- Saponifikační reakce
- Mechanismus
- Kinetika
- Látky, které lze získat zmýdelněním
- Solventní působení mýdel
- Reference
Zmýdelnění je alkalická hydrolýza esteru. To znamená, že ester nevratně reaguje s bází (NaOH nebo KOH) a vytváří alkohol a karboxyláty sodné nebo draselné. Slovo znamená „výroba mýdla“ a ve skutečnosti je to jedna z nejstarších chemických reakcí používaných lidstvem.
V babylonských dobách pomocí popela sebraného ze dřeva a rostlin a živočišných tuků zdokonalili umění výroby mýdla. Proč živočišný tuk? Důvod je ten, že je bohatý na triestery glycerolu (triglyceridy) a dřevný popel je zdrojem draslíku v základním kovu.
Jinak reakce probíhá při nižším výtěžku, ale natolik, aby odrážela její účinky na barvy a některé povrchy. To je případ olejových barev, kde jsou pigmenty smíchány s olejem (zdroj esterů).
Saponifikační reakce
Mechanismus
Estery mají acylovou skupinu (O = C - R), která je citlivá na nukleofilní útoky, jako je OH -.
Protože atomy kyslíku „ukradnou“ elektronovou hustotu z atomu uhlíku, nachází se s částečně pozitivním nábojem, a to ještě více v případě esterů.
V důsledku toho tento pozitivní náboj přitahuje negativní druhy schopné přispívat elektrony k atomu uhlíku, což způsobuje nukleofilní útok (levá strana obrázku). Výsledkem je vytvoření tetrahedrálního meziproduktu (druhá molekula zleva doprava).
Negativní náboj na kyslík z čtyřboký meziprodukt produkt OH - okolí. Poté se tento záporný náboj delokalizuje, aby vznikl karbonylová skupina, a pak „přinutí“ C-OR 'vazbu k přerušení. Také tato delokalizace produkuje karboxylovou kyselinu RCOOH a alkoxidový ion R'O -.
Nakonec, protože reakční médium je zásadité, alkoxid deprotonuje molekulu vody a karboxylová kyselina reaguje s dalším OH - z média, čímž se vytvoří produkty zmýdelnění.
Kinetika
Rychlost saponifikační reakce je úměrná koncentrací činidel. Jinými slovy, zvýšení koncentrace esteru (RCOOR ') nebo báze (NaOH), reakce bude probíhat rychleji.
To se také překládá takto: rychlost zmýdelnění je prvního řádu vzhledem k esteru a prvního řádu vzhledem k bázi. Výše uvedené lze vyjádřit pomocí následující matematické rovnice:
Rychlost = k
Kde k je konstanta nebo koeficient rychlosti, který se mění v závislosti na teplotě nebo tlaku; to znamená, že čím vyšší je teplo, tím vyšší je rychlost zmýdelnění. Z tohoto důvodu je médium podrobeno varu.
Protože oba reaktanty jsou prvního kinetického řádu, je celková reakce druhého řádu.
V reakčním mechanismu zmýdelnění vyžaduje tvorba tetrahedrálního meziproduktu nukleofilní atak, který zahrnuje jak ester, tak bázi.
Kinetika druhého řádu se tedy odráží v této skutečnosti, protože zasahují do určujícího (pomalého) kroku reakce.
Látky, které lze získat zmýdelněním
Hlavními produkty zmýdelnění jsou alkoholy a soli karboxylových kyselin. V kyselém prostředí se získají příslušné RCOOH, získané zmýdelněním tuků a olejů, které jsou známé jako mastné kyseliny.
Mýdla tedy sestávají ze solí mastných kyselin produkovaných zmýdelněním. Vyjdete s jakými kationty? Mohou to být Na +, K +, Mg 2+, Fe 3+ atd.
Tyto soli jsou rozpustné ve vodě, ale jsou vysráženy působením NaCl přidaného do směsi, což mýdlo dehydratuje a oddělí od vodné fáze. Saponifikační reakce triglyceridu je následující:
Glycerin je alkoholický „E“ a mýdlo jsou všechny soli výsledných mastných kyselin. Zde má každý -R postranní řetězec různé délky a stupně nenasycení. V důsledku toho tyto řetězce dělají rozdíl mezi rostlinnými tuky a oleji.
Klíč k výrobě mýdel pak spočívá ve výběru nejlepších tuků a olejů, konkrétněji ve výběru různých zdrojů triglyceridů.
Tato mýdlová bílá hmota může obsahovat barviva a další organické sloučeniny ve své struktuře, což jí dodává příjemné aroma a jasné barvy. Odtud je škála možností v tomto oboru zkroutena uměním a povoláním.
Saponifikační reakce je však také syntetickou cestou karboxylových kyselin a alkoholů, která nemusí nutně souviset s glycerinem nebo mýdly.
Například bazická hydrolýza jakéhokoli esteru, jako je jednoduchý ethylacetát, vytvoří kyselinu octovou a ethanol.
Solventní působení mýdel
Soli mastných kyselin jsou rozpustné ve vodě, ale ne stejným způsobem, jako jsou ionty solvatovány; to je, obklopený vodnatou koulí. V případě mýdel jejich -R postranní řetězce teoreticky brání jejich rozpouštění ve vodě.
Proto, aby působili proti této energeticky nepříjemné poloze, jsou orientovány tak, že tyto řetězce přicházejí do styku, vytvářejí nepolární organické jádro, zatímco polární hlavy, konec (–COO - Na +), interagují s molekulami vodu a vytvořte „polární obal“.
Výše uvedené je znázorněno na horním obrázku, kde je znázorněn tento typ struktury známé jako micelle.
„Černé ocasy“ odpovídají hydrofobním řetězcům a zaplétají se do organického jádra chráněného šedými koulími. Tyto šedé koule tvoří polární obal, hlavy –COO - Na +.
Takže micely jsou shluky (aglomerace) solí mastných kyselin. V nich mohou obsahovat tuk, který je díky své nepolární povaze nerozpustný ve vodě.
Jak to dokážou? Jak tukové, tak i -R řetězce jsou hydrofobní, takže oba mají vysokou afinitu k sobě navzájem.
Když micely obklopují tuky, voda interaguje s polárním obalem, což umožňuje rozpustnost mýdla. Také micely jsou negativně nabité, což způsobuje vzájemné odpuzování, a proto vytváří rozptyl tuku.
Reference
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (3. října 2017). Definice a reakce zmýdelnění. Citováno z 24. dubna 2018, z: thinkco.com
- Francis A. Carey. Organická chemie. Karboxylové kyseliny. (šesté vydání, strany 863-866). Mc Graw Hill.
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. Organická chemie. Lipids (10. vydání., Strany 1056-1058). Wiley Plus.
- Wikipedia. (2018). Saponifikace. Citováno z 24. dubna 2018, z: en.wikipedia.org
- Boyd C. (27. února 2015). Porozumět chemii a historii mýdla. Citováno z 24. dubna 2018, z: chemservice.com
- Luca Laghi. (27. března 2007). Saponifikace. Citováno z 24. dubna 2018, z: commons.wikimedia.org
- Amanda Crochet. (12. května 2015). Micelle (ve stupních šedi). Citováno z 24. dubna 2018, z: commons.wikimedia.org