Hydroliza estru

triglicerydy

Trójglicerydy to cząsteczki triestru składające się ze szkieletu glicerolu, który jest związany z 3 kwasami tłuszczowymi. Stanowią one podstawę wielu lipidów biologicznych, które znajdują się w olejach i tłuszczach roślinnych. Lipidy, które są izolowane z materiału roślinnego, są podstawą olejów roślinnych, podczas gdy lipidy ekstrahowane od zwierząt są wykorzystywane jako smalec lub ogólne źródło tłuszczów.

Cząsteczka kwasu tłuszczowego ma długi łańcuch węglowy - od 12 do 20 atomów węgla - ze słabym kwasem organicznym na jednym końcu. Niektóre kwasy tłuszczowe mają podwójne wiązania w łańcuchu węglowym. Są to tłuszcze "nienasycone". Ze względu na podwójne wiązanie w łańcuchu węglowym, te kwasy tłuszczowe mają zazwyczaj kształt wygiętego łańcucha, ponieważ wiązanie ma tendencję do przyjmowania konformacji cis, a nie trans.

Cząsteczki trójglicerydów w nienasyconym kwasie tłuszczowym nie są w stanie równomiernie się układać, co prowadzi do mniej przyciągających sił między cząsteczkami. Tak więc tłuszcze nienasycone są zwykle płynne w temperaturze pokojowej. Natomiast tłuszcze nasycone, czyli te, które mają tylko pojedyncze wiązania w łańcuchu węglowym, są w stanie się kumulować, ponieważ ich łańcuch ma bardziej regularny kształt. Tłuszcze nasycone mają zatem silniejsze siły przyciągania między cząsteczkami, a co za tym idzie, wyższe temperatury topnienia. W związku z tym tłuszcze nasycone mają tendencję do bycia stałymi w temperaturze pokojowej.

Reakcja hydrolizy

Trójglicerydy, podobnie jak inne cząsteczki posiadające grupy estrowe, są zdolne do ulegania hydrolizie. Hydroliza to rodzaj reakcji chemicznej, w której cząsteczka wody zrywa wiązanie. W przypadku hydrolizy estru nukleofil - woda lub jon wodorotlenkowy - atakuje węgiel karbonylowy grupy estrowej, aby zerwać wiązanie estrowe. Jeden fragment pierwotnej cząsteczki uzyskuje jon wodorowy z wody, tworząc alkohol, podczas gdy drugi fragment zyskuje grupę wodorotlenkową, tworząc sól kwasu karboksylowego.

W normalnych warunkach tylko kilka reakcji hydrolizy zachodzi bez dodatku mocnego kwasu lub zasady. Mocny kwas lub zasada działa jak katalizator przyspieszający reakcję, a na końcu jest odzyskiwany. Reakcja hydrolizy jest odwracalna. Nazywa się to reakcją kondensacji, ponieważ wytwarza wodę jako produkt uboczny.

Hydroliza trójglicerydu jest jednym z najstarszych przykładów reakcji hydrolizy, ponieważ od wieków jest używany do produkcji mydła. Reakcja nazywa się zmydlaniem.

zmydlanie

Podczas zmydlania jony wodorotlenkowe atakują grupy karbonylowe w trzech estrach trójglicerydów. Dlatego stechiometryczne dodanie trzech moli wodorotlenku sodu do jednego mola triglicerydów spowoduje hydrolizę trzech grup estrowych. W wyniku tej reakcji powstają trzy mole cząsteczek mydła i jeden mol glicerolu. Często reakcję przeprowadza się z wodorotlenkiem sodu jako odczynnikiem ograniczającym, aby zminimalizować ilość nieprzereagowanych trójglicerydów, co może zmniejszyć efekt wysuszania mydła.

Cząsteczka mydła ma długi hydrofobowy łańcuch węglowy z polarnym hydrofilowym anionem karboksylowym na drugim końcu. Różnica w rozpuszczalności wzdłuż cząsteczki umożliwia jej zdolność czyszczenia. W wodzie długie łańcuchy węglowe cząsteczek mydła będą przyciągane do siebie i reorganizują się, aby uniknąć polarnych cząsteczek wody. To ustawia polarne głowice karboksylanu w kierunku cząsteczek wody, tworząc kulistą strukturę znaną jako micela. Środek jest hydrofobowy, a zewnętrzna strona jest hydrofilowa, dzięki czemu micele są rozpuszczalne w roztworach wodnych.

Właściwości micelarne mydła mają zasadnicze znaczenie dla jego zdolności czyszczących. Samo spłukanie tłuszczu lub oleju z powierzchni nie może go usunąć. Dzieje się tak, ponieważ tłuszcz jest hydrofobowy i nie rozpuszcza się w wodzie. Jednak gdy używane jest mydło, tłuszcz dostaje się do wnętrza miceli. Zewnętrzna strona miceli jest hydrofilowa, dzięki czemu można ją spłukać wodą.

Istotną wadą mydła jest jego nietolerancja na twardą wodę. Twarda woda to wodny roztwór zawierający jony magnezu, żelaza i wapnia w postaci minerałów. "Twardość" wody zależy od stężenia tych jonów. W obecności kationów metalicznych cząsteczki mydła będą oddziaływać z cząsteczkami i powodować ich wypadanie z roztworu, tworząc osad solny, częściej określany jako szumowiny mydlane.

Odwołania

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). Chemia i reaktywność chemiczna. Belmont, Kalifornia: Brooks/Cole, Cengage Learning.
2. Silberg, M.S. (2015). Chemia: molekularna natura materii i zmiana. Boston, Massachusetts: McGraw Hill.
3. Streiwiester, A., Heathcock, C.H., Kosower, E.M. (1998). Wprowadzenie do chemii organicznej. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.