Tłuszcze: budowa, właściwości, wykrywanie

Cechy fizyczno- chemiczne: -niepolarne -nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych (w tym w wodzie) -rozp. w rozpuszczalnikach organicznych (niepolarnych)np.: alkohole, benzen -niska gęstość-tworzą górną fazę w układach mieszaniny z wodą Estry kwasów tłuszczowych i gliceryny to tłuszcze:. podział -tł. właściwe -woski Ze względu na Budowę cząsteczki: Ze względu na Konsystencję w temp pokojowej : -Stałe (masło,smalec) -ciekłe (olej, tran) Ze względu na Pochodzenie: -Roślinne (oleje) -zwierzęce (masło, smalec, tran) -proste -złożone -izoprenowe estry -fosfolipidy -glikolipidy Steroidy karotenoidy Bezpośrednia reakcja między kwasem karboksylowym i alkoholem nazywa się estryfikacją. Dotyczy lipidów prostych i złożonych (nie izoprenoidów). Reakcja ta jest odwracalna, zachodzi w środowisku kwaśnym. R1COOH + R2OH ⇌ R1COOR2 + H2O

Wartość energetyczna utleniania 1g tłuszczu-39,4 kJ- 9,4 kcal (1 g cukru= 1 g białka – 17kJ, 4,1 kcal) czyli lipidy będą wysokoenergetycznymi materiałami zapasowymi. Np.: nasiona , tkanka tłuszczowa zwierząt (również termoizolacja, ochrona przed urazami)

Kwasy tłuszczowe To związki zbudowane z długich łańcuchów węglowodorowych, mających na jednym końcu grupę karboksylową (- COOH). Dzielimy je na: nasycone kwasy tłuszczowe – zawierają wyłącznie wiązania pojedyncze pomiędzy atomami węgla nienasycone kwasy tłuszczowe, w których pomiędzy atomami węgla występuje przynajmniej jedno wiązanie podwójne Jeśli glicerol połączy się z: jedną cząsteczką kwasu tłuszczowego - powstanie monoacyloglicerol dwiema cząsteczkami kwasu tłuszczowego – powstanie diacyloglicerol trzema cząsteczkami kwasu tłuszczowego – powstanie triacyloglicerol

Obecność wiązania podwójnego pociąga za sobą występowanie izomerii geometrycznej cis-trans, co wpływa bardzo na strukturę i właściwości cząsteczki. Konfiguracja cis oznacza bowiem zgięcie łańcucha, czego efekt nasila się wraz ze wzrostem ilości takich wiązań w łańcuchu. Ma to zasadnicze znaczenie dla funkcji błony biologicznej

Tłuszcze właściwe – jako estry – powstają w reakcji estryfikacji, kondensacji alkoholi (glicerol)i kwasów (wyższych kwasów tłuszczowych)np.: trójgliceryd Kwasy tłuszczowe zawierają łańcuchy węglowodorowe i 1 grupę karboksylową Wśród tłuszczów właściwych wyróżniamy tłuszcze roślinne i zwierzęce. Tłuszcze zwierzęce (z wyjątkiem tranu rybiego) mają konsystencję stałą (są nasycone), a tłuszcze roślinne (z wyjątkiem masła kakaowego) – płynną (zawierają wiązania nienasycone). Stan skupienia tłuszczu zależy od zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych,(wiązania =) np. tłuszcze roślinne zawierają do 80% nienasyconych kwasów tłuszczowych. Długość łańcucha węglowego kw. tłuszczowych i lp wiązań = wpływają na właściwości tłuszczu. Tłuszcze ogrzewane z kwasami lub zasadami hydrolizują dając glicerol i kwasy tłuszczowe lub ich sole. Hydroliza zasadowa nosi nazwę zmydlania tłuszczów, np.: POKAZ z masłem (hydroliza zasadowa nieodwracalna)

W przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt hydroliza tłuszczów zachodzi pod wpływem enzymów – lipaz. Znany z życia codziennego proces jełczenia tłuszczu to proces utlenienia lub autooksydacji (tj. addycja tlenu). Kwas nienasycony tym łatwiej ulega utlenianiu, im więcej zawiera wiązań podwójnych. Np.: bardzo nietrwały olej lniany Tłuszcze utlenione,czyli zjełczałe,są szkodliwe dla zdrowia człowieka Woski są to estry wyższych, nasyconych kwasów monokarboksylowych i wyższych alkoholi monohydroksylowych o długich łańcuchach węglowych, np.: wosk pszczeli, lanolina owiec,powierzchnia lisci i owoców zmniejsza wyparowywanie wody, zwłaszcza z liści, łodyg i owoców utrudnia wnikanie do wnętrza organizmu ciał obcych stanowi substancję ochronną naskórka Wykorzystywane są również przez zwierzęta do budowy, np. gniazda os Na przykład wosk pszczeli :

Lanolina. Lanolina to wosk zwierzęcy otrzymywany podczas czyszczenia wełny owczej. Jest to pochodna cholesterolu oraz kwasu palmitynowego. Lanolina to żółtawa, lepka masa, o właściwościach emulgacyjnych, łatwo rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych i ma właściwości wchłaniania wody i tworząc przy tym trwałe emulsje. Wykorzystywana w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym. Wosk pszczeli i olbrotowy. Głównym składnikiem tego wosku zwierzęcego jest palmitynian mirycylowy CH3-(CH2)14-C-O-C30-H61. Wosk pszczeli stosowany jest w przemyśle włókienniczym, w produkcji powłok wodoodpornych i różnego rodzaju past. Wosk pszczeli może być przechowywany bez dostrzegalnych zmian przez wiele lat. Wosk wydobyty z czaszki wieloryba tzw. olbrot zawiera głównie palmitynian cetylowy O C15H31C2-O-C16H33, obok estrów kwasu laurynowego i mirystynowego i stearynowego. Wosk ten wykorzystywany jest w produkcji lekarstw, kosmetyków i tekstyliów. Wosk cholesterolowy. Wosk cholesterolowy występuje w skórze zwierząt i nadaje jej elastyczność, odpowiednie nawilżenie i chroni organizm przed ewentualnym wniknięciem bakterii. Łatwo rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych (jak wszystkie woski): chloroformie, benzenie, eterze i benzynie, natomiast słabo rozpuszcza się w wodzie, ale dobrze wchłania wodę.

Znaczenie biologiczne tłuszczy: - stanowią materiał energetyczny, wykorzystywany przez żywy organizm w drugiej kolejności, zaraz po cukrach (węglowodanach). W organizmie człowieka dostarcza energii wszystkim tkankom oraz organom wewnętrznym, oprócz mózgu, nerek i erytrocytów. - stanowią materiał zapasowy zwierząt (np. gruba warstwa tłuszczu u niedźwiedzi) oraz  roślin (np. nasiona słonecznika). - stanowią warstwę termoizolacyjną, nie dopuszczającą do utraty ciepła przez organizm (np. warstwa tłuszczu u fok zabezpiecza je przed zimnem). - Tłuszcze zmniejszają wydzielanie kwasu solnego w żołądku oraz hamują jego skurcze. - Trawione dwustopniowo. Najpierw następuje ich emulsyfikacja, czyli rozpad na kropelki, pod wpływem działania soku żółciowego. Następnie, enzymami: lipaz, zostają rozłożone na glicerol oraz wolne kwasy tłuszczowe. W takiej formie są przyswajana przez organizm ludzki. - są także głównym źródłem niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT) i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A, D, E, K) - stanowią składnik błon komórkowych oraz białej masy mózgu. - chronią przed urazami mechanicznymi narządy wewnętrzne oraz zapobiegają ich przemieszczaniu się.. Warstwą tłuszczu są ochraniane m.in. nerki. - pełnią funkcje budulcową (np. cholesterol, który jest produkowany w wątrobie) - stanowią zapas wody dla organizmu, ponieważ ich spalanie dostarcza dużych ilości wody (np. za spalenia 107 gramów tłuszczu można otrzymać ok. 107 gramów wody). - wosk, który należy do dużej grupy tłuszczowców (lipidów) zabezpiecza rośliny przed wszelkimi urazami mechanicznymi i stanowi barierę ochronną przed owadami.

Zastosowanie tłuszczu: - podstawowy składnik dla przemysłu spożywczego. Stanowi ważny element codziennej diety człowieka. - jest stosowany do wyrobu farb i lakierów. Ważniejszymi składnikami tych wyrobów są: - pokost – olej roślinny, uzyskiwany z lnu, ma za zadnie przyspieszyć wysychanie farby. - pigment – barwnik farb - rozcieńczalnik – zazwyczaj związek organiczny, którym rozcieńcza się farbę, co ułatwia jej nanoszenie. - stanowi substrat do otrzymywania mydeł oraz innych kosmetyków - z tłuszczy uzyskuje się także glicerol, potrzebny do innych syntez chemicznych  

TŁUSZCZE ZŁOŻONE: Tłuszcze złożone są składnikami błon komórkowych , które warunkują ich sprawne działanie. Spełniają w organizmie rolę amortyzatorów łagodzących wstrząsy narządów wewnętrznych (np. gałki ocznej, nerek) przy gwałtownych ruchach ciała, oraz stanowią izolację cieplną. Tłuszcze złożone można podzielić na : fosfolipidy,  glikolipidy, steroidy Fosfolipidy: Są to pochodne kwasu fosfatydowego, czyli związku zbudowanego z glicerolu, reszt kwasów tłuszczowych i kwasu fosforowego. Stanowią składnik błon komórkowych. Szczególnie dużo fosfolipidów występuje w tkance nerwowej. Inozytol uznawany jest przez wielu farmakologów za witaminę (B8). Wywiera działanie lipotropowe, zapobiega stłuszczeniu wątroby i reguluje pasaż treści pokarmowej w układzie trawiennym. Występuje w plemnikach, w mózgu, w sercu, w wątrobie oraz w mięśniach szkieletowych.  

Glikolipidy:   Są tłuszczami złożonymi, zawierającymi w budowie cukier. Rozróżnia się galaktolipidy = cerebrozydy i gangliozydy. Cerebrozydy zawierają 18-węglowy nienasycony alkohol sfingozynę, kwas tłuszczowy i galaktozę. Występują w tkance nerwowej, gdzie pełnią funkcje związków powierzchniowo czynnych (lipidowo-wodna granica faz błon komórkowych). Gangliozydy zawierają 18-węglowy nienasycony aminoalkohol sfingozynę kwas tłuszczowy, laktozę, N-acetyloglukozaminę i kwas N-acetyloneuraminowy. Występują w istocie szarej mózgu oraz rdzenia kręgowego, gdzie pełnią funkcje związków powierzchniowo czynnych.

Pochodne lipidowe Sterydy (steroidy) są pochodnymi lipidowymi zbudowanymi z czterech przylegających do siebie pierścieni aromatycznych. Wśród steroidów wyróżnia się kilka grup związków: sterole - należy do nich cholesterol (Cholesterol jest związkiem wyjściowym do syntezy kwasów żółciowych, hormonów kory nadnerczy, hormonów płciowych oraz witaminy D., jest składnikiem strukturalnym wszystkich błon komórkowych i śródkomórkowych, hormony oraz prekursory hormonów kortykosteroidy sterydy anaboliczne Sole żółciowe Terpeny czyli lipidy izoprenowe (izoprenoidy) zawierają łańcuchy węglowe o długości wielokrotności C5: (C5H8)n (C5H8) - jednostka izoprenowa. Zaliczą się do nich między innymi światłoczułą pochodną retinolu - retinal obecną w siatkówce oka. Retinol jest to po prostu witamina A, czyli pochodna karotenu. Wszystkie te substancje są barwnikami lipidowymi zaliczanymi do karotenoidów, a karotenoidy z kolei należą do izoprenoidów.

Glikolipidy: lipopolisacharyd

Wykrywanie 1. Doświadczenie1 Uproszczona Próba akroleinowa – reakcja pozwalająca odróżnić substancję zawierającą tłuszcze organiczne lub glicerynę od substancji mineralnej pochodzącej z destylacji ropy naftowej (oleje mineralne). Próba ta polega na ogrzewaniu oleju w płomieniu palnika. Jeżeli olej ten jest tłuszczem, wydzielą się opary akroleiny o specyficznym, drażniącym zapachu. Olej mineralny paruje, lecz nie rozkłada się. Próba akroleinowa przeprowadzana jest w celu wykrycia glicerolu,który odwadnia się do lotnego,nienasyconego aldehydu akrylowego, zwanego akroleiną. Związek ten posiada ostry drażniący zapach i jako aldehyd ma zdolność redukowania jonów srebra do srebra atomowego w alkalicznym środowisku. Występuje w przypalonym oleju np.podczas smażenia ryb, frytek.

Sudan III to czerwony barwnik disazowy rozpuszczalny w benzenie, acetonie i etanolu Długi, niepolarny łańcuch węglowodorowy wchodzący w skład tego barwnika, sprawia, że związek ten dobrze rozpuszcza się w tłuszczach Doświadczenie 2 Roztwór alkoholowy Sudanu III, olej roślinny, zakraplacz, palnik, drewniana łapa . Wykonanie- instrukcja do 2 probówek wlej: wodę i trochę oliwy nabierz zakraplaczem trochę Sudanu III (barwa ceglasta) i dodaj kilka kropli do każdej probówki ogrzewaj, zachowując ostrożność, probówki nad palnikiem obserwuj i zapisz wynik obserwacji na karcie pracy Obserwacje i wnioski : Roztwór Sudanu III barwi tłuszcz na kolor ceglasto-pomarńczowy. Warstwa oliwy w 1 probówce zabarwiła się na kolor pomarańczowy, natomiast warstwa wody i czysta woda w 2 probówce nie uległy zabarwieniu. Zabarwienie oleju świadczy, że jest tłuszczem. Doświadczenie 3 Rozgnieć na bibule nasiona słonecznika, orzecha laskowego, pestki dyni. Tłuste plamy świadczą o obecności tłuszczu. Jabłko tez zostawi plamę, która jednak szybko „zniknie”-wyschnie nie pozostawiając tłustego śladu. Barwiąc skrawek rozgniecionego nasiona słonecznika SUDANEM III w preparacie mikroskopowym widać pomarańczowo-czerwone kuleczki tłuszczu.

Tłuszcze właściwe to estry gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych Tłuszcze właściwe  to estry gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych. W zależności od rodzajów kwasów tłuszczowych budujących cząsteczkę tłuszczu można je podzielić na dwie grupy: - tłuszcze nasycone – w skład cząsteczek tych tłuszczy wchodzą nasycone kwasy tłuszczowe. Zazwyczaj tłuszcze te są ciałami stałymi, ale istnieją wyjątki np. tran. Tłuszcze nasycone naturalnie są pochodzenia zwierzęcego. Można do nich zaliczyć m.in. słoninę, masło, smalec itd. tłuszcze nienasycone -  w skład cząsteczek tych tłuszczy wchodzą oprócz nasyconych kwasów tłuszczowych także nienasycone kwasy tłuszczowe. Zazwyczaj tłuszcze te są cieczami, ale istnieją wyjątki np. margaryna. Tłuszcze nienasycone naturalnie są pochodzenia roślinnego. Można do nich zaliczyć m.in. oliwkę z oliwek, olej słonecznikowy, olej sojowy itd. A)Kwasy tłuszczowe nasycone (pochodne alkanów, posiadają tylko wiązania pojedyncze) B) Kwasy tłuszczowe nienasycone (pochodne alkenów lub alkanów, posiadają oprócz  wiązań pojedynczych, także wiązania podwójne i/lub potrójne) Właściwości chemiczne: - ulegają reakcjom hydrolizy, czyli reakcjom, w czasie której cząsteczka tłuszczu ulega rozpadowi na glicerol oraz kwasy tłuszczowe. Hydroliza zachodzi pod wpływem enzymów (hydroliza enzymatyczna) lub w odpowiednim zasadowym środowisku. Hydroliza zasadowa zachodzi nieodwracalnie; jest reakcją o zastosowaniu przemysłowym, gdyż jej produktem są mydła, czyli sole wyższych kwasów tłuszczowych. Mydła sodowe oraz potasowe są powszechnie używane w życiu codziennym, natomiast mydła innych metali są nierozpuszczalne w wodzie i przez to ich użyteczność jest ograniczona. Za hydrolizę enzymatyczną odpowiedzialne są enzymy: lipazy, które działają w układzie pokarmowym człowieka oraz zwierząt. Z rozkładu tłuszczy dostarczana jest organizmowi duża porcja energii.

Zmydlanie Sól sodowa kwasu karboksylowego