Хімічні властивості жирів. Фізичні та хімічні властивості жирів. Біологічна роль жирів

ЛІПІДИ

Біологічні функції ліпідів

ЛІПІДИ- це різнорідна група природних сполук, повністю або майже повністю нерозчинних у воді, але розчинних в органічних розчинниках та один в одному, що дають при гідроліз високомолекулярні жирні кислоти.

У живому організмі ліпіди виконують різноманітні функції.

Біологічні функції ліпідів:

Структурна

Структурні ліпіди утворюють складні комплекси з білками та вуглеводами, з яких побудовані мембрани клітини та клітинних структур, беруть участь у різноманітних процесах, що протікають у клітині.

Запасна (енергетична)

Запасні ліпіди (в основному жири) є енергетичним резервом організму та беруть участь в обмінних процесах. У рослинах вони накопичуються головним чином у плодах і насінні, у тварин і риб - у підшкірних жирових тканинах і тканинах, що оточують внутрішні органи, а також печінки, мозковій та нервовій тканинах. Зміст залежить від багатьох чинників (виду, віку, харчування тощо. буд.) й у окремих випадках становить 95-97% всіх виділених ліпідів.

Калорійність вуглеводів та білків: ~ 4 ккал/грам.

Калорійність жиру: ~9 ккал/грам.

Перевагою жиру як енергетичного резерву, на відміну вуглеводів, є гидрофобность – не пов'язані з водою. Це забезпечує компактність жирових запасів – вони зберігаються у безводній формі, займаючи малий обсяг. У середньому у людини запас чистих триацилгліцеринів становить приблизно 13 кг. Цих запасів міг би вистачити на 40 днів голодування за умов помірної фізичної навантаження. Для порівняння: загальні запаси глікогену в організмі – приблизно 400 г; при голодуванні цієї кількості не вистачає навіть на одну добу.

Захисна

Підшкірні жирові тканини оберігають тварин від охолодження, а внутрішні органи – від механічних ушкоджень.

Утворення запасів жиру в організмі людини та деяких тварин розглядається як пристосування до нерегулярного харчування та до проживання в холодному середовищі. Особливо великий запас жиру у тварин, що впадають у тривалу сплячку (ведмеді, бабаки) та пристосованих до проживання в умовах холоду (моржі, тюлені). У плоду жир практично відсутній, і з'являється перед народженням.

Особливу групу за своїми функціями в живому організмі складають захисні ліпіди рослин - воски та їх похідні, що покривають поверхню листя, насіння та плодів.

Важливий компонент харчової сировини

Ліпіди є важливим компонентом їжі, багато в чому визначаючи її харчову цінність та смакову гідність. Винятково велика роль ліпідів у різноманітних процесах харчової технології. Псування зерна та продуктів його переробки при зберіганні (прогоркання) в першу чергу пов'язана зі зміною його ліпідного комплексу. Ліпіди, виділені з низки рослин і тварин, - основна сировина для отримання найважливіших харчових та технічних продуктів (олії, тваринних жирів, у тому числі вершкового масла, маргарину, гліцерину, жирних кислот та ін.).

Класифікація ліпідів

Загальноприйнятої класифікації ліпідів немає.

Найбільш доцільно класифікувати ліпіди залежно від їхньої хімічної природи, біологічних функцій, а також по відношенню до деяких реагентів, наприклад, до лугів.

За хімічним складом ліпіди зазвичай поділяють на дві групи: прості та складні.

Прості ліпіди– складні ефіри жирних кислот та спиртів. До них відносяться жири , воски і стероїди .

Жири– ефіри гліцерину та вищих жирних кислот.

Віски– ефіри вищих спиртів аліфатичного ряду (з довгим вуглеводним ланцюгом 16-30 атомів С) та вищих жирних кислот.

Стероїди– ефіри поліциклічних спиртів та вищих жирних кислот.

Складні ліпіди крім жирних кислот та спиртів містять інші компоненти різної хімічної природи. До них відносяться фосфоліпіди та гліколіпіди .

Фосфоліпіди- це складні ліпіди, в яких одна із спиртових груп пов'язана не з РК, а з фосфорною кислотою (фосфорна кислота може бути з'єднана з додатковою сполукою). Залежно від того, який спирт входить до складу фосфоліпідів, вони поділяються на гліцерофосфоліпіди (містять спирт гліцерин) та сфінгофосфоліпіди (містять спирт сфінгозин).

Гліколіпіди- це складні ліпіди, в яких одна із спиртових груп пов'язана не з РК, а з вуглеводним компонентом. Залежно від того, який вуглеводний компонент входить до складу гліколіпідів, вони поділяються на цереброзиди (як вуглеводний компонент містять якийсь моносахарид, дисахарид або невеликий нейтральний гомоолігосахарид) і гангліозиди (як вуглеводний компонент містять кислий гетероолігосахарид).

Іноді в самостійну групу ліпідів ( мінорні ліпіди ) виділяють жиророзчинні пігменти, стерини, жиророзчинні вітаміни. Деякі з цих сполук можуть бути віднесені до групи простих (нейтральних) ліпідів, інші складні.

За іншою класифікацією ліпіди в залежності від їх ставлення до луг ділять на дві великі групи: омилювані та неомилювані. До групи омилюваних ліпідів відносяться прості і складні ліпіди, які при взаємодії з лугами гідролізуються з утворенням солей високомолекулярних кислот, які отримали назву мила. До групи неомилюваних ліпідів належать сполуки, що не піддаються лужному гідролізу (стерини, жиророзчинні вітаміни, прості ефіри тощо).

За своїми функціями у живому організмі ліпіди поділяються на структурні, запасні та захисні.

Структурні ліпіди – головним чином фосфоліпіди.

Запасні ліпіди – переважно жири.

Захисні ліпіди рослин - воски та їх похідні, що покривають поверхню листя, насіння та плодів, тварин – жири.

ЖИРИ

Хімічна назва жирів – ацилгліцерини. Це складні ефіри гліцерину та вищих жирних кислот. "Ацил-" - це означає "залишок жирних кислот".

Залежно кількості ацильних радикалів жири поділяються на моно-, ди- і тригліцериди. Якщо у складі молекули 1 радикал жирних кислот, то жир називається моноацілгліцерином. Якщо у складі молекули 2 радикалу жирних кислот, то жир називається діацілгліцерином. В організмі людини та тварин переважають ТРІАЦИЛГЛІЦЕРИНИ (містять три радикали жирних кислот).

Три гідроксилу гліцерину можуть бути етерифіковані або тільки однією кислотою, наприклад пальмітинової або олеїнової, або двома або трьома різними кислотами:

Природні жири містять головним чином змішані тригліцериди, що включають залишки різних кислот.

Так як спирт у всіх природних жирах один і той же - гліцерин, спостережувані між жирами відмінності обумовлені виключно складом жирних кислот.

У жирах виявлено понад чотириста карбонових кислот різної будови. Проте більшість із них є лише у незначній кількості.

Кислоти, що містяться в природних жирах, є монокарбоновими, побудовані з нерозгалужених вуглецевих ланцюгів, що містять парне вуглецевих атомів. Кислоти, що містять непарне число атомів вуглецю, що мають розгалужений вуглецевий ланцюжок або містять циклічні фрагменти, присутні в незначних кількостях. Виняток становлять ізовалеріанова кислота і ряд циклічних кислот, що містяться в деяких рідко зустрічаються жирах.

Найбільш поширені у жирах кислоти містять від 12 до 18 атомів вуглецю, вони часто називаються жирними кислотами. До складу багатьох жирів входять у невеликій кількості низькомолекулярні кислоти (С 2 -З 10). Кислоти з числом атомів вуглецю вище 24 є у восках.

До складу гліцеридів найбільш поширених жирів у значній кількості входять ненасичені кислоти, що містять 1-3 подвійні зв'язки: олеїнова, лінолева і ліноленова. У жирах тварин є арахідонова кислота, що містить чотири подвійні зв'язки, в жирах риб і морських тварин виявлені кислоти з п'ятьма, шістьма і більш подвійними зв'язками. Більшість ненасичених кислот ліпідів має цис-конфігурацію, подвійні зв'язки у них ізольовані або розділені метиленової (-СН 2 -) групою.

З усіх ненасичених кислот, що містяться в природних жирах, найбільш поширена олеїнова кислота. У багатьох жирах олеїнова кислота становить більше половини від загальної маси кислот, і лише в небагатьох жирах її міститься менше 10%. Дві інші ненасичені кислоти - лінолева і ліноленова - також дуже поширені, хоча вони присутні в значно меншій кількості, ніж олеїнова кислота. У помітних кількостях лінолева та ліноленова кислоти містяться в рослинних оліях; для тварин організмів є незамінними кислотами.

З граничних кислот пальмітинова кислота майже так само поширена, як і олеїнова. Вона є у всіх жирах, причому деякі містять її 15-50% від загального вмісту кислот. Широко поширені стеаринова та міристінова кислоти. Стеаринова кислота міститься у великій кількості (25% і більше) тільки в запасних жирах деяких ссавців (наприклад, в овечому жирі) і жирах деяких тропічних рослин, наприклад в маслі какао.

Доцільно розділяти кислоти, що містяться в жирах, на дві категорії: головні та другорядні кислоти. Головними кислотами жиру вважаються кислоти, вміст яких у жирі перевищує 10%.

Фізичні властивості жирів

Як правило, жири не витримують перегонки та розкладаються, навіть якщо їх переганяють при зниженому тиску.

Температура плавлення, а відповідно і консистенція жирів залежать від будови кислот, що входять до їхнього складу. Тверді жири, тобто жири, що плавляться при порівняно високій температурі, складаються переважно з гліцеридів граничних кислот (стеаринова, пальмітинова), а в оліях, що плавляться при нижчій температурі і являють собою густі рідини, містяться значні кількості гліцеридів ненасичених кислот ( , Лінолева, ліноленова).

Так як природні жири є складними сумішами змішаних гліцеридів, вони плавляться не при певній температурі, а в певному температурному інтервалі, причому попередньо вони розм'якшуються. Для характеристики жирів застосовується, як правило, температура затвердіння,яка не збігається з температурою плавлення – вона дещо нижча. Деякі природні жири – тверді речовини; інші ж – рідини (олії). Температура затвердіння змінюється в широких межах: -27 ° С у лляної олії, -18 ° С у соняшникової, 19-24 ° С у коров'ячої та 30-38 ° С у яловичого сала.

Температура затвердіння жиру обумовлена ​​характером складових його кислот: вона тим вища, чим більший вміст граничних кислот.

Жири розчиняються в ефірі, полигалогенопроизводных, сірковуглецю, в ароматичних вуглеводнях (бензолі, толуолі) і в бензині. Тверді жири важко розчиняються в петролейному ефірі; нерозчинні у холодному спирті. Жири нерозчинні у воді, однак вони можуть утворювати емульсії, які стабілізуються в присутності таких поверхнево-активних речовин (емульгаторів), як білки, мила та деякі сульфокислоти, головним чином у слаболужному середовищі. Природною емульсією жиру, що стабілізується білками, є молоко.

ВИЗНАЧЕННЯ

Жири– складні ефіри вищих карбонових кислот та гліцерину.

Жири та олії (рідкі жири) – важливі природні сполуки. Всі жири та олії рослинного походження майже повністю складаються зі складних ефірів гліцерину (тригліцеридів). У цих сполуках гліцерин етерифікований вищими карбоновими кислотами.

Жири мають загальну формулу:

Тут R, R', R'' - вуглеводневі радикали.

Три гідроксогрупи гліцерину можуть бути етерифіковані або тільки однією кислотою, наприклад пальмітинової або олеїнової, або двома або трьома різними кислотами:

Основні граничні кислоти, що утворюють жири – пальмітинова З 15 Н 31 СООН та стеаринова З 17 Н 35 СООН; основні ненасичені кислоти - олеїнова З 17 Н 33 СООН і лінолева З 17 Н 31 СООН.

Фізичні властивості жирів

Жири, утворені граничними кислотами, - тверді речовини, а ненасиченими - рідкі. Усі жири дуже погано розчиняються у воді.

Одержання жирів

Жири отримують за реакцією етерифікації, що протікає між триатомним спиртом гліцерином та вищими карбоновими кислотами:

Хімічні властивості жирів

Серед реакцій жирів особливе місце займає гідроліз, який можна здійснити дією як кислот, так і основ:

а) кислотний гідроліз

б) лужний гідроліз

Для масел (рідких жирів) характерні реакції приєднання:

- гідрування (реакція гідрування (гідрогенізація) лежить в основі отримання маргарину)

- Бромування

Мірою ненасиченості залишків кислот, що входять до складу жирів, є йодне число, що виражається масою йоду (у грамах), який може приєднатися по подвійним зв'язкам до 100г жиру. Йодна кількість важлива при оцінці олій, що висихають.

Олії (рідкі жири) також піддаються реакціям окислення та полімеризації.

Застосування жирів

Жири знайшли широке застосування у харчовій промисловості, фармацевтиці, у виробництві олій та різних косметичних засобів, у виробництві мастильних матеріалів.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Властивості жирів визначаються якісним складом жирних кислот, їх кількісним співвідношенням, відсотковим вмістом вільних, не пов'язаних із гліцерином, жирних кислот, співвідношенням різних тригліцеридів тощо.

Насичені жирні кислоти утворюють тригліцериди, що мають за нормальної температури тверду консистенцію. Серед них зустрічаються як тварини (наприклад, яловичий жир), так і рослинні (наприклад, олія какао) жири. Ненасичені жирні кислоти утворюють тригліцериди, що мають за тих же умов рідку консистенцію - тваринні жири (наприклад, риб'ячий жир) і переважна більшість рослинних олій.

Жири та масла жирні на дотик, нанесені на папір, залишають характерну "жирну" пляму, що не зникає при нагріванні, а, навпаки, ще сильніше розпливається. При звичайній температурі олії не спалахують, але нагріті або у вигляді парів горять яскравим полум'ям. Чисті тригліцериди безбарвні, але природні жири більш менш пофарбовані. Олії зазвичай жовтуваті внаслідок присутності каротиноїдів, деякі з них можуть бути пофарбовані хлорофілом у зелений колір, або, що ще рідше, червоно-оранжевий або інший колір залежно від виду ліпохромів. Запах та смак свіжих жирів специфічні. Запах обумовлений присутністю слідів ефірних олій (терпени, аліфатичні вуглеводні та ін.). У деяких жирах містяться складні ефіри низькомолекулярних кислот, що мають запах. Специфічний запах риб'ячих жирів обумовлений сильно ненасиченими жирними кислотами чи, вірніше, продуктами їхнього окислення.

Щільність переважної кількості жирів перебуває у межах 0,910-0,945. Лише в небагатьох масел (наприклад, касторового) щільність вища - до 0,970 (при 20 ° С, ГФ X).

У воді жири та олії нерозчинні, але їх можна заемульгувати у воді за допомогою поверхнево-активних речовин. В етанолі розчиняються важко (або не розчиняються), за винятком рицинової олії. Легко розчинні в діетиловому ефірі, хлороформі, сірковуглецю, бензині, петролейному ефірі, вазеліновому маслі. Жири та олії змішуються між собою у будь-яких співвідношеннях. Вони є хорошими розчинниками ефірних олій, камфори, смол, сірки, фосфору та інших речовин.

Температура плавлення твердих жирів зростає з кількістю вуглецевих атомів, що входять до їх складу жирних кислот. Оскільки жири є складними сумішами різних тригліцеридів, точка плавлення їх зазвичай не буває чітко вираженою. Сказане однаково відноситься і до температури застигання.

Температура кипіння жирів не може бути визначена, оскільки при нагріванні до 250°С вони руйнуються з утворенням з гліцерину альдегіду акролеїну, що сильно подразнює слизові оболонки очей.

Киплять вони у високому вакуумі. Жирні олії, які з простих тригліцеридів, оптично неактивні, якщо вони містять домішки оптично активних речовин. У разі змішаних тригліцеридів деякі жирні олії можуть проявляти оптичну активність.

Показник заломлення тим вищий, чим більше міститься в жирі тригліцеридів ненасичених кислот. Наприклад, масло какао має показник заломлення 1,457, мигдальне - 1,470, лляне - 1,482.

Хімічні властивості жирів проявляються в їх здатності до омилення, прогоркання, висихання та гідрогенізації.

Омилення.Тригліцериди жирних кислот здатні до перетворень, характерних для складних ефірів. Під впливом їдких лугів відбувається розщеплення ефірних зв'язків, у результаті утворюються вільний гліцерин і лужні солі жирних кислот (мила).

Реакція омилення широко використовується для приготування побутових та медичних мил, а також для з'ясування складу жирів та їхньої доброякісності. З цією метою визначають число омиленнятобто кількість міліграмів їдкого калію (KOH), необхідне для нейтралізації вільних і пов'язаних у вигляді тригліцеридів жирних кислот, що містяться в 1 г жиру.

Прогоркання.Цей складний хімічний процес відбувається при зберіганні жиру в несприятливих умовах (доступ повітря і вологи, світло, тепло), в результаті чого жири набувають гіркуватого смаку і неприємного запаху. Якщо жири в цих умовах піддаються дії ферменту ліпази, відбувається їх розкладання, аналогічне реакції омилення. Цей вид псування жиру легко контролюється за величиною кислотного числа(КЧ). Під цією константою розуміється кількість міліграмів їдкого калію (KOH), яка потрібна для нейтралізації вільних жирних кислот, що містяться в 1 г жиру. Доброякісні жири містять невелику кількість вільних жирних кислот.

За допомогою інших констант можна визначити природу вільних жирних кислот, що містяться в маслі. Так, за кількістю Рейхерта-Мейсля можна судити про кількість летких розчинних у воді кислот, а за кількістю Поленську - про кількість летких кислот, нерозчинних у воді. Числом Рейхерта-Мейсля називається кількість мілілітрів 0,1 Ме розчину їдкого калію, необхідне для нейтралізації летких, розчинних у воді жирних кислот, отриманих за певних умов з 5 г жиру. Число Поленське встановлюють за визначенням летких кислот у тому ж навішуванні жиру. Випали жирні кислоти переводять у спиртовий розчин і титрують 0,1 Ме спиртовим розчином їдкого калію.

Для більш точного уявлення про кількість гліцеридів, що містяться в жирах, з числа омилення віднімають кислотне число і отримують так зване ефірне число(ЕЧ), що характеризує тільки пов'язані жирні кислоти.

Іноді гіркування жирів залежить від життєдіяльності мікроорганізмів, що викликають окислення відщеплених жирних кислот у кетони або альдегіди. Однак найчастіше прогоркання жирів обумовлюється окисленням ненасичених жирних кислот киснем повітря. Останній може приєднуватися за місцем подвійних зв'язків, утворюючи перекиси.

Кисень може приєднуватися також і до вуглецевого атома, сусіднього з подвійним зв'язком, утворюючи гідроперекису.

Перекиси, що утворилися, і гідроперекиси піддаються розкладанню з утворенням альдегідів і кетонів. Для характеристики окисного прогоркання жиру використовується константа, відома під назвою перекисне число, що виражається кількістю йоду, що пішов на руйнування перекисів.

Висихання.Намащені тонким шаром рідкі жири поводяться на повітрі по-різному: одні залишаються без зміни рідкими, інші, окислюючись, поступово перетворюються на прозору смолоподібну еластичну плівку - ліноксин, нерозчинну в органічних розчинниках. Олії, що не утворюють плівку, називаються невисихаючими. Головною складовою в таких оліях є гліцериди олеїнової кислоти (з одним подвійним зв'язком). Олії, що утворюють щільну плівку, називаються висихаючими. Головною складовою в таких оліях є гліцериди ліноленової кислоти (з трьома подвійними зв'язками). Олії, що утворюють м'які плівки, називаються напіввисихаючими. Головною складовою в таких оліях є гліцериди лінолевої кислоти (з двома подвійними зв'язками). Здатність деяких олій до висихання широко використовується у народному господарстві (лакофарбова промисловість). Для медицини, навпаки, становлять інтерес невисихаючі масла, оскільки вони використовуються для парентерального введення лікарських засобів.

Олеїнова кислота має здатність під впливом азотистої кислоти переходити у свої стереоізомери - елаїдинову кислоту, яка при кімнатній температурі має тверду консистенцію. Цією реакцією, відомою під назвою елаїдинова проба, широко користуються для визначення типу олії: якщо проба позитивна, то, отже, досліджувана олія невисихаюча (містить тригліцериди олеїнової кислоти).

Надійним способом виявлення висихання масел служить визначення йодного числа. Відомо, що всі ненасичені кислоти, у тому числі і жирні, здатні приєднувати за місцем подвійного зв'язку галогени. Чим більше жирних кислот буде подвійних зв'язків, тим більше приєднається галогенів. Для аналітичних цілей зазвичай використовують йод; під йодним числом розуміється кількість грамів йоду, що поглинається 100 г жиру. Таким чином, за величиною йодного числа можна легко встановити, до якої групи за ступенем висихання відноситься та чи інша олія.

Хімічні властивості жирів обумовлені наявністю:

1. Складних ефірних зв'язків,

2. Подвійних зв'язків у вуглеводневих радикалах жирних кислот,

3. Наявністю гліцерину у складі жиру.

1. Зумовлені наявністю складних ефірних зв'язків

Жири легко піддаються гідролітичного розщеплення за участю ферментів,утворюється гліцерин та жирні кислоти.

Ферментативний гідролізвідбувається східчасто. Фермент - ліпаза міститься у всіх жирноолійних рослинах. Гідролізу сприяє волога та підвищена температура. Відбувається гідролітичне прогоркання жиру.

Вказана властивість враховується при зберіганні жирів.

Жири розщеплюються під дією лугівз утворенням гліцерину та солей жирних кислот. Солі, що утворюються, називають милами: калієві мила - рідкі, натрієві - тверді.

Процес називають омиленням

C 3 H 5 (COOR) 3 + 3 NaOH C 3 H 5 (OH) 3 + 3 R`COONa

Властивість враховують в аналізі жиру. Реакція омилення широко використовується для приготування побутових та медичних мил, а також для з'ясування складу жирів та їхньої доброякісності.

Чим більша кількість омилення, тим менша молекулярна маса гліцеридів.

2. Зумовлені наявністю подвійних зв'язків у вуглеводневих радикалах жирних кислот

За подвійними зв'язкамижирних кислот може приєднуватися водень, галогени, кисень.

1). Приєднання водню -гідрування жирів (гідрогенізація жирів) йде за підвищеної температури в присутності каталізатора (трубчастий нікель).

Ненасичені жирні кислоти переходять у граничні, рідкі олії перетворюються на тверді. Отримують саломаси, їх використовують у медичній практиці як мазеві та супозиторні основи (бутірол) та у харчовій промисловості - виробництво маргарину.

Реакція гідрогенізації широко використовується для отримання щільних жирів з олії.

2). Приєднання галогенів– цю властивість використовують у аналізі жирів. При визначенні хімічної константи – йодного числа.

Надійним способом виявлення висихання масел служить визначення йодного числа. Відомо, що всі ненасичені кислоти, у тому числі і жирні, здатні приєднувати за місцем подвійного зв'язку галогени.

Чим більше жирних кислот буде подвійних зв'язків, тим більше приєднається галогенів.

За величиною йодного числа можна легко встановити, до якої групи за ступенем висихання відноситься та чи інша олія.

Йодна кількість деяких олій

Здатність деяких олій до висихання широко використовується у народному господарстві (лакофарбова промисловість).

Для медицини, навпаки, становлять інтерес невисихаючі масла, оскільки вони використовуються для парентерального введення лікарських засобів.

Олеїнова кислота має здатність під впливом азотистої кислоти переходити у свої стереоізомери - елаїдинову кислоту, яка при кімнатній температурі має тверду консистенцію.

Цією реакцією, відомою під назвою елаїдинова проба, широко користуються для визначення типу олії: якщо проба позитивна, то, отже, олія, що не висихає (містить тригліцериди олеїнової кислоти).

3). Приєднання кисню повітряпризводить до окислення та прогоркання жирів. Може бути хімічне окиснення (альдегідне) та біохімічне за участю мікроорганізмів (кетонне). Жири набувають специфічного смаку і запаху і до вживання непридатні. Змінюється колір жиру – частіше знебарвлюються; змінюються фізичні та хімічні властивості жиру: збільшується щільність та кислотне число, зменшується йодне число та в'язкість.

Розрізняють 3 види окисного прогоркання:

1 - неферментативне -кисень приєднується за місцем подвійних зв'язків, утворюючи пероксиди; при розкладанні пероксидів жирних кислот виходять альдегіди.

R 1 - CH = CH - R 2 R 1 - CH - CH - R 2 R 1 - C = O + R 2 - C = O

До групи важливих органічних речовин - ліпідів - поряд зі стероїдами та восками входять жири. Їх вміст живих клітинах коливається від 5 до 10% від сухої маси клітини. Ці речовини вивчають, виходячи з особливостей їх, які і зумовлюють хімічні властивості жирів. Хімія розглядає ці речовини як продукт реакції етерифікації між триатомним спиртом гліцерином та вищими граничними або ненасиченими карбоновими кислотами.

У цій статті ми вивчимо не тільки їх застосування у промисловості та значення, але також отримання жирів та хімічні властивості, характерні для даного класу сполук.

Історія відкриття

Будова була вивчена у середині 19 століття. Французький хімік Е. Шеврель нагрівав їх з водою в присутності лугу і знайшов у продуктах реакції молекули жирних карбонових кислот та гліцеролу. М. Бертло провів при нагріванні гліцерину із сумішшю стеоринової та пальметинової кислот він отримав тригліцерид – жир. На підставі цих експериментів було зроблено висновок, що речовини, що вивчаються, відносяться до класу естерів. Хімічні властивості жирів підтвердили цей висновок.

Жири – складні ефіри

Як було доведено дослідами М. Бертло та Е. Шевреля, тригліцериди є естери триатомного спирту гліцерину та вищих одноосновних карбонових кислот. Жир, що містить стеоринову або пальметинову кислоти, є твердим, наприклад, яловичий, свинячий, баранячий. Якщо до складу тригліцеридів входять ненасичені жирні кислоти - олеїнова, лінолева, ліноленова - такі жири рідкі і називаються оліями (соняшникова, арахісова, лляна).

Хімічні властивості жирів відрізняються від інших естерів ще й тим, що до їх молекул можуть входити відразу кількох різних карбонових кислот.

Фізичні властивості

Як натуральні, і синтетичні, наприклад, маргарин, тригліцериди мають загальні ознаки. Головний з них – гідрофобність, невисока температура плавлення та низька питома щільність. Вони добре розчиняються в органічних розчинниках, наприклад, бензолі, тетрахлорметані. Всі жири легко поглинаються пористими або волокнистими матеріалами. Відповідно до теорії органічних речовин М. Бутлерова, фізичні та хімічні властивості жирів взаємопов'язані між собою. Підтвердження цього факту буде наведено нижче.

Хімічні реакції тригліцеридів

Кількісний та якісний склад молекули жиру, а також її просторова конфігурація підтверджує факт належності тригліцеридів класу естерів. Їхня головна хімічна властивість - це реакція з водою (гідроліз). Вона легко відбувається у присутності каталізаторів – лугів, оксидів магнію, цинку чи кальцію. У продуктах реакції виявляється суміш карбонових кислот та гліцерину. Так як реакція жирів з водою оборотна, у промисловості створюють умови, за яких вона проходить до кінця - у бік утворення гліцеролу та вищих одноосновних карбонових кислот. Для цього реактивну суміш постійно подають розчин лугу, а продукти відразу виводять зі сфери реакції. Ці прийоми запобігають можливості перебігу зворотного процесу, що призводить до утворення жиру. Гідроліз широко використовується в хімії органічного синтезу для одержання вищезгаданих речовин.

Реакція лужного омилення

Продовжимо вивчати органічні речовини – складні ефіри. Жири, хімічні властивості яких представлені реакцією гідролізу, здатні також вступати у взаємодію Космосу з лугами. Ця реакція називається омилення і протилежна процесу естерификации. Отримані в результаті лужного омилення гліцерол та жирні кислоти обробляють содою або їдким натром. В результаті утворюється мило.

Воно тверде має формулу C 17 H 35 COONa і називається господарським. Якщо додати до нього барвники, гліцерин, косметичні аромати, отримаємо туалетне мило. Рідке мило, на відміну від твердих видів, одержують у тому випадку, якщо жири реакції омилення змішують не з гідроксидом натрію, а з їдким калієм. Наприклад, пальмітат калію C 15 H 31 COOK – рідке калієве мило. Вихідною сировиною для реакції омилення є дешеві жири тваринного або рослинного походження.

Рідкі жири - олії

До їх складу входять молекули ненасичених карбонових кислот, що мають подвійні зв'язки. синтезуються в каналах ендоплазматичної мережі під дією ферментів із гліцерину та жирних кислот. А вони, у свою чергу, утворюються в реакціях циклу Кальвіна, які відбуваються внаслідок фотосинтезу. Краплі олії накопичуються в насінні, плодах, рідше у вегетативних частинах рослин і є запасом поживних речовин. Фізико-хімічні властивості жирів, що утворюються рослинами, обумовлені наявністю в їх молекулах подвійного пи-зв'язку. За місцем її розриву відбуваються реакції приєднання, наприклад атомів водню. Це призводить до утворення твердих гідрогенізованих тригліцеридів.

Хімічні властивості рослинних жирів

Як було сказано раніше, тригліцериди рослинного походження містять у своєму складі вищі ненасичені карбонові кислоти. Олії можна переробляти завдяки гідрогенізації. Цей процес проводять при нагріванні та у присутності каталізатора - порошкоподібного нікелю.

Продукт реакції – твердий жир (саломас). Його використовують у виробництві стеорину, гліцеролу та у миловаренні. Якщо в саломас додають цукор, сіль, молоко та харчові барвники, то отримують харчовий жир – маргарин. При додаванні до нього вітамінів та натуральної вершкового масла одержують так зване легке масло - спред.

Синтетичні жири

Вони дешевші, ніж натуральні, і відрізняються від природних тригліцеридів своїм складом. Одне з головних джерел отримання синтетичних жирів - це природні та попутні нафтові гази, а також сама нафта. Вищі парафіни, які у цих природних копалин, піддають окисленню. В результаті одержують синтетичні жирні кислоти. Їхня взаємодія з етиленгліколем призводить до отримання синтетичного жиру. Він використовується в шкіряній промисловості (для жирування хутряних шкірок та шкір). У косметичній промисловості синтетичні тригліцериди застосовуються у виробництві туалетного мила, кремів, лосьйонів. У промисловості будівельних матеріалів штучні жири йдуть виробництва лаків, мастик, фарби.

Хімічні властивості жирів, отриманих штучним способом, не від природних. Вони також вступають у присутності кислоти і піддаються дії лугів (реакція омилення).

Як утворюються тригліцериди в організмі людини

Внаслідок метаболічних реакцій жири у клітинах тіла можуть синтезуватися з надлишку вуглеводів. Це пояснює той факт, що неконтрольоване споживання їжі, багатої на крохмаль і сахарозу (борошняні вироби, рис, картопля, солодощі), призводить до надмірної ваги. У процесі травлення продукти, що містять жири, розщеплюються у дванадцятипалій кишці до гліцерину та жирних кислот. Їх гідроліз відбувається за обов'язковою участю ліпази - ферменту підшлункової залози та жовчі, що виділяється печінкою. Будучи детергентом, жовч емульгує жири, тобто розбиває великі молекули на дрібнодисперсні краплі, що легко розщеплюються ліпазою.

У ворсинках тонкого кишечника їх синтезуються молекули жиру, характерні для організму людини, та був вони всмоктуються в лімфу. По лімфатичних судинах жири надходять у клітини, а їх надлишок відкладається в підшкірну жирову клітковину або сальник.

Біологічна роль ліпідів

Вивчаючи хімічні властивості жирів, зупинімося на їх здатності виділяти велику кількість енергії: один грам жиру дає 37,8 кДж енергії при повному окисленні. Тому тригліцериди – її універсальні постачальники. Таким чином, жири – це цінні продукти харчування. Відомо, що при неправильному і тривалому їх зберіганні тригліцериди «старіють» і гіркують, набуваючи неприємного запаху. Це відбувається внаслідок контакту жиру із киснем повітря. Мати, що почало псуватися, легко визначити, якщо додати до нього іодид калію. Пероксиди, що містяться в продукті, окислюють це з'єднання до вільного йоду, що викликає синє забарвлення при контакті з речовинами, що містять крохмаль.

Жири є також найважливішим будівельним матеріалом та входять до складу клітинних мембран та органоїдів. Велика їх роль у теплорегуляції організмів. Наприклад, тварини, що мешкають на великих глибинах, де температура води дуже низька, мають добре розвинений шар підшкірного жиру, наприклад, у китів він може досягати товщини 1,5 м. Тварини степів, пустель і напівпустель також накопичують у своєму організмі достатню кількість жиру. Він необхідний їм як джерело ендогенної води, тому що при окисленні жиру крім енергії виділяється велика кількість рідини. До таких тварин відносяться верблюди, тушканчики, землерийки.

Ліпіди відіграють важливу роль у захисті внутрішніх органів. Людина добре розвинений сальник, що захищає шлунок, травні залози від внутрішніх ушкоджень. Такі життєво важливі органи, як нирки, обов'язково повинні перебувати у шарі жиру. При різкій втраті ваги у людини внаслідок стоншення цього шару може спостерігатися опущення нирок, що є серйозною патологією, що порушує роботу системи виділення.

Велике значення ліпідів у освіті клітинних мембран. Поряд з вуглеводами та білками вони формують два шари, що мають мозаїчну будову. Сполуки жирів з білками називаються ліпопротеїдами. Вони зумовлюють клітинних мембран.

У цій статті було розглянуто хімічний склад та властивості жирів, а також їх застосування у промисловості.