Svarbių organinių medžiagų - lipidų - grupėkartu su steroidais ir vaškais yra riebalai. Jų kiekis gyvose ląstelėse svyruoja nuo 5 iki 10% sausos ląstelės masės. Šios medžiagos tiriamos remiantis jų molekulinės struktūros ypatybėmis, kurios lemia riebalų chemines savybes. Organinių junginių chemijoje šios medžiagos laikomos trišakio alkoholio glicerolio ir didesnių sočiųjų ar nesočiųjų karboksirūgščių esterinimo reakcijos produktu.
Šiame straipsnyje mes ištirsime ne tik jų pramoninę paskirtį ir reikšmę, bet ir riebalų gamybą bei chemines savybes, būdingas šiai junginių klasei.
Istorija atradimo
Struktūra buvo ištirta XIX amžiaus viduryje.Prancūzų chemikas E. Chevreulas juos pašildė vandeniu, dalyvaujant šarmams, o reakcijos produktuose rado riebalų karboksirūgščių ir glicerolio molekulių. M. Berthelot įvykdė priešingą reakciją: kaitindamas gliceriną steorinės ir palmetino rūgščių mišiniu, jis gavo trigliceridą - riebalus. Remiantis šiais eksperimentais buvo padaryta išvada, kad tiriamos medžiagos priklauso esterių klasei. Cheminės riebalų savybės patvirtino šią išvadą.
Riebalai - esteriai
Kaip įrodė M. Berthelot ir E. eksperimentai.Chevreul, trigliceridai yra trigidrinio glicerolio alkoholio ir aukštesnių vienbazių karboksirūgščių esteriai. Riebalai, kuriuose yra steoro rūgšties arba palmetino rūgšties, yra kieti, pavyzdžiui, jautiena, kiauliena, ėriena. Tai yra gyvūniniai riebalai. Jei trigliceriduose yra nesočiųjų riebalų rūgščių - oleino, linolo, linoleno - tokie riebalai yra skysti ir vadinami aliejais (saulėgrąžos, žemės riešutai, linų sėmenys).
Cheminės riebalų savybės nuo kitų esterių skiriasi ir tuo, kad į jų molekules vienu metu gali būti įtrauktos kelios skirtingos karboksirūgštys.
Fizinės savybės
Pavyzdžiui, tiek natūralūs, tiek sintetiniaimargarinas, trigliceridai turi bendras savybes. Pagrindinis yra hidrofobiškumas, žema lydymosi temperatūra ir mažas savitasis svoris. Jie gerai ištirpsta organiniuose tirpikliuose, tokiuose kaip benzenas, anglies tetrachloridas. Visi riebalai lengvai absorbuojami akytose ar pluoštinėse medžiagose. Remiantis M. Butlerovo organinių medžiagų cheminės struktūros teorija, riebalų fizinės ir cheminės savybės yra susijusios. Šis faktas bus patvirtintas toliau.
Cheminės trigliceridų reakcijos
Kiekybinė ir kokybinė molekulės sudėtisriebalai, taip pat jų erdvinė konfigūracija patvirtina faktą, kad trigliceridai priklauso esterių klasei. Jų pagrindinė cheminė savybė yra reakcija su vandeniu (hidrolizė). Jis lengvai atsiranda esant katalizatoriams - šarmams, magnio oksidams, cinkui ar kalciui. Reakcijos produktuose yra karboksirūgščių ir glicerolio mišinys. Kadangi riebalų ir vandens reakcija yra grįžtama, pramonė sukuria sąlygas, kuriomis jis eina iki galo - link glicerolio ir aukštesnių vienbazių karboksirūgščių susidarymo. Tam šarmų tirpalas nuolat tiekiamas į reaktyvųjį mišinį, o produktai nedelsiant pašalinami iš reakcijos sferos. Šie metodai užkerta kelią atvirkštinio proceso, dėl kurio susidaro riebalai, galimybei. Hidrolizė plačiai naudojama organinės sintezės chemijoje, norint gauti minėtas medžiagas.
Šarminio muilinimo reakcija
Tęskime organinių medžiagų tyrimą - kompleksąeteriai. Riebalai, kurių chemines savybes apibūdina hidrolizės reakcija, taip pat gali sąveikauti su šarmais. Ši reakcija vadinama muilinimu ir yra priešinga esterinimo procesui. Glicerolis ir riebalų rūgštys, gautos dėl šarminio muilinimo, apdorojami soda arba kaustine soda. Rezultatas - muilas.
Jis yra kietas, turi formulę C17X35COONa ir vadinamas ekonominiu.Jei į jį pridėsite dažų, glicerino, kosmetinių kvapiklių, gausime tualetinį muilą. Skystas muilas, skirtingai nuo kietųjų medžiagų, gaunamas, jei muilinimo reakcijoje riebalai sumaišomi ne su natrio hidroksidu, bet su kaustiniu kaliu. Pavyzdžiui, kalio palmitatas C15X31COOK - skystas kalio muilas. Muilinimo reakcijos žaliava yra pigūs gyvūniniai arba augaliniai riebalai.
Skystieji riebalai - aliejai
Jie apima nesočiųjų molekuleskarboksirūgštys su dvigubais ryšiais. Augaliniai riebalai sintezuojami endoplazminio tinklo kanaluose veikiant fermentams iš glicerolio ir riebalų rūgščių. Jie, savo ruožtu, susidaro Kalvino ciklo reakcijose, vykstančiose kaip fotosintezės rezultatas. Aliejaus lašai kaupiasi sėklose, vaisiuose, rečiau vegetatyvinėse augalų dalyse ir tarnauja kaip maistinių medžiagų atsargos. Augalų sudarytų riebalų fizikines ir chemines savybes lemia dviguba pi jungtis jų molekulėse. Jo plyšimo vietoje vyksta, pavyzdžiui, vandenilio atomų, prijungimo reakcijos. Tai lemia kietų hidrintų trigliceridų susidarymą.
Augalinių riebalų cheminės savybės
Kaip minėta anksčiau, trigliceridaiaugalinės kilmės yra daugiau nesočiųjų karboksirūgščių. Aliejus galima perdirbti hidrinant. Šis procesas atliekamas kaitinant ir dalyvaujant katalizatoriui - nikelio milteliams.
Reakcijos produktas yra kieti riebalai (salomos).Jis naudojamas steorinui, gliceroliui gaminti ir muilui gaminti. Jei į salomas dedama cukraus, druskos, pieno ir maisto dažiklių, gaunami valgomieji riebalai - margarinas. Į jį pridedant vitaminų ir natūralaus sviesto, gaunamas vadinamasis lengvas sviestas - užtepėlė.
Sintetiniai riebalai
Jie yra pigesni nei natūralūs, irsavo sudėtimi skiriasi nuo natūralių trigliceridų. Vienas pagrindinių sintetinių riebalų šaltinių yra natūralios ir susijusios naftos dujos, taip pat pats aliejus. Aukštesni parafinai, esantys šiuose gamtos ištekliuose, yra oksiduojami. Rezultatas yra sintetinės riebalų rūgštys. Jų sąveika su etilenglikoliu lemia sintetinių riebalų gamybą. Jis naudojamas odos pramonėje (kailių odų ir odų riebinimui). Kosmetikos pramonėje sintetiniai trigliceridai naudojami tualetinių muilų, kremų ir losjonų gamybai. Statybinių medžiagų pramonėje dirbtiniai riebalai naudojami lakams, mastikams, dažams gaminti.
Gautų riebalų cheminės savybėsdirbtinai, nesiskiria nuo natūralių. Jie taip pat vykdo hidrolizės reakciją esant rūgščiai ir yra veikiami šarmų (muilinimo reakcija).
Kaip žmogaus organizme susidaro trigliceridai
Dėl medžiagų apykaitos reakcijų riebalai ląstelėsekūnai gali būti sintetinami iš angliavandenių pertekliaus. Tai paaiškina faktą, kad nekontroliuojamas maisto, kuriame gausu krakmolo ir sacharozės, vartojimas (miltiniai produktai, ryžiai, bulvės, saldumynai), lemia antsvorį. Virškinimo procese maisto produktai, kuriuose yra riebalų, dvylikapirštėje žarnoje suskaidomi į glicerolį ir riebalų rūgštis. Jų hidrolizė įvyksta privalomai dalyvaujant lipazei - kasos ir tulžies fermentui, kurį išskiria kepenys. Kaip ploviklis, tulžis emulsina riebalus, tai yra, skaido dideles molekules į smulkiai išsisklaidžiusius lašelius, kuriuos lengvai skaido lipazė.
Plonosios žarnos gaureliuosesintetinamos žmogaus organizmui būdingos riebalų molekulės, kurios vėliau absorbuojamos į limfą. Per limfinius indus riebalai patenka į ląsteles, o jų perteklius nusėda poodiniame riebaliniame audinyje arba omentume.
Biologinis lipidų vaidmuo
Studijuodami riebalų chemines savybes, susitelkime į taijų gebėjimas išskirti didelį energijos kiekį: vienas gramas riebalų visiškai oksiduojantis suteikia 37,8 kJ energijos. Todėl trigliceridai yra universalūs jo tiekėjai. Taigi riebalai yra vertingi maisto produktai. Yra žinoma, kad netinkamai ir ilgai laikomi trigliceridai „sensta“ ir pašiaušia, įgydami nemalonų kvapą. Taip yra dėl riebalų sąlyčio su atmosferos deguonimi. Pradėjusį blogėti aliejų galima lengvai atpažinti į jį pridedant kalio jodido. Produkte esantys peroksidai oksiduoja šį junginį iki laisvo jodo, kuris sąlytyje su krakmolo turinčiomis medžiagomis sukelia mėlyną spalvą.
Riebalai taip pat yra svarbiausi statybiniai elementaiyra ląstelių membranų ir organelių dalis. Jų vaidmuo taip pat didelis organizmų termoreguliacijoje. Pavyzdžiui, gyvūnai, gyvenantys dideliame gylyje, kur vandens temperatūra yra labai žema, turi gerai išsivysčiusį poodinių riebalų sluoksnį, pavyzdžiui, banginiuose jis gali siekti 1,5 m storio. Stepių, dykumų ir pusiau dykumos taip pat kaupia pakankamą riebalų kiekį savo kūnuose. Tai būtina jiems kaip endogeninio vandens šaltiniui, nes oksiduojant riebalus, be energijos, išsiskiria ir didelis kiekis skysčio. Šie gyvūnai yra kupranugariai, jerbo ir špagatai.
Lipidai vaidina svarbų vaidmenį apsaugant vidines medžiagasorganai. Žmonėse omentumas yra gerai išvystytas, kuris apsaugo skrandį ir virškinimo liaukas nuo vidinių pažeidimų. Gyvybiškai svarbūs organai, tokie kaip inkstai, turi būti riebalų sluoksnyje. Dėl aštraus žmogaus svorio praradimo, dėl šio sluoksnio plonėjimo, galima pastebėti inkstų prolapsą, o tai yra rimta patologija, sutrikdanti išskyros sistemos darbą.
Lipidų svarba formuojantis ląstelėmsmembranos. Kartu su angliavandeniais ir baltymais jie sudaro du mozaikinės struktūros sluoksnius. Riebalų junginiai su baltymais vadinami lipoproteinais. Jie nustato selektyvų ląstelių membranų pralaidumą.
Šiame straipsnyje buvo nagrinėjama riebalų cheminė sudėtis ir savybės, taip pat jų naudojimas pramonėje.
