§ 32. Жири

Жири добре відомі кожному з нас із повсякденного життя. Разом з білками й вуглеводами вони становлять основу харчування, є найефективнішим джерелом енергії. При повному окисненні 1 г жиру в організмі виділяється в середньому 38 кДж теплоти. Це вдвічі перевищує кількість енергії, яку «дає» така сама маса білка чи вуглеводу. Жири виконують різні біологічно важливі функції в організмах; є розчинниками для деяких вітамінів.

Жири - це естери гліцерину та вищих карбонових кислот.

У природі зустрічаються тригліцериди, тобто повні естери. Ці сполуки є продуктами реакції естерифікації за участю всіх гідроксиль них груп молекули гліцерину. Загальна формула тригліцериду:

СН₂-О-СO-R

׀

СН-О-СO-R'

׀

СН₂-О-СO-R" ,

де R, R', R" – вуглеводневі радикали (здебільшого – різні, але можуть бути й однаковими).

Жири найчастіше утворюють такі насичені й ненасичені кислоти:

пальмітинова С₁₅Н₃₁СООН, або СН₃-(СН₂)і₄-СООН;

стеаринова С₁₇Н₃₅СООН, або СН₃-(СН₂)₁₆-СООН;

олеїнова С₁₇Н₃₃СООН,

або СН₃-(СН₂)₇-СН=СН-(СН₂)₇-СООН;

лінолева С₁₇Н₃₁СООН,

або СН₃-(СН₂)₄-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂)₇-СООН;

ліноленова С₁₇Н₂₉СООН,

або СН₃-(СН₂-СН=СН)₃-(СН₂)₇-СООН.

Класифікація. За походженням жири поділяють на тваринні і рослинні. Тваринні жири – яловичий, свиняче сало, вершкове масло – містять переважно тригліцериди стеаринової та пальмітинової кислот. Жири морських ссавців і риб відрізняються високим вмістом естерів високоненасичених кислот (містять 4 і більше подвійних зв'язків у молекулах).

Рослинні жири звичайно називають оліями. Серед них найважливішими є соняшникова, оливкова, кукурудзяна, лляна. Вони містять в основному тригліцериди олеїнової та інших ненасичених кислот. У кокосовому і пальмовому жирах переважають естери насичених кислот.

Фізичні властивості. Тваринні жири, як правило, є твердими речовинами, а рослинні – рідинами. Жири нерозчинні у воді, але добре розчиняються в бензині, бензені, дихлоретані, інших органічних розчинниках. При струшуванні рідких жирів з водою утворюються емульсії (приклад такої емульсії – молоко).

імператури плавлення жирів залежать від того, якими кислотами вони утворені. Жири, що містять залишки насичених кислот, мають вищі температури плавлення і за звичайних умов є твердими. Тригліцериди ненасичених кислот – рідини.

Хімічні властивості. Жири виявляють такі самі властивості, що й інші естери.

Гідроліз є характерною реакцією для жирів і відбувається при температурі 200–250 °С і тиску, за наявності каталізаторів, а в живих організмах – за участю ферментів:

СН₂-О-СO-R СН₂-ОH R-COOH

׀ ׀

СН-О-СO-R' + 3Н₂О → СН-ОH + R'-COOH

׀ ׀

СН₂-О-СO-R" СН₂-ОH R"-COOH

Тригліцерид (жир) гліцерин вищі карбонові кислоти

Якщо гідроліз жирів здійснювати при нагріванні за наявності лугів, то, крім гліцерину, утворюються суміші солей вищих кислот – мила (§ 20):

СН₂-О-СO-R СН₂-ОH R-COONa

׀ ׀

СН-О-СO-R' + 3NaOH → СН-ОH + R'-COONa

׀ ׀

СН₂-О-СO-R" СН₂-ОH R"-COONa

Тригліцерид (жир) гліцерин солі вищих карбонових кислот

Цей процес називається омиленням жирів; він є основним у виробництві мил.

Гідрогенізація. Рідкі жири, які мають у своєму складі залишки ненасичених кислот, можуть приєднувати водень і перетворюватися на тверді жири. Жир нагрівають до температури 160-240° С і пропускають крізь нього водень. При цьому рідка олія поступово перетворюється на твердий жир (його назва – саломас):

СН_2-О-СО-С₁₇Н₃₃ СН₂-О-СО-С₁₇Н₃₅

׀ ׀

СН-О-СО-С₁₇Н₃₃ +3Н₂ → СН-О-СО-С₁₇Н₃₅

׀ ׀

СН₂-О-СО-С₁₇Н₃₃ СН₂-О-СО-С₁₇Н₃₅

рідкий жир (триолеїн) твердий жир (тристеарин)

Добавляючи до саломаса молоко, вершкове масло, вітаміни А і D, виробляють замінник вершкового масла – маргарин. Саломас використовують і для технічних потреб.

Гідрогенізація жирів важлива ще й тому, що з твердих жирів добувають якісне мило.

Термічний розклад. При температурі 250– 300°С жири розкладаються з утворенням суміші різних сполук.

Реакції окиснення. Перебуваючи в контакті з вологим повітрям, жири гідролізують і окиснюються. Продуктами цих перетворень є альдегіди, кетони, інші сполуки з меншою кількістю атомів Карбону в молекулах. Вони здебільшого мають неприємний запах і гіркий смак. Тому, наприклад, вершкове масло під час довгого зберігання має прогірклий смак.

Ненасичені жири окиснюються калій перманганатом, іншими окисниками.

Синтез жирів. У 1854 р. французький учений М. Бертло вперше здійснив синтез жиру нагріванням гліцерину з вищими кислотами в запаяних трубках.

Для того щоб запобігти появі прогірклості харчових жирів, до них добавляють антиоксиданти.

Винайдено й інші методи синтезу жирів, однак усі вони не набули промислового значення, оскільки жири дуже поширені в природі.

Жири добувають виділенням їх із природних джерел. Насіння соняшника, інших рослин пресують, олію збирають і очищують. Ішййй спосіб полягає в обробці насіння летким розчинником (бензином, гексаном, етанолом), в якому олія розчиняється. Потім розчинник видаляють випарюванням. Основний метод виділення твердого жиру – витоплювання. Під час цього процесу жир відокремлюється від залишків м'яса, води, інших речовин. Після очищення розплавлений жир заливають у форми для тверднення.

Застосування. Жири використовують у харчовій промисливості, виробництві косметичних засобів, у медицині, техніці. Переробкою жирів добувають гліцерин, мило, оліфи, стеарин, багато інших цінних речовин і матеріалів.

233. Складіть структурні формули тригліцериду, молекула якого містить: а) три залишки пальмітинової кислоти; б) три залишки олеїнової кислоти; в) залишки пальмітинової, олеїнової та масляної кислот.

234. Напишіть рівняння реакцій гідролізу жирів: а) твердого; б) рідкого.

235. Яка маса розчину натрій гідроксиду з масовою часткою NaOH 25 % потрібна для переробки на мило 5 т олеїнового жиру?

236. Обчисліть масу гліцерину, яка утвориться в результаті взаємодії калій гідроксиду з 10 кг триолеїну, який містить 2 % домішок замасою. Відносний вихід гліцерину від теоретично можливого становить 96 %.

237. Який об'єм водню (н. у.) необхідний для перетворення 55 кг триолеїну на твердий жир, якщо виробничі втрати водню становлять 10 %?

Вітамін С –

широковживана

добавка

до напоїв,

солодощів,

продуктів

дитячого

харчування.

§ 33. Фізіологічно активні речовини. Вітаміни

Фізіологічно активні речовини – це велика група речовин, які активно впливають на різні біологічні процеси в живих організмах.

До найважливіших фізіологічно активних речовин належать вітаміни, алкалоїди, антибіотики, гормони. Чимало цих сполук уперше було виявлено в рослинах. З часом хіміки навчились добувати їх штучно.

Людині для забезпечення нормальної життєдіяльності, крім води, білків, жирів, вуглеводів і солей, необхідні вітаміни. Їх ще називають додатковим фактором харчування.

Вітаміни – це органічні сполуки різної хімічної природи, які потрібні організму в незначних кількостях для здійснення важливих біохімічних і фізіологічних процесів.

Вітаміни виконують різноманітні функції. Деякі є коферментами – біологічними співкаталізаторами окисно-відновних реакцій, що відбуваються в клітинах; інші постачають атомні групи, з яких будуються білкові молекули ферментів.

Нині відомо майже 20 вітамінів. Вони містяться в багатьох харчових продуктах рослинного і тваринного походження.

Вітаміни мають складні формули і назви. Їх прийнято позначати великими латинськими літерами (А, В, С та ін.), часто – з нижніми числовими індексами. Одну й ту саму літеру використовують для позначення вітамінів, подібних за складом і функціями, які вони виконують.

Вітаміни поділяють на водорозчинні і жиророзчинні.

Водорозчинні вітаміни. Вітамін С (аскорбінова кислота) має формулу С₆Н₈О₆. Сполука за будовою молекули нагадує моносахарид.

Вітамін С – біла кристалічна речовина, добре розчинна у воді. Сполука нестійка, повільно розкладається в розчині при дії світла, нагріванні. Аскорбінова кислота є сильним відновником, бере участь у синтезах білка колагену і жовчних кислот, інших процесах. Вітамін С посилює здатність організму протистояти інфекціям, поліпшує стан шкіри, прискорює її заживления. Відсутність його в їжі спричиняє хворобу, яка називається цингою (слабшають і починають кровоточити ясна, руйнується система кровотворення).

Вітамін С міститься в шипшині (приблизно 1,5 г на 100 г сухих плодів), горіхах (1,2 г на 100 г), чорній смородині (0,3 г), солодкому перці (у червоному – 0,25 г), хроні, цитрусових та ін.

У групі вітамінів В налічується кілька сполук. Найважливішими є вітаміни Ві, В₂, В₆ і В₁₂. Вони різняться своєю будовою.

Вітамін В₁ (тіамін) має формулу C₁₂H₁₈ON₄SC1₂, а вітамін В₂ (рибофлавін) – C₁₇H₂₀O₆N₄- Вітамін В₆ – загальна назва трьох похідних піридину (спирту, альдегіду й аміну).

Вітамін В₁₂ (кобаламін) відрізняється від інших дуже складною будовою; його молекула містить катіони Со²⁺, сполучені з нітроге-новмісними гетероциклами.

Вітаміни групи В зміцнюють нервову і серцево-судинну системи, сприяють виділенню енергії під час травлення їжі, активізують роботу м'язів. Відсутність цих вітамінів призупиняє розвиток організму, а нестача призводить до порушення зору, захворювань шкіри і слизових оболонок.

Вітаміни групи В містяться у висівках, дріжджах, хлібі, крупах, горіхах, бобах, молоці, яйцях, печінці, деяких овочах, фруктах, ягодах.

Вітамін РР – загальна назва двох похідних піридину: нікотинової кислоти і нікотинаміду. Ці сполуки підтримують діяльність нервової системи, щитовидної залози, покращують пам'ять.

Жиророзчинні вітаміни. Вітамін А (ретинол) має формулу С₂оН₂₉ОН і є ненасиченим (полієновим) одноатомним спиртом.

Це – світло-жовта речовина, легко окиснюється на повітрі, особливо під дією сонячного світла, руйнується в кислому середовищі.

Вітамін А сприяє нормальному розвитку організму, особливо молодого, збільшує його стійкість щодо інфекційних хвороб, підтримує зір. Нестача вітаміну викликає «курячу сліпоту» – розлад зору при слабкому освітленні.

Ретинол або його естери містяться лише в продуктах тваринного походження: риб'ячому жирі, печінці (зокрема, трісковій), яєчному жовтку, молоці.

Замінником вітаміну А є каротин. Його молекула розщеплюється в організмі на дві молекули ретинолу. Органічні сполуки, які здатні перетворюватись на вітаміни, називають провітамінами. Каротин – провітамін А – міститься в моркві, гарбузах, помідорах, деяких фруктах, ягодах і зумовлює їхнє оранжеве або червоне забарвлення.

Вітамін D існує у двох формах (їхня загальна назва – кальцифероли) – D₂ (формула С₂₈Н₄₄О) і D₃ (C₂₇H₄₄O). Молекули сполук містять три карбонові цикли і подвійні зв'язки. Це – безбарвні кристалічні речовини. Вони регулюють засвоєння організмом Кальцію і Фосфору, сприяють росту кісток і запобігають виникненню рахіту.

Обидві форми вітаміну утворюються під дією сонячного світла: D₂ – у рослинах, D₃ – у шкірі людини. Містяться в яєчному жовтку, печінці, молочних продуктах.

Найважливіший з вітамінів групи Е – токоферол. Він покращує кровотворення, посилює опір організму інфекціям. Міститься в зеленому листі овочів, борошні, паростках пшениці. Антиоксидант. Вітаміни групи К сприяють згортанню крові. їхня нестача викликає тяжке захворювання – гемофілію. Містяться в печінці, зеленому листі овочів, хлібі.

Вітамін F (лінолева і ліноленова кислоти) утворюється при гідролізі олій в організмі. Регулює білковий і жировий обмін. Необхідний хворим на гіпертонію й атеросклероз.

В організмах людини і тварин виробляються лише деякі з вітамінів, причому в недостатній кількості. Тому вони мають постійно надходити разом з їжею, а також у вигляді вітамінних лікарських препаратів. Добовапотреба людини у вітамінах становить від кількох мікрограмів до кількох міліграмів, а у вітаміні С – 50–60 мг. Жиророзчинних вітамініворганізм потребує значно менше, ніж водорозчинних.

Існує група лікарських препаратів, загальна назва яких – полівітаміни. Найпростіші з них містять необхідні для організму кількості вітамінів А, В і С, а також глюкозу, цукор, крохмаль, харчові барвники. Добре відомими є вітчизняні полівітамінні препарати «ревіт», «гексавіт», «декамевіт».

Істотна нестача вітамінів унаслідок неповноцінного харчування або порушення їх засвоєння організмом призводить до авітамінозу.

О

н

Q

-к

сн

А

"N

N СН₃

О

О

СН₃

-N'

СН

СН₃

не

і

с-сн сн₂

і СН₃

N

Мал. 29. Структурні формули молекул алкалоїдів: а – кофеїну; б – теоброміну; в – нікотину

Вітаміни потрібні не тільки людині. У корми для сільськогосподарських тварин добавляють ті з них, яких у рослинах не вистачає: А, В₁₂, D, Е.

Вітаміни добувають хімічним і мікробіологічним синтезом, а деякі – з природної сировини.

238. Яке значення мають вітаміни для нашого життя?

239. Назвіть кілька вітамінів, які є водорозчинними і жиророзчинними.

240. Обчисліть мольні частки і співвідношення мас елементів у молекулі аскорбінової кислоти.

241. Молекула нікотинової кислоти (вітамін РР) складається з піридинового кільця і сполученої з ним у 3-му положенні карбоксильної групи. Запишіть структурну формулу сполуки та обчисліть масові частки в ній Нітрогену й Оксигену.

242. Обчисліть відносну молекулярну масу вітаміну В₂, якщо його молекула містить чотири атоми Нітрогену, а масова частка цього елемента у вітаміні становить 14,9 %.