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ExperimentalvortragÖle und Fette
Philipps-Universität MarburgFachbereich ChemieFelix von Lehmden
Inhalt
1 Einleitung
2 Struktur
3 Anwendungen
4 Schulrelevanz
1 Einleitung
Fette und fette Öle werden seit der Steinzeit gewonnen ⇒ aus Pflanzensamen (Auspressen) ⇒ von Tieren (Ausschmelzen aus Gewebe)
Hoher Brennwert von Fetten
Brennwert*Eiweiß 17,1 kJ/gKohlenhydrat 17,1 kJ/gFett 38,9 kJ/g
Die Ernährungspyramide
*Quelle: Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V.
1 Einleitung
Essentielle Fettsäuren müssen durch die Nahrungaufgenommen werden:
Linolsäure [18:2 (9, 12)]
Linolensäure [18:3 (9, 12, 15)]
COOH
COOH
1 Einleitung
Ernährungswandel: Fettreiche Lebensmittel sind weit verbreitet und preisgünstig
Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung:Nicht mehr als 80 g (Mann) bzw. 60 g (Frau) Fett pro Tag
19,4 % der erwachsenen Deutschen sind übergewichtig*
Aber: Fett ist nicht gleich Fett!
*Quelle: WHO „Trends in the development and prevalence of obesity in Germany between 1985 and 2002“ (2003)
Versuch 1: Bestimmung der Iodzahl
Bestimmung der Iodzahl
Iodzahl ≙ Masse Halogen, die an 100 g einer Probe angelagert wird (bezogen auf Iod)
Keine Unterscheidung zwischen einfach und mehrfach ungesättigten Fettsäuren
Direkte oder indirekte Methode
m(Fett)100)m(I IZ 2
Addition von Iod an eine Doppelbindung
Verfahren nach Margosches
+
-
Verfahren nach Margosches
Bruttoreaktion
Reduktion von Iod mit Na2S2O3(aq)-Lösung
(aq)2
0I01
22(aq)
02
II1 HIRH(OH)CIHCROHIRHCHCR
-26(aq)
2,5
4(aq)
1---2
3(aq)2
2
2(aq)
0
26(aq)
2,5
423(aq)2
2
(aq)-
2(aq)
0
OSI 2 OS 2I
)(Oxidatione 2OSOS 2
)(Reduktion I 2e 2I
1
Verfahren nach Margosches
Indikator: Stärke (Einschluss von Polyiodid (I3-, I5
-) in Amylose)
Charge-Transfer-Komplex: Elektronen werden verschoben(Donor Akzeptor)⇒
Licht regt Elektronen an ⇒ Rest des Spektrums
(Farbeindruck)
Bestimmung der Iodzahl
Zahlreiche Verfahren stehen zur Verfügung
DIN-Methode: Verfahren nach Wijs (Interhalogene)
Schule: Direkttitration nach Winkler
Indirektes Verfahren nach M. Margosches
2 Struktur
2 Struktur
Beeinflussung der Fetteigenschaften durch⇒ Kettenlänge⇒ Anzahl der Doppelbindungen
gleichlang und gesättigt unterschiedlich lang und ungesättigt
2 Struktur
Fette / fette Öle sind Triacylglyceride(1,2,3-Propantriolester)„Fett“ ≙ fest bei RT; p = 1 atm„Fettes Öl“ ≙ flüssig bei RT; p = 1 atm
Struktur eines Triacylglycerids
Kohlenwasserstoffketten R1-3 unterschiedlicher Länge
(8 – 12 Kohlenstoffatome mittlere Fettsäuren≙> 12 Kohlenstoffatome ≙ höhere Fettsäuren)
C
C
C O
O
O C
C
CH
H
H
H
H O
O
O
R1
R2
R3
2 Struktur
Einige Fettsäuren: Smp. (°C)
- Caprinsäure (C10) 31,0
- Palmitinsäure (C16) 62,8
- Stearinsäure (C18) 69,6
- Ölsäure (C18:1) 16,0
CO
OH
CO
OH
CO
OH
CO
OH
Versuch 2:Verseifung von Olivenöl
Verseifung von Olivenöl
Verseifung von Olivenöl
Glycerin Fettsäureanionen
Verseifung von Olivenöl
Nachweis von Glycerin als Kupfer(II)-Komplex:
Tris-propantriolato-tricuprat(II)-anion
(tiefblau)
H2C
HC
H2C OH
OH
OH +3 3 OH-Cu2+3 +
O
Cu
OCH2
CH
O
Cu
O
CH2
OO
CH2
CH
CH2
O
CuO
H2C
CH
H2C
O
3-
+ 3 H2O
Geschichte der Seife
Seifenherstellung zuerst bei Sumerern ⇒ Vermengung von Pflanzenasche (K2CO3)
und fetten Ölen (ca. 2500 v.Chr.)
Reinigung der Haut mit Seife 200 n.Chr.
Marseilles als wichtigstes Zentrum der Seifenherstellung in der Neuzeit
Abb.1:Tontafel der Sumerer
(Waschanleitung)
Abb.2: Seifensiederei (17. Jhd.)
Versuch 3: Wirkung von Seife
1 Benetzen der Oberfläche 2 Vermindern der Haftung
4 Schmutz solvatisieren 3 Ablösen des Schmutzes
Wirkung von Seife in 4 Schritten
3 Anwendungen
3. Anwendungen: 1) Streichfett
Bis in das 20. Jhd.: Butter und Schmalz als Streichfette
Entwicklung der Hydrierung durch Wilhelm Normann (1902)unter Nickel-Katalyse pflanzliches Streichfett⇒
Heute: Margarine-Verbrauch bei 9 kg pro Kopf und Jahr(Butter (2001): 6,5 kg)*
Quelle: www.milchindustrie.de
C C
R1 R2
+ H2 C C
R1 R2
H HH H
H H<Ni-Kat.>
Demonstration 1: Herstellung von Margarine
Margarine
„Ein bei einer Temperatur von 20°C fest bleibendes, streich- fähiges Erzeugnis in Form einer festen, plastischen Emulsion,
überwiegend nach dem Typ Wasser in Öl [...]“ (EG-Streichfettverordnung)
Emulgator: Lecithin (gr. lekithos; Eidotter) Lecithin (Phosphatidylcholin)
(H3C)3 N C C O P
O
O
O CH2
HC
H2C O
O C
C
C17H33
C15H31
O
OH2 H2
+
-
Versuch 4:Zerstörung einer W/O-Emulsion
Zerstörung einer W/O-Emulsion
Von emulgere (lat.) = ausmelken
Palmin: Schmelzen / Erstarren
Margarine: EmulsionErhitzen: Wasser verdampft Abkühlen: Unvollständige Emulgation
Praxisbezug: Siedeverzüge beim Braten mit Margarine / Butter(Wassergehalt von Margarine ca. 20%)
Wassertropfen
Ölphase
3. Anwendungen: 2) Ricinusöl
Stachelige Früchte der Ricinusstaude (ricinus communis)
Ricinusöl besteht zu 80-85% aus dem Triacylglycerid der Ricinolsäure
Ricinolsäure
Verwendung als Abführmittel (seit 3500 Jahren bekannt) und in der chemischen Industrie
OH
COOH
Demonstration 2: Chromatographie von Ricinusöl
Chromatographie von Ricinusöl
In der Literatur findet sich folgende Einteilung:
Aber: Ricinolsäure enthält Hydroxylgruppen! ⇒ Erhöhung der Polarität ⇒ weniger ausgeprägte WW mit unpolarem
LM ⇒ kein „typisches“ Triacylglycerid
Chromatogramm
Versuch 5: Polyester auf Ricinusöl-Basis
Polyester auf Ricinusöl-Basis
Nucleophile Substitution (Additions-Eliminierungs-Rkt.)
Adipinsäuredichlorid Ricinusöl tetraedrisches Zwischenprodukt
ca. 80°CR O CH2
CH
CH2O
OR
R
HO
HO
O
O
ClCl
OH R O CH2
CH
CH2O
OR
R
HO
HO
O
ClO
O
Cl
H
R O CH2
CH
CH2O
OR
R
HO
HO
OO
Cl
O
+ HCl...
weitere Polymerisationsschritte
Polyester auf Ricinusöl-Basis
Reaktionsprodukt: Festes ungesättigtes Polyesterharz (UP)
Anwendung: Formmassen (Behälter, Karosserien, etc.)
Eigenschaften:⇒ Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit ⇒ Wasserbeständigkeit ⇒ Geringe Wärmeleitfähigkeit
*Quelle: Rapido Reisemobile
Wohnmobil-Karosserien aus Polyglace®*
Demonstration 3: Reaktivkleben mit Ricinusöl
Reaktivkleben mit Ricinusöl
Bruttoreaktion:
Verwendung: ⇒ Beschichtungsmassen ⇒ Schäume ⇒ Lacke, Klebstoff
Diphenylmethan-4,4‘-diisocyanat Ricinusöl Polyurethan
Regenjacke aus PUPU-MontageschaumPU-Kleber
N
N
O C N OCNCH2n + HO Ricinusöl OHn< Kat. >
Ricinusöl O C
O
N
H
CH2
N
H
C
O
O
n
4 Schulrelevanz
Sekundarstufe I: Wenig org. Kohlenstoffchemie
„Daher ist es ein Ziel des Chemieunterrichts, [...] Kenntnisse über und Einsichten in [...] die
Verantwortung gegenüber der Natur und den Schutz der Umwelt zu vermitteln.“
(Kapitel 2: Didaktische und methodische Grundlagen*)
⇒ Jahrgangsstufe 10:„Erdöl und Erdgas als Energieträger und Rohstoffe“
(*Lehrplan des Landes Hessen, Stand: Januar 2002 (Sekundarstufe I) bzw. Januar 2003 (Sekundarstufe II))
4 Schulrelevanz
Sekundarstufe II
Jahrgangsst. 12 + 13 (GK): „Alkansäuren und ihre Derivate“ (z.B. Verseifung)„Synthetische Makromoleküle“
Jahrgangsst. 12 + 13, (LK zus. zu GK):„Polymere mit bes. Eigenschaften“ (z.B. Klebstoffe)„Nachwachsende Rohstoffe“ (z.B. Biodiesel)
Wahlthema „Angewandte Chemie“ (LK/GK):„Grenzflächenaktive Substanzen“ (Tenside, Emulgatoren)„Nahrungsmittel“ (Fette etc.)
Ende