисну функцію. Відомо, що багато рослин на поверхні листків мають тонку жирову плівку, яка захищає від проникнення всередину шкідливих газів, надмірної кількості води тощо. Так само в людини жири утворюють ліпідний бар’єр шкіри, запобігаючи випаровуванню вологи й оберігаючи шкірний покрив від пересихання. Жир допомагає тілу ефективно використовувати білки й вуглеводи. Достатній вміст жирів необхідний для активної діяльності мозку, концентрації уваги та пам’яті.

Застосування жирів. Значення та функції жирів зумовлюють їх широке застосування (рис. 109, с. 173). Білки насіння олійних культур використовують для підвищення біологічної цінності багатьох харчових продуктів.

Рис. 109. Сфери застосування жирів

Штучні жири. З рідких жирів, наприклад соняшникової олії, виробляють маргарин — продукт насичення залишків ненасичених карбонових кислот Гідрогеном. Цей процес називають гідрогенізацією.

Унаслідок реакцій гідрогенізації утворюються штучні трансжири. Найчастіше вони містяться в напівфабрикатах, кондитерських виробах, випічці, а також у маргарині, олії за її багаторазового використання.

Дослідниками жирів було встановлено, що вживання їх навіть у незначній кількості викликає серцево-судинні захворювання (стенокардію, ішемічну хворобу серця, серцеву недостатність) і хворобу Альцгеймера, інсульти, атеросклерози.

Тому необхідно звертати увагу на склад продуктів та їжі, яку купують у магазинах. Наприклад, стежити за вмістом пальмової олії (гідрогенізованої) у вершковому маслі, не споживати маргарин і замінники тваринних жирів у продуктах.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Жири — естери гліцеролу та вищих карбонових кислот.

• Жири поділяють на тверді й рідкі. Тверді жири переважно мають тваринне походження, рідкі — рослинне.

• Тверді жири — естери гліцеролу й насичених вищих карбонових кислот. Рідкі жири — естери гліцеролу й ненасичених вищих карбонових кислот.

• Жири виконують енергетичну, будівельну, терморегуляційну, захисну та інші важливі функції в живих організмах.

• Жири, як біологічно активні речовини, корисні для організму людини. Завдяки властивостям жирів їх застосовують у різних галузях, у побуті та як харчовий продукт.

• З рідких жирів гідрогенізацією отримують штучні (трансжири) — продукти насичення залишків ненасичених карбонових кислот воднем.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Поясніть склад і будову молекул жирів.

2. Охарактеризуйте фізичні властивості жирів.

3. Складіть скорочену структурну формулу жиру, у молекулі якого містяться залишки молекули гліцеролу й три залишки молекули пальмітинової кислоти.

4. Обчисліть масову частку Карбону в тристеариноаті.

5. Складіть молекулярну формулу жиру, що містить залишки гліцеролу й олеїнової кислоти. Обчисліть масову частку Оксигену в триолеаті.

6. Унаслідок реакції між олеїновою кислотою та натрій гідроксидом утворилася сіль масою 212,8 кг. Обчисліть маси реагентів. Назвіть утворену сіль.

7. Пальмітинова кислота прореагувала з калій гідроксидом масою 280 кг. Обчисліть масу пальмітинової кислоти, що прореагувала, і масу калій пальмітату, що утворився. Якій кількості речовини відповідає така маса калій пальмітату?

1. Реакція, характерна для всіх органічних речовин.

2. Вища карбонова ненасичена кислота.

3. Процес розпаду на йони.

4. Традиційна назва солей етанової кислоти.

5. Зв’язок між молекулами полярних сполук.

6. Органічні сполуки, у складі яких є гідроксильна група.

7. Назва розчину етанової кислоти.

8. Назва рідкого жиру.

8. Перемалюйте кросворд у зошит і розв’яжіть його. У виділеному стовпчику отримаєте назву трьохатомного спирту.

ЦІКАВО ЗНАТИ

• Жири застосовують у медицині та у фармацевтичній галузі для виробництва лікарських і косметичних засобів — мазей, кремів тощо.

• Позитивно впливають на організм людини поліненасичені кислоти. У складі їхніх молекул є по кілька подвійних зв’язків. До них належать омега-кислоти. Залежно від того, де відносно карбоксильної групи розміщуються подвійні зв’язки, їх називають ω-3, ω-6 і ω-9 мононенасичені вищі кислоти. В організмі людини вони не синтезуються, тому надходять тільки з їжею. Найбільший вміст ω-3-кислоти — у соняшниковій, лляній, горіховій та оливковій оліях, у горіхах, бобових і зернових культурах, овочах, фруктах, риб’ячому жирі, рибі й морепродуктах. Добова норма омега-кислот в організмі людини — 1-2,5 г. Вживання їх з їжею запобігає розвитку серцево-судинних захворювань, нормалізує рівень цукру в крові, сприяє кращому обміну речовин, покращує роботу мозку.

• Деякі дизельні двигуни працюють на 100-відсотковій рослинній олії. З ріпакової олії виготовляють біодизельне пальне.