O -1- CHÉMIA pre 3. roč. gymnázií ( J. Čársky, J. Kopřiva a iní) -2- 3 CHÉMIA PRÍRODNÝCH LÁTOK CH / III -1- CHÉMIA pre 3. roč. gymnázií ( J. Čársky, J. Kopřiva a iní) -2- 3.1 LIPIDY str. 53 - 59 CHARAKTERISTIKA A BIOLOGICKÝ VÝZNAM LIPIDOV Lipidy- sú látky rastlinného alebo živočíšneho pôvodu. Nachádzajú sa najmä v bunkových membránach a v nervových tkanivách. Sú významným zdrojom telesnej energie, majú funkciu tepelnej izolácie organizmu, prípadne ochrany niektorých orgánov. Nerozpustnosť lipidov vo vode spôsobuje ich ukladanie do tukových tkanív ako zásobné látky. Majú hydrofóbne (vodu odpudzujúce) vlastnosti, s čím súvisí aj ich schopnosť tvoriť v organizme prostredie, v ktorom sa rozpúšťajú biologicky významné nepolárne látky, napr. niektoré vitamíny, hormóny, ďalej liečivá a farbivá. Z chemického hľadiska sú lipidy estery vyšších karboxylových (mastných) kyselín. Podľa štruktúry ich rozdeľujeme na jednoduché a zložené. 3.1.1 Jednoduché lipidy –ako estery vyšších karboxylových kyselín už neobsahujú v molekule okrem kyseliny a alkoholu ďalšiu zložku. Z karboxylových kyselín sa v lipidoch nachádzajú kyseliny s párnym počtom atómov uhlíka, s priamym, nerozvetveným reťazcom. Môžu byť nasýtené aj nenasýtené. Podľa alkoholovej zložky sa jednoduché lipidy rozdeľujú na: acylglyceroly (tuky) a vosky. Acylglyceroly, ktoré prevažne obsahujú nasýtené karboxylové kyseliny, sú pri bežných podmienkach tuhé. Keď obsahujú väčší podiel nenasýtených karboxylových kyselín, sú tekuté (oleje). CH3– (CH2)7–CH=CH–(CH2)7–COOH kyselina palmitová kyselina olejová kyselina stearová CH3–(CH2)16–COOH CH3– (CH2)4–CH=CH–CH2–CH=CH–(CH2)7–COOH ACYLGLYCEROLY – (nazývame aj tuky) majú v molekule trojsýtny alkohol glycerol (propán-1,2,3-triol). Esterifikovať sa môžu jedna, dve aj tri hydroxylové skupiny glycerolu. Podľa toho vznikajú mono-, di- a tri-acylglyceroly. (Jednoduché alebo zmiešané acylglyceroly.) 1,3-diacylglycerol (zmiešaný) 1-monoacylglycerol (1-monostearylglycerol) CH3–(CH2)14–COOH COOH Najčastejšie sú zastúpené: zjednodušený štruktúrny vzorec kyselina olejová ( cis – oktadec-9-énová kyselina) kyselina linolová (cis, cis – oktadeka-9,12-diénová kyselina) 10 9 13 12 10 9 CH2−O−C−(CH2)16−CH3 CH − OH CH2 −OH O CH2 −O–C–(CH2)14–CH3 Čisté tuky sú bezfarebné látky bez chuti a zápachu. VLASTNOSTI A VÝZNAM TUKOV Negatívnou vlastnosťou tukov je ich žltnutie, ktoré vzniká účinkom baktérií najmä v teplom a vlhkom prostredí. Nastáva oxidácia vzdušným kyslíkom na dvojitých väzbách nenasýtených karboxylových kyselín, pričom sa štiepia uhľovodíkové reťazce. Tak vznikajú rôzne aldehydy, ketóny a nižšie karboxylové kyseliny, ktoré nepríjemne zapáchajú. Pri tomto rozklade sa znehodnocujú aj v tukoch rozpustené vitamíny. Katalytickou hydrogenáciou sa z olejov môžu pripraviť tuhé tuky. Tento dej sa nazýva stužovanie tukov. Nastáva adícia vodíka na dvojité väzby nenasýtených karboxylových kyselín, pričom sa premieňajú na nasýtené kyseliny. Stužené tuky majú v porovnaní s olejmi niektoré výhodnejšie vlastnosti: sú stálejšie proti žltnutiu, nemajú nepríjemný zápach, ktorý majú niektoré oleje. Nenasýtené karboxylové kyseliny sa ale musia nachádzať v potrave, lebo ľudský organizmus nie je schopný ich syntetizovať. Takéto látky nazývame esenciálne (nevyhnutné). Preto obsah nenasýtených karboxylových kyselín rastlinných tukov (olejov) je meradlom ich biologickej hodnoty. Oleje, ktoré obsahujú nenasýtené karboxylové kyseliny s viacerými dvojitými väzbami (ľanový, makový),sa na vzduchu menia na tuhú a pružnú látku. Túto premenu nazývame „vysychanie olejov“ a spôsobuje ju polymerizácia a oxidácia molekúl. Takto znehodnotené oleje sa využívajú na výrobu fermeží – látok, ktoré sa používajú na nátery dreva. HYDROLÝZA TUKOV. MYDLÁ Hydrolýzou acylglycerolov sa štiepi esterová väzba, pričom sa uvoľňujú molekuly karboxylových kyselín a glycerol. Hydrolýzu možno uskutočniť pomocou silných kyselín (1) aj alkalických hydroxidov (2). Pôsobením hydroxidu sodného alebo draselného na acylglyceroly vznikajú mydlá. Preto sa alkalická hydrolýza nazýva zmydeľňovanie. + 3NaOH (2) + 3H2O + H+ (1) triacylglycerol (tuk) CH— O −C−(CH2)16−CH3 CH2− O− C−(CH2)16−CH3 CH2−OH CH −OH + (1) kyslá hydrolýza 3 CH3–(CH2)16–COOH (2) alkalická hydrolýza 3 CH3–(CH2)16–COO− Na+ stearan sodný (sodné mydlo) Mydlá sú sodné alebo draselné soli vyšších karboxylových kyselín. Sodné mydlá sú tuhé a používajú sa ako čistiace prostriedky. Draselné mydlá sú mazľavé a pou- žívajú sa na prípravu dezinfekčných prostriedkov. Pokus Reakcia mydlového roztoku PRACIE ÚČINKY MYDLA Zásaditá reakcia alkoholového roztoku mydla Kyslá hydrolýza mydla - vznik zrazeniny karboxylovej kyseliny Pracie účinky mydla súvisia s emulgačnými schopnosťami, ktoré vyplývajú zo vzájomného vzťahu nepolárnych látok k nepolárnym (hydrofóbnym) a polárnych látok k polárnym (hydrofilným). Čistiaci účinok mydla je v tom, že nepolárny uhľovodíkový reťazec karboxylovej kyseliny sa na základe uvedeného vzťahu orientuje dovnútra nepolárnej mastnej nečistoty, kým polárna karboxylová skupina do vodnej fázy (obr. 8). Tým sa umožní rozptýlenie nečistoty do polárneho vodného prostredia (emulgácia). Do dvoch skúmaviek odmeriame 2 cm3 roztoku mydla. Do prvej vzorky pridáme niekoľko kvapiek fenolftaleínua do druhej vzorky prilejeme 1 cm3 zriedenej kyseliny chlorovodíkovej (1:2). Pozorujeme červené sfarbenie v prvej skúmavke a zrazeninu karboxylovej kyseliny v druhej skúmavke. Vysvetlite. [ (1)-Indikátor fenolftaleín sa v zásaditom prostredí farbí na červeno. (2)-kyslou hydrolýzou sa vo vzorke uvoľnia (vyzrážajú) vyššie (mastné) kyseliny.] 8. Orientácia molekúl mydla na rozhraní mastnoty a vody a uhľovodíkový zvyšok, b polárna karboxylová skupina H2O – a b

Z ovčej vlny sa získava lanolín a včely produkujú včelí vosk. Podobnú vlastnosť ako mydlá, majú aj syntetické čistiace prostriedky – tenzidy, ktoré však chemicky nemožno odvodiť od tukov. Používanie týchto účinných syntetických prostriedkov má veľmi nepriaznivý vplyv na životné prostredie. Veľmi ťažko sa likvidujú, v prírode sa hromadia a pôsobia toxicky. -3- -4- CH / III 3 CHÉMIA PRÍRODNÝCH LÁTOK VOSKY Sú to estery vyšších karboxylových kyselín a vyšších jednosýtnych alkoholov, najčastejšie týchto: CH3–(CH2)16–CH2–OH CH3–(CH2)14–CH2–OH CH3–(CH2)20–CH2 –OH cetylalkohol stearylalkohol myricylalkohol Z ovčej vlny sa získava lanolín a včely produkujú včelí vosk. Vosky sa používajú najmä v zdravotníctve, kozmetike na výrobu mastí, krémov a na výrobu sviečok. Zo živočíšnych voskov je to napr. vorvaňovina, ktorá sa získava z mozgu vorvaňa. Druhá skupina jednoduchých lipidov sú vosky. olejová „nádrž“ vorvaňa tuponosého Vosky môžu byť pôvodu rastlinného aj živočíšneho. 3.1.2 Zložené lipidy Zložené lipidy sa od jednoduchých líšia tým, že v molekule majú okrem karboxylovej kyseliny a alkoholu ešte ďalšiu zložku: Fosfolipidy (napríklad lecitíny) obsahujú estericky viazanú kyselinu fosforečnú, glykolipidy, majú sacharidovú zložku – glukózu alebo galaktózu. Okrem uvedených látok môžu lipidy obsahovať ešte ďalšie zložky, napr. kolamín, cholín, aminokyselinu serín. Zložené lipidy sa vyskytujú vo všetkých rastlinných aj živočíšnych bunkách, najmä v biologicky najaktívnejších tkanivách a orgánoch – v mozgu, v mieche, v srdci. Zložené lipidy sú dôležitou zložkou bunkových membrán – zabezpečujú heterogénnosť prostredia v bunke. Molekuly zložených lipidov majú polárnu (hydrofilnú) aj nepolárnu (hydrofóbnu – lipoidnú) časť ako vidieť na obr. 9. 9 Štruktúra zložitých lipidov a molekula fosfolipidu (lecitínu), b začlenenie zložitých lipidov v bunkových membránach Otázky a úlohy 1. Charakterizujte lipidy a ich stavebné zložky. 2. Podľa čoho a ako sa rozdeľujú lipidy? 3. Napíšte vzorec 1,2-diacylglycerolu. 4. Čo rozhoduje o vlastnostiach a biologickej hodnote jednoduchých lipidov (tukov)? 5. Vysvetlite proces žltnutia tukov. 6. Napíšte chemickými rovnicami deje, ktoré prebiehajú pri pokuse s mydlovým roztokom. a) zásaditá reakcia roztoku sodného mydla b) vznik zrazeniny karboxylovej kyseliny reakciou roztoku sodného mydla s HCl 7. Aký je rozdiel medzi chemickou štruktúrou mydla a štruktúrou syntetických čistiacich prostriedkov? 8. Zložené lipidy sú dôležitou zložkou bunkových membrán. Aký majú význam v bunke? 9. Cholín je biologicky dôležitá zlúčenina. Jeho chemický názov je 2-hydroxyetyltrimetylamóniumhydroxid. Napíšte jeho vzorec. 10. O jednoduchých lipidoch môžeme povedať: b) nemajú hydrofóbne vlastnosti c) neobsahujú esterovú väzbu d) sú estery vyšších karboxylových kyselín a) obsahujú esterovo viazanú kyselinu H3PO4 Tvrdosť vody a mydlo Destilovaná voda Tvrdá voda CH3–(CH2)n–COO− Anión alkylkarboxylátu (anión mydla) CH3–(CH2)n–OSO3– Anión alkylsíranu (anión alkylsulfátu) CH3–(CH2)n SO3− Anión alkylbenzénsulfónanu CHÉMIA pre 3. roč. gymnázií ( J. Čársky, J. Kopřiva a iní) 3 CHÉMIA PRÍRODNÝCH LÁTOK (LIPIDY) Tvoria na listoch rastlín ochranné povlaky. – + Glycerol H3PO4 Cholín dipól Lipoidná časť (vzduch) a b Uhľovodíkový reťazec karboxylovej kyseliny