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