Справочники / Репетитор по химии - Белов Н.В

Классификация

Чем больше в жирах содержание ненасыщенных кислот, тем ниже температура плавления жиров.

Номенклатура

Существуют различные способы составления названий жиров. Согласно тривиальной номенклатуре, глицериды называют, добавляя окончание -ин к названию кислоты

иприставку, показывающую, сколько гидроксильных групп в молекуле глицерина проэтерифицировано. Например, тристеарин — это жир, представляющий собой сложный эфир, молекула которого состоит из остатка глицерина

итрех остатков стеариновой кислоты.

Рассмотрим номенклатуру жиров на некоторых примерах:

640

Химические свойства

I.Гидролиз

Взависимости от условий гидролиз бывает:

—водный (без катализатора, при высоких t° и Р);

—кислотный (в присутствии кислоты в качестве катализатора);

—ферментативный (происходит в живых организмах);

—щелочной (под действием щелочей).

Например:

641

Мыла@ — натриевые или калиевые соли высших карбоновых кислот (см. § 10.6).

Натриевые соли являются основным компонентом твердого мыла, калиевые соли — жидкого мыла.

II. Реакция присоединения

(для жидких ненасыщенных жиров)

1. Присоединение водорода (гидрирование):

Гидрированный жир используется в производстве маргарина.

2. Присоединение галогенов:

642

Бромная вода в результате этой реакции обесцвечивается.

III. Реакции окисления и полимеризации

(для жидких ненасыщенных жиров)

Жиры, содержащие остатки непредельных кислот (высыхающие масла), под действием кислорода воздуха окисляются и полимеризуются.

Функции жиров в организме

1.Энергетическая (при полном расщеплении 1 г жира до СО2

иН2O освобождается 38,9 кДж энергии).

2.Структурная (жиры — важный компонент каждой клетки).

3.Защитная (жиры накапливаются в подкожных тканях

итканях, окружающих внутренние органы).

Вопросы для контроля

1.Что такое сложные эфиры?

2.Что такое реакция этерификации?

3.Какие виды изомерии характерны для сложных эфиров карбоновых кислот?

4.Назовите важнейшие области применения сложных эфиров.

5.Что такое жиры?

6.Какое различие существует в строении твердых и жидких жиров?

7.Назовите важнейшие ВКК, входящие в состав жиров.

8.Как можно классифицировать жиры?

9.Каковы химические свойства жиров?

10.Что такое мыла?

11.Какова роль жиров в живых организмах и где они используются?

643

Вопросы и упражнения для самостоятельной работы

1.Составьте уравнения реакций, осуществленных Шеврелем и Бертло.

2.Напишите структурные формулы двух сложных эфиров и кислоты,

имеющих состав С3Н6О2. Назовите эти вещества по международной номенклатуре.

3.Напишите уравнения реакций этерификации между:

а) уксусной кислотой и 3-метилбутанолом-1; б) масляной кислотой и пропанолом-1. Назовите эфиры.

4.Напишите уравнения реакций синтеза жиров из: а) пальмитиновой кислоты и глицерина; б) линолевой кислоты и глицерина. Назовите полученные жиры.

5.Составьте уравнения реакций получения: а) триолеина; б) пальмитодистеарина; в) олеолинолеопальмитина; г) триглицерида масляной кислоты.

6.Какие из следующих глицеридов входят в состав твердых жиров: а) диолеолинолеин; б) тристеарин; в) триолеин; г) трипальмитин; д) трилинолеин? Напишите структурные формулы этих глицеридов.

7.Напишите уравнения реакций всех типов гидролиза следующих жиров: а) диолеостеарина; б) трилинолеина; в) тристеарина; г) трипальмитина. Назовите продукты реакций.

8.Для полного гидролиза 1,76 г сложного эфира одноосновной карбоновой кислоты и одноатомного спирта потребовалось 0,02 моль NaOH. Определите молекулярную массу эфира и его молекулярную формулу. Напишите структурные формулы всех изомеров этого состава и назовите их.

9.Из каких кислот и спиртов могут быть получены следующие сложные

эфиры: а) НСООС2Н5; б) СН3(СН2)3СООСН3; в) С6Н3СООСН(СН3)2? Напишите уравнения реакций.

10.Что происходит с подсолнечным маслом, находящимся продолжительное время в открытом сосуде?

11.Сколько граммов жира (триолеат) было взято, если для гидрирования образовавшейся в результате его гидролиза кислоты потребовалось 13,44 л водорода (н. у.)?

12.На омыление 5,6 г смеси этиловых эфиров уксусной и муравьиной

кислот потребовалось 25,6 мл раствора с массовой долей NaOH 10 % (ρ = 1,08 г/мл). Найти массовые доли эфиров в смеси.

644

§ 10.6. Понятие о поверхностно-активных веществах (ПАВ). Мыла. Синтетические моющие средства

Органические вещества, снижающие поверхностное натя-

жение вследствие адсорбции на границе раздела фаз, называют поверхностно-активными веществами (ПАВ). Поверх- ностно-активные вещества имеют дифильное строение, т. е.

состоят из полярной группы (—СООН, —COONa, —SO3Na, —ОН, —NH2 и др.) и неполярного углеводородного радикала C10—С18 (обычно линейного строения).

Схематически строение молекулы ПАВ можно показать следующим образом:

УВ радикал обладает поверхностной активностью в отношении неполярной фазы (газ, углеводородная жидкость, жир, неполярная поверхность твердого тела) и выталкивается из полярной среды. В водном растворе ПАВ на границе

своздухом образуется адсорбционный слой с УВ радикалами, ориентированными в сторону воздуха. Концентрация ПАВ в этом слое выше, чем в объеме жидкости, поэтому ПАВ снижают поверхностное натяжение воды на границе

своздухом.

Распределение молекул ПАВ на поверхности воды показано схематически на рис. 31.

Рис. 31. Ориентация молекул ПАВ на границе вода–воздух

645

Уменьшение поверхностного натяжения воды увеличивает ее смачивающую способность и моющее действие.

По характеру гидрофильных и гидрофобных групп ПАВ можно разделить на 3 группы: анионоактивные (анионные),

катионоактивные (катионные), немонотонные.

В катионных ПАВ поверхностную активность в водных растворах обеспечивают большие органические катионы, К катионным ПАВ относятся аминосоединения, аммониевые, сульфониевые и фосфониевые соединения. Наиболее известными являются соли четырехзамещенного аммония, диссоциирующие в водных растворах следующим образом:

где R — углеводородный радикал, содержащий 12—18 углеродных атомов, a R1, R2, R3 — короткие радикалы (—СН3, —

С2Н5).

Неионогенные ПАВ в водных растворах не диссоциируют на ионы. Такими веществами могут быть, например, соединения типа:

Наиболее часто используемыми в промышленности и в быту являются анионоактивные ПАВ. В водных растворах этих ПАВ носителем поверхностно-активных свойств являются длинноцепочные анионы. Катионы влияют лишь на растворимость этих веществ.

К анионоактивным ПАВ относятся, в частности, давно используемые в качестве моющих средств мыла.

646

Мыла — это соли высших жирных кислот (С10—C18). Мыла делятся на растворимые в воде (натриевые, калиевые, аммониевые) и нерастворимые (металлические мыла — соли Са, Mg, Ba, Pb, Ni, Mn, Al и др.). Растворимость мыл в воде зависит от характера катиона: NH4+ > К+ > Na+ > > Li+.

Жидкие калиевые мыла и твердые натриевые мыла получают растворением высших алифатических кислот в водных растворах едких щелочей:

С17Н35СООН + NaOH C17H35COONa + Н2О

С17Н35СООН + КОН С17Н35СООК + Н2O

Стеарат калия (жидкое мыло)

Моющее действие (т. е. способность моющих средств и их растворов удалять с отмываемых поверхностей прилипшие частицы грязи и переводить их во взвешенное состояние в виде эмульсий и суспензий) мыл в жесткой воде сильно падает вследствие образования нерастворимых кальциевых и магниевых мыл:

2C17H35COONa + СаСl2 (С17Н35СОО)2Са + 2NaCl

Кальциевое мыло (стеарат кальция)

Растворение мыла в воде сопровождается частичным гидролизом с образованием высшей кислоты и щелочи, которая оказывает вредное действие на многие ткани:

C17H35COONa + Н2О С17Н35СООН + NaOH

Синтетические моющие средства (CMC) — детергенты —

не обладают отмеченными недостатками, характеризуются более высокой моющей способностью, доступностью сырья для их производства. Основой CMC являются синтетические ПАВ. Это могут быть и катионоактивные, и неионогенные ПАВ. Однако главным компонентом большинства CMC являются анионоактивные синтетические ПАВ. Рассмотрим важнейшие из них.

647

Алкилсульфонаты RSO3Na обладают высокой эмульгирующей и смачивающей способностью.

Способы получения

1.Сульфохлорирование предельных УВ (С12—С16) с последующим омылением алкилсульфохлрида:

hv

R—H + SO2 + Сl2 R—SO2—Cl + НСl

Алкилсульфохлорид

RSO2Cl + 2NaOH R—SO2—ONa + NaCl + H2O

2.Сульфоокисление предельных УВ и нейтрализация полученной алкансульфокислоты:

hv

2R—H + 2SO2 + О2 2R—SO2—OH

Алкансульфокислота

RSO2OH + NaOH R—SO2—ONa + Н2О 3. Присоединение гидросульфита натрия к алкенам:

СН3 Алкиларилсульфонаты химически устойчивы, сравни-

тельно дешевы и эффективны. Синтез осуществляется в две стадии:

Алкилсульфаты R—О—SO2—ONa дают обильную пену.

Способы получения

1 . Этерификация высших алифатических спиртов серной кислотой с последующей нейтрализацией образующихся кислых сложных эфиров:

648

кислота

——— R—CH2—OSO3Na

Алкилсульфат натрия

2.Присоединение H2SO4 к алкенам и нейтрализация образовавшихся кислот:

CMC очень медленно разлагаются, вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Перевод ПАВ в пену, адсорбция активным углем, нейтрализация катионактивными веществами и др. недостаточно эффективны и очень дороги. Поэтому предпочтительна очистка сточных вод от ПАВ в отстойниках и в естественных условиях (в водоемах) путем биологического окисления под действием гетеротрофных бактерий, которые входят в состав активного ила. Процесс идет до превращения органических веществ в углекислый газ и воду. При биохимической очистке окисление ведется в присутствии ферментов. Микробиологический метод основан на использовании высокоактивных культур микроорганизмов. Получены штаммы бактерий, разрушающих алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты и др.

Вопросы для контроля

1.Что такое ПАВ?

2.Какое строение имеют молекулы ПАВ? Какая часть молекулы ПАВ растворяется в водной среде?

3.На какие типы делятся ПАВ по характеру гидрофильных и гидрофобных групп?

4.Приведите примеры катионоактивных и неионогенных ПАВ.

5.К какому типу ПАВ относятся обычные мыла?

6.Что такое твердое мыло, жидкое мыло?

649