Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Ярошенко

§ 18. Гідроліз естерів. Жири як представники естерів

Інформаційна довідка

• Жири — оксигеновмісні органічні речовини. Їх можна розглядати як похідні трьохатомного спирту гліцеролу, у гідроксильних групах якого Гідроген заміщений залишками вищих карбонових кислот, наприклад:

• У природі трапляються тверді жири, вони переважно тваринного походження, і рідкі — їх виробляють рослинні організми.

• Нейтралізація — реакція між лугом і кислотою з утворенням солі, наприклад:

КОН + H₂SO₄ = K₂SO₄ + H₂O.

РЕАКЦІЯ ГІДРОЛІЗУ ЕСТЕРІВ. Основною хімічною властивістю естерів є гідроліз (взаємодія з водою).

Ця реакція — зворотна реакції естерифікації. Щоб вона відбулася з утворенням кислоти і спирту, до реагентів потрібно добавити розчин лугу. Кислота, що утворюється, нейтралізується лугом, а утворена сіль не реагує зі спиртом.

Гідроліз естеру — зворотний реакції естерифікації процес його розкладу під дією води з утворенням карбонової кислоти і спирту. Щоб він відбувався в одному напрямі, реакцію проводять у присутності лугу:

ПОНЯТТЯ ПРО ЖИРИ. На основі знань про естери і загальної формули жирів:

де R, R', R" — залишки вищих карбонових кислот, робимо висновок, що жири належать до цього класу органічних сполук.

Жири — це естери трьохатомного спирту гліцеролу і вищих одноосновних карбонових кислот.

Утворення жирів можна записати, скориставшись загальними формулами кислот і жиру, так:

До складу жирів найчастіше входять залишки пальмітинової С₁₅Н₃₁СООН, стеаринової С₁₇Н₃₅СООН, олеїнової С₁₇Н₃₃СООН кислот.

До вищих карбонових кислот, що входять до складу жирів, інколи застосовують загальну назву — жирні кислоти.

Укажіть серед них насичені й ненасичені карбонові кислоти.

ВІДМІННОСТІ СКЛАДУ РОСЛИННИХ І ТВАРИННИХ ЖИРІВ. Природні жири за походженням поділяють на тваринні й рослинні.

Жири тваринного походження (свинячий, яловичий, баранячий жир, вершкове масло) містять залишки насичених вищих карбонових кислот і є переважно твердими (виняток — риб'ячий жир). Досить поширені в їх складі залишки пальмітинової С₁₅Н₃₁СООН, маргаринової С₁₆Н₃₃СООН, стеаринової С₁₇Н₃₅СООН та деяких інших кислот.

На малюнку 27 зображено модель і записано структурну формулу тристеарату із зазначенням будови вуглеводневого залишку стеаринової кислоти.

Мал. 27. Модель і структурна формула тристеарату

Жири рослинного походження називають оліями. вони мають переважно рідкий агрегатний стан (наприклад, соняшникова, кукурудзяна, оливкова). Хоча існують серед них і тверді жири (пальмове, кокосове масла).

Розгляньте формулу рослинного жиру триолеату:

Зверніть увагу, що до його складу входить вуглеводневий залишок —С₁₇Н₃₃ ненасиченого вуглеводню з одним подвійним зв'язком, тобто алкену.

Тверді жири — переважно тваринного походження, їх молекули містять залишки насичених вищих карбонових кислот (пальмітинової С₁₅Н₃₁СООН, маргаринової С₁₆Н₃₃СООН, стеаринової С₁₇Н₃₅СООН). До складу молекул олій входять переважно залишки ненасичених вищих карбонових кислот (олеїнової С₁₇Н₃₃СООН, лінолевої С₁₇Н₃₁СООН, ліноленової С₁₇Н₂₉СООН).

Соняшникова, горіхова олії на 30-50 % складаються з тригліцеридів лінолевої кислоти, решту становить олеїнова кислота.

ДОВЕДЕННЯ НЕНАСИЧЕНОГО ХАРАКТЕРУ РІДКИХ ЖИРІВ. Переконатися, що рослинні олії містять ненасичені вищі карбонові кислоти, можна дослідним шляхом. У дві пробірки поміщають по 1 мл рослинного і тваринного жиру. У кожну з пробірок додають стільки ж бромної води чи розчину калій перманганату. Вміст пробірок енергійно перемішують і спостерігають за змінами. Лише у пробірці з рослинним жиром відбувається знебарвлення бромної води чи розчину калій перманганату.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЖИРІВ. Серед жирів є тверді й рідкі за звичайних умов речовини. Жири легші за воду й не розчиняються в ній (це вам відомо з практики), але вони добре розчинні в органічних розчинниках.

Температура плавлення твердих жирів залежить від складу й будови карбонових ланцюгів. Але загалом вони — легкоплавкі речовини. Температури кипіння жирів невисокі. У середньому температура кипіння нерафінованої соняшникової олії дорівнює 120-150 °С (залежить від району вирощування й сорту рослини, погодних умов тощо), а рафінованої — 150-200 °С. Про це слід пам'ятати, готуючи страви.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЖИРІВ. Характерними хімічними властивостями жирів є гідроліз і гідрування (для олій).

Оскільки жири належать до естерів, то їм також властивий гідроліз. Гідролізу піддаються всі жири, гідруванню — ті, що містять залишки ненасичених вищих карбонових кислот.

1. Гідроліз жирів. Це оборотна реакція жирів з водою. Розрізняють кислотний і лужний гідроліз жирів.

Кислотний гідроліз жирів — реакція оборотна і протікає в присутності неорганічних кислот.

Лужний гідроліз жирів (омилення) — реакція необоротна. Її проводять у присутності лугу. Утворюються солі жирних кислот — мила:

Мила — солі вищих карбонових кислот і лужних металічних елементів. Натрієві солі вищих карбонових кислот — тверді мила, калієві — рідкі.

2. Гідрування жирів. Залишки ненасичених вищих карбонових кислот, що входять до складу рідких жирів, здатні приєднувати водень.

У такий спосіб у промисловості рідкі жири перетворюють на тверді й виготовляють маргарин — харчовий продукт, що складається із суміші гідрогенізованих олій (соняшникової, кукурудзяної, оливкової та ін.), тваринних жирів, молока і смакових добавок (солі, цукру, вітамінів тощо).

БІОЛОГІЧНА РОЛЬ ЖИРІВ. Жири належать до біологічно активних речовин. Це основне джерело енергії в живій природі. Тому жири — обов'язковий компонент продуктів харчування людини. Організм людини з продуктами харчування отримує жири як рослинного, так і тваринного походження. За вмістом жиру розрізняють п'ять груп харчових продуктів (табл. 10).

Таблиця 10

Назва групи	Вміст жирів, (г/100 г продукту)	Приклади харчових продуктів
Продукти з дуже високим вмістом жиру	понад 80	рослинна олія й вершкове масло, маргарин, сало
Продукти з високим вмістом жиру	від 20 до 80	майже всі види сиру, вершки, сметана від 20 % жирності, м'ясо качки, м'ясо гуски, свинина, ковбаси всіх видів, молочні сосиски, шпроти, тістечка, шоколад, халва
Продукти з середнім вмістом жиру	від 10 до 19,9	жирний сир, яйця, баранина й курятина, яловичі сардельки, чайна та дієтична ковбаси, ікра, жирні сорти риби (сьомга, осетер, сайра)
Продукти з низьким вмістом жиру	від 3 до 9,9	молоко, жирний кефір, напівжирний сир, яловичина, пісна баранина, нежирна здоба, помадні цукерки, ставрида, скумбрія, горбуша
Продукти з незначним вмістом жиру	менше 3	квасоля, крупи, білкове молоко, знежирений сир, хліб, тріска, хек, щука

Однією з основних біологічних функцій жирів є енергетична, за окиснення 1 г жиру виділяється вдвічі більше енергії, ніж за окиснення такої самої порції білка.

Водночас жири виконують й інші функції: захисну (підшкірний шар жиру у тварин захищає їхній організм від переохолодження); транспортну (транспортують жиророзчинні вітаміни); резервну (деяким організмам, наприклад верблюдам, властиве відкладання жирів «про запас» із подальшим їх використанням у разі відсутності корму й води); структурну (входять до складу клітинних мембран).

Жири служать джерелом незамінних жирних кислот. Річ у тім, що серед ненасичених кислот є замінні (ті, що можуть утворюватися в організмі людини) й незамінні (організм їх не виробляє, але вони життєво необхідні для нього). Олеїнова С₁₇Н₃₃СООН і пальмітинова С₁₅Н₃₁СООН кислоти належать до замінних. До незамінних кислот для організму людини належать лінолева С₁₇Н₃₁СООН, ліноленова C₁₇H₂₉COOH, арахідонова C₁₉H₃₁COOH та інші. У медицині та косметиці значну увагу приділяють омега-3 й омега-6 кислотам. Поцікавившись ними, ви з'ясуєте, що це — ненасичені жирні кислоти. Усі вони забезпечують здоровий стан шкіри й волосся, виконують регуляторні функції, зокрема нормалізують жировий обмін, допомагають зниженню ваги. За їх гострої нестачі уповільнюється ріст, виникають дерматити (захворювання шкіри). Незамінні кислоти організм людини отримує, споживаючи рибу (сардина, лосось), горіхову, оливкову, лляну, ріпакову, соняшникову олії.

Добова потреба організму людини в незамінних кислотах дорівнює 2-6 г. До речі, кілька чайних ложок соняшникового насіння задовольняють добову потребу людини в лінолевій кислоті.

Достатня кількість жирів у харчовому раціоні людини — запорука стійкого імунітету, злагодженої роботи нервової системи. Надмірне споживання жирів може спричинити розлади в обміні речовин і призвести до різних захворювань.

Сторінка ерудита

Унаслідок гідрування жирів можуть утворюватися транс-ізомери жирних кислот (про цис- і транс-ізомери йшлося на «Сторінці ерудита» § 5). Це пов'язано з тим, що атоми або групи атомів (замісники), що сполучені з атомами карбону, між якими є подвійний зв'язок, можуть розташовуватися по різні боки його площини. Жири, які у своєму складі містять транс-ізомери жирних кислот, називають транс-жирами, або трансгенними жирами. Багато їх міститься у фритюрних жирах і продуктах, одержаних на їх основі. Наприклад, чіпси містять 30 % транс-ізомерів, а картопля фрі — близько 40 %. У маргарині може бути до 24 % транс-ізомерів, після смаження цей показник істотно збільшується.

Дослідження показали, що надмірне вживання транс-ізомерів жирних кислот призводить до відкладання холестеринових бляшок на стінках кровоносних судин, провокує розвиток атеросклерозу.

Окиснення жирів. Унаслідок тривалого зберігання рослинні й тваринні жири, жировмісні продукти псуються, набувають неприємного смаку й запаху. Під впливом кисню повітря, світла, вологи, ферментів у них відбувається накопичення шкідливих для організму людини продуктів окиснення (згіркнення) жирів — спиртів, альдегідів, кетонів, кислот з карбоновими ланцюгами меншої довжини, ніж у складі жиру.

Окиснення (згіркнення) жирів — результат складних хімічних і біохімічних процесів, які відбуваються в жирах під час тривалого зберігання, і зумовлені дією кисню, світла, вологи тощо.

Ось чому важливо правильно зберігати жири й жировмісні продукти, пам'ятати про терміни їх зберігання.

Стисло про основне

• За складом молекули жирів належать до класу оксигеновмісних речовин естерів.

• Серед жирів бувають тверді й рідкі (олії) речовини.

• Особливість олій полягає в тому, що до складу їхніх молекул входять залишки ненасичених вищих карбонових кислот.

• Основними хімічними властивостями жирів є гідроліз, а олій — гідроліз і гідрування.

• Жири — біологічно активні, життєво необхідні людині речовини.

Знаємо, розуміємо

• 1. За яких умов відбувається гідроліз естерів? Які продукти цієї реакції?
• 2. Які речовини називають жирами?
• 3. Наведіть приклади поширення жирів у природі.
• 4. Назвіть відомі вам фізичні й хімічні властивості жирів.
• 5. Оцініть біологічне значення жирів.

Застосовуємо

1. Однаковими чи різними будуть продукти реакцій гідролізу метилетаноату й етилметаноату? Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій.

2. Який об'єм водню (н. у.) витратиться на гідрування жиру кількістю речовини 4 моль, молекула якого містить один залишок стеаринової і два залишки олеїнової кислот?

3. Господарче мило добувають із твердих жирів тваринного походження. Скільки кілограмів натрієвого мила можна добути, гідролізуючи 1980 кг жиру, молекула якого містить три залишки стеаринової кислоти?

4. Як з етену добути етилетаноат? Складіть рівняння відповідних реакцій.

5*. Як ви вважаєте, що обходиться дешевше — одержання рослинного чи тваринного жиру? Знайдіть в інформаційних джерелах підтвердження правильності вашої думки.