§ 26. Жири (Григорович)

Зміст

ПОМІРКУЙТЕ

Що в побуті ви називаєте жиром? Чи завжди це стосується їжі?

У побуті жиром називають маслянисті продукти рослинного чи тваринного походження, як-от смалець, вершкове масло або соняшникову олію, а також підшкірні жирові відкладення організмів. Це поняття не завжди стосується їжі: жири входять до складу технічних мастил, мила, кремів та олійних фарб.

ПОМІРКУЙТЕ

Зважаючи на молекулярну будову жирів, спрогнозуйте їх можливість розчинятися у воді та в органічних розчинниках.

Молекули жирів утворені довгими неполярними вуглеводневими залишками вищих карбонових кислот. За принципом «подібне розчиняється в подібному» неполярні жири не розчиняються в полярній воді, але добре розчиняються в неполярних органічних розчинниках.

ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЄКТУЄМО

Схарактеризуйте здатність жирів розчинятися.

Жири не розчиняються у воді й після збовтування утворюють нестійку емульсію, яка швидко розшаровується. В етанолі жири розчиняються лише частково, а в неполярних органічних розчинниках (гексані чи бензині) вони розчиняються повністю з утворенням однорідної суміші.

ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЄКТУЄМО

Зробіть висновок щодо насиченості рослинних і тваринних жирів.

Рослинні жири (олії) є ненасиченими сполуками, оскільки містять залишки ненасичених вищих карбонових кислот із подвійними зв’язками і знебарвлюють бромну воду. Тваринні жири (наприклад, смалець) є насиченими сполуками, тому не знебарвлюють розчин брому.

ПРИГАДАЙТЕ

Пригадайте з курсу біології значення жирів і ліпідів для живих організмів, зокрема людини.

Жири виконують енергетичну (слугують резервним запасом енергії), будівельну (входять до складу мембран клітин), захисну (захищають внутрішні органи від ударів і холоду) та змащувальну функції для м’язів, а також забезпечують засвоєння жиророзчинних вітамінів $\mathrm{A}$, $\mathrm{D}$, $\mathrm{E}$.

ПОМІРКУЙТЕ

Чи чули ви про транс-жири? Які емоції у вас виникають від цього слова: позитивні чи негативні?

Слово «транс-жири» викликає негативні емоції, тому що це шкідливі модифіковані жири, вживання яких суттєво шкодить здоров’ю та призводить до розвитку небезпечних серцево-судинних хвороб.

РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ

313. Що спільного в будові молекул жирів і карбонових кислот?

Спільним є те, що молекули обох класів містять вуглеводневі ланцюги та карбонільні групи $\mathrm{C}=\mathrm{O}$, оскільки жири утворені саме залишками молекул вищих карбонових кислот. До складу молекул обох речовин входять атоми трьох хімічних елементів: Карбону, Гідрогену та Оксигену.

314. Наведіть приклади молекул, залишки яких містяться в молекулах жирів. Схарактеризуйте вплив складу жирів на їх фізичні властивості.

У молекулах жирів містяться залишок трьохатомного спирту гліцеролу та залишки вищих карбонових кислот (ВКК):

• насичених: стеаринової ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COOH}$, пальмітинової ${\mathrm{C}}_{15}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{COOH}$;
• ненасичених: олеїнової ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{33}\mathrm{COOH}$, лінолевої ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{COOH}$, ліноленової ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{29}\mathrm{COOH}$.

Агрегатний стан і температура плавлення залежать від складу жиру: переважання залишків насичених кислот (45–70 %) зумовлює твердий стан за звичайної температури (тваринні жири), а переважання залишків ненасичених кислот (65–85 %) робить жир рідким (рослинні олії).

315. Які особливості жирів дають можливість їм виконувати ті функції в організмах, про які йшлося в параграфі?

Неполярність та гідрофобність дозволяють жировій тканині захищати органи від ударів, зберігати тепло тіла завдяки низькій теплопровідності та слугувати мастилом для м’язів.

Здатність жирів виступати розчинником для неполярних сполук дозволяє засвоювати жиророзчинні вітаміни $\mathrm{A}$, $\mathrm{D}$ та $\mathrm{E}$.

Довгі вуглеводневі ланцюги залишків кислот забезпечують високу енергетичну цінність під час їх окиснення, а також постачають незамінні лінолеву та ліноленову кислоти, які сам організм синтезувати не здатний.

316. У чому полягає шкідливість транс-жирів? Під час якого процесу вони утворюються? Підготуйте пам’ятку для своїх близьких «Транс-жири: користь чи шкода?».

Транс-жири збільшують ризик ішемічної хвороби серця, інфаркту міокарда, цукрового діабету, онкологічних захворювань, ожиріння печінки та хвороби Альцгеймера.

Вони утворюються під час промислової гідрогенізації рослинних олій для отримання твердих жирів, коли природна цис-форма карбонового ланцюга ненасиченої кислоти штучно випрямляється і стає транс-формою.

Пам’ятка: Транс-жири — користь чи шкода?

• Що це таке: штучно модифіковані ненасичені жири, добуті гідрогенізацією рослинних олій.
• Головна шкода: провокують атеросклероз, інфаркти, інсульти, діабет та хронічні запалення в організмі.
• Де містяться: у маргаринах, спредах, магазинній випічці (печиво, вафлі, торти), чипсах, картоплі фрі та іншому фастфуді.
• Як уберегтися: читайте склад на етикетці й не купуйте продукти з написами «частково гідрогенізований жир», «кулінарний жир» або «комбіжир»; дотримуйтеся норми ВООЗ — не більше 2 % транс-жирів від усього добового обсягу жирів.

РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)

317. Складіть структурну формулу трилінолеату — жиру, утвореного лінолевою кислотою.

Трилінолеат — тригліцерид, утворений спиртом гліцеролом і трьома залишками лінолевої кислоти ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{COOH}$.

Молекулярна формула трилінолеату: ${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5{\mathrm{O}}_3({\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{CO}{)}_3$, або ${\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{98}{\mathrm{O}}_6$.

318. Напишіть дві можливі формули жиру, молекула якого містить 57 атомів Карбону, а в залишках ВКК є два подвійні зв’язки.

Залишок гліцеролу містить 3 атоми Карбону, отже, на три залишки кислот припадає $57-3=54$ атоми Карбону, тобто кожен залишок містить по 18 атомів Карбону. Кислоти з 18 атомами Карбону — це стеаринова ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COOH}$ (насичена, 0 подвійних зв’язків), олеїнова ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{33}\mathrm{COOH}$ (1 подвійний зв’язок) та лінолева ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{COOH}$ (2 подвійні зв’язки).

Два подвійні зв’язки можна розподілити двома способами:

1) Один залишок лінолевої кислоти (має 2 подвійні зв’язки) та два залишки насиченої стеаринової кислоти:
${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5{\mathrm{O}}_3({\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{CO})({\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{CO}{)}_2$ (молекулярна формула ${\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{106}{\mathrm{O}}_6$)

2) Два залишки олеїнової кислоти (кожен має по 1 подвійному зв’язку, разом 2) та один залишок стеаринової кислоти:
${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5{\mathrm{O}}_3({\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{33}\mathrm{CO}{)}_2({\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{CO})$ (молекулярна формула ${\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{106}{\mathrm{O}}_6$)

319. Коли дієтологи говорять про жири, часто використовують терміни «омега-9», «омега-6» чи «омега-3 ненасичені жири». Які жири та які особливості будови їх молекул позначають цими термінами? Для відповіді на запитання в структурних формулах ненасичених ВКК пронумеруйте атоми Карбону в ланцюзі, починаючи з кінця, протилежного карбоксильній групі.

Цими назвами позначають ненасичені вищі карбонові кислоти та відповідні жири. Число після слова «омега» вказує номер першого атома Карбону з подвійним зв’язком, якщо рахувати від кінцевої метильної групи $-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ (омега-кінця ланцюга).

1) Омега-9 жири мають перший подвійний зв’язок біля 9-го атома Карбону від метильного кінця (наприклад, олеїнова кислота):
$\stackrel{1}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_3-\stackrel{2}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{3}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{4}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{5}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{6}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{7}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{8}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{9}{\mathrm{C}}\mathrm{H}=\stackrel{10}{\mathrm{C}}\mathrm{H}-(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2{)}_7-\mathrm{COOH}$

2) Омега-6 жири мають перший подвійний зв’язок біля 6-го атома Карбону від метильного кінця (наприклад, лінолева кислота):
$\stackrel{1}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_3-\stackrel{2}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{3}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{4}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{5}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{6}{\mathrm{C}}\mathrm{H}=\stackrel{7}{\mathrm{C}}\mathrm{H}-\stackrel{8}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{9}{\mathrm{C}}\mathrm{H}=\stackrel{10}{\mathrm{C}}\mathrm{H}-(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2{)}_7-\mathrm{COOH}$

3) Омега-3 жири мають перший подвійний зв’язок біля 3-го атома Карбону від метильного кінця (наприклад, ліноленова кислота):
$\stackrel{1}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_3-\stackrel{2}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{3}{\mathrm{C}}\mathrm{H}=\stackrel{4}{\mathrm{C}}\mathrm{H}-\stackrel{5}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{6}{\mathrm{C}}\mathrm{H}=\stackrel{7}{\mathrm{C}}\mathrm{H}-\stackrel{8}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2-\stackrel{9}{\mathrm{C}}\mathrm{H}=\stackrel{10}{\mathrm{C}}\mathrm{H}-(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2{)}_7-\mathrm{COOH}$

320. Як ви вважаєте, про які жири йдеться, коли говорять «мононенасичені жири» або «поліненасичені жири»?

Мононенасиченими називають жири, залишки кислот яких містять лише один подвійний зв’язок $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ (наприклад, жири із залишками олеїнової кислоти).

Поліненасиченими називають жири, залишки кислот яких містять два або більше подвійних зв’язків $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ (наприклад, жири із залишками лінолевої чи ліноленової кислот).

321. На етикетках деяких сортів морозива пишуть: «Без рослинних жирів». Про що свідчить цей напис? Чому це важливо для морозива?

Цей напис свідчить, що десерт виготовлений виключно з натурального коров’ячого молока, вершків і вершкового масла без додавання дешевих рослинних або гідрогенізованих олій (пальмової, кокосової).

Це важливо для споживача, оскільки рослинні жири для морозива часто піддають гідрогенізації, що веде до утворення шкідливих транс-жирів. Крім того, саме натуральний молочний жир плавиться за температури тіла і надає справжній ніжний вершковий смак.

322. Як ви вважаєте, чому в ході еволюції склалося так, що в організмах риб синтезується рідкий жир, хоча риби — це тварини?

Риби є холоднокровними тваринами, температура їхнього тіла залежить від температури навколишньої води, яка часто наближається до $0{}^{\circ }\mathrm{C}$. Якби в них синтезувався твердий насичений жир, він швидко застигав би у холодній воді, що унеможливило б рух і зупинило б клітинний обмін речовин. Рідкий жир завдяки високому вмісту ненасичених кислот залишається рідкоплинним за низьких температур і зберігає еластичність клітинних мембран.

323. Професійні плавці/плавчині перед марафонським запливом, особливо, якщо змагання відбувається в холодній воді, змащують своє тіло жиром. З якою метою вони це роблять? Які властивості жирів є причиною цього?

Плавці наносять шар жиру для захисту тіла від переохолодження у воді та зменшення сили тертя під час руху. Причиною є низька теплопровідність жирів, завдяки якій шар жиру затримує тепло організму, а також його гідрофобність і нерозчинність у воді, що не дає воді змити захисний шар зі шкіри.

324. Поясніть, чому під час сильних морозів радять змащувати шкіру жирним кремом. Яке це має значення для захисту шкіри під час сильного вітру й морозу?

Жирний крем утворює на шкірі водовідштовхувальну захисну плівку, яка запобігає випаровуванню вологи й обвітрюванню. Звичайні зволожувальні креми містять воду, яка замерзає в порах на морозі й травмує клітини. Жирний крем вільний від води і має низьку теплопровідність, тому він утримує тепло та захищає шкіру від обмороження.

325. Здавна люди використовували для освітлення осель масляні лампи. Одна з таких ламп описана в казці про Аладіна. У масляні лампи заливали розтоплений тваринний жир, уставляли ґніт і підпалювали. Складіть рівняння реакції згоряння тристеарату, формула якого наведена в тексті параграфа, якщо продуктами згоряння є лише вуглекислий газ і вода. Обчисліть об’єм кисню (н. у.), що витратиться під час спалювання в масляній лампі такого жиру масою 500 г.

Дано:

• $m(\text{жиру})=500\text{ г}$
• $V_m=22,4\text{ л/моль}$

Знайти:

• $V({\mathrm{O}}_2)-?$

Розв’язання:

1) Складемо рівняння реакції горіння тристеарату:
$2{\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{110}{\mathrm{O}}_6+163{\mathrm{O}}_2\to 114\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+110{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

2) Обчислимо молярну масу тристеарату:
$M({\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{110}{\mathrm{O}}_6)=57\cdot 12+110\cdot 1+6\cdot 16=890\text{ г/моль}$

3) Обчислимо кількість речовини спаленого жиру:
$n({\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{110}{\mathrm{O}}_6)=\frac{m({\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{110}{\mathrm{O}}_6)}{M({\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{110}{\mathrm{O}}_6)}=\frac{500\text{ г}}{890\text{ г/моль}}\approx 0,5618\text{ моль}$

4) За рівнянням реакції на спалювання $2\text{ моль}$ жиру витрачається $163\text{ моль}$ ${\mathrm{O}}_2$:
$n({\mathrm{O}}_2)=\frac{163}{2}\cdot n({\mathrm{C}}_{57}{\mathrm{H}}_{110}{\mathrm{O}}_6)=81,5\cdot 0,5618\text{ моль}\approx 45,7867\text{ моль}$

5) Обчислимо об’єм витраченого кисню (н. у.):
$V({\mathrm{O}}_2)=n({\mathrm{O}}_2)\cdot V_m=45,7867\text{ моль}\cdot 22,4\frac{\text{л}}{\text{моль}}\approx 1025,62\text{ л}$

Відповідь: $V({\mathrm{O}}_2)\approx 1025,62\text{ л}$.

326. Обчисліть об’єм водню (н. у.), необхідного для гідрування жиру масою 8,7516 кг, у молекулах якого містяться по одному залишку молекул пальмітинової та по два залишки молекул олеїнової кислот.

Дано:

• $m(\text{жиру})=8,7516\text{ кг}=8751,6\text{ г}$
• $V_m=22,4\text{ л/моль}$

Знайти:

• $V({\mathrm{H}}_2)-?$

Розв’язання:

1) Складемо молекулярну формулу жиру із залишком пальмітинової кислоти ${\mathrm{C}}_{15}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{COO}$ та двома залишками олеїнової кислоти ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{33}\mathrm{COO}$:
${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5{\mathrm{O}}_3({\mathrm{C}}_{15}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{CO})({\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{33}\mathrm{CO}{)}_2\text{або}{\mathrm{C}}_{55}{\mathrm{H}}_{102}{\mathrm{O}}_6$

2) Залишок пальмітинової кислоти є насиченим, а кожен із двох залишків олеїнової кислоти має по одному подвійному зв’язку $\mathrm{C}=\mathrm{C}$. Отже, одна молекула жиру приєднує дві молекули водню:
${\mathrm{C}}_{55}{\mathrm{H}}_{102}{\mathrm{O}}_6+2{\mathrm{H}}_2\stackrel{t^{\circ },\text{Ni}}{\to }{\mathrm{C}}_{55}{\mathrm{H}}_{106}{\mathrm{O}}_6$

3) Обчислимо молярну масу цього жиру:
$M({\mathrm{C}}_{55}{\mathrm{H}}_{102}{\mathrm{O}}_6)=55\cdot 12+102\cdot 1+6\cdot 16=858\text{ г/моль}$

4) Знайдемо кількість речовини жиру:
$n(\text{жиру})=\frac{m(\text{жиру})}{M(\text{жиру})}=\frac{8751,6\text{ г}}{858\text{ г/моль}}=10,2\text{ моль}$

5) За рівнянням реакції кількість речовини водню вдвічі більша:
$n({\mathrm{H}}_2)=2\cdot n(\text{жиру})=2\cdot 10,2\text{ моль}=20,4\text{ моль}$

6) Обчислимо об’єм водню (н. у.):
$V({\mathrm{H}}_2)=n({\mathrm{H}}_2)\cdot V_m=20,4\text{ моль}\cdot 22,4\frac{\text{л}}{\text{моль}}=456,96\text{ л}$

Відповідь: $V({\mathrm{H}}_2)=456,96\text{ л}$.

327. Прочитайте українські народні вислови про олію та масло. Про які властивості цих продуктів ідеться?

• «Правда як олія: наверх все одно спливає» — мова про нерозчинність олії у воді та її меншу за воду густину ($0,9\text{–}0,95{\text{ г/см}}^3$), через що олія завжди піднімається на поверхню.
• «Хліб без масла — що весілля без музики» — йдеться про високу поживність, калорійність та смакову цінність масла.
• «Живе, як вареник у маслі» — підкреслено здатність жирів змащувати поверхні й запобігати злипанню завдяки в’язкості, а також добробут і ситість.
• «Маслом каші не зіпсуєш» — відображає цінність жирів як джерела жирних кислот та енергії, що збагачує смак їжі.
• «Масло масляне» — вказує на характерну маслянисту, жирну на дотик консистенцію речовини.