Wyższe kwasy tłuszczowe to kwasy o kilkunastu atomach węgla w cząsteczce, np.
- kwas palmitynowy C15H31COOH i
- kwas stearynowy C17H35COOH oraz
- kwas oleinowy C17H33COOH. Kwasy karboksylowe wchodzą w skład tłuszczów, wiec nazwano je tłuszczowymi, a cały szereg homologiczny nasyconych kwasów monokarboksylowych -szeregiem homologicznym kwasów tłuszczowych.
Kwasy tłuszczowe nie występują w przyrodzie w stanie wolnym, natomiast w stanie związanym znajdują się w tłuszczach zwierzęcych i roślinnych.
Kwas palmitynowy (C15H31COOH) należy do nasyconych wyższych kwasów tłuszczowych. Występuje w postaci białych, nierozpuszczalnych w wodzie, rozpuszczających się w etanolu i eterze kryształów. Temperatura topnienia kwasu palmitynowego wynosi 64 oC. Występuje on w postaci glicerydów (tłuszczów) w tłuszczach zwierzęcych i roślinnych, a w stanie wolnym w oleju palmowym.
Otrzymuje się poprzez hydrolizę tłuszczów oraz syntetycznie.
Sole kwasu palmitynowego – palmitynian sodu i palmitynian potasu, są podstawowymi składnikami mydeł.
Kwas stearynowy (C17H35COOH), nasycony kwas tłuszczowy, występuje w postaci białej masy bez zapachu o temperaturze topnienia 70 oC i temperaturze wrzenia 360 oC. Nie rozpuszcza się w wodzie, natomiast rozpuszczalny jest w etanolu i eterze. Jest głównym składnikiem tłuszczów roślinnych i zwierzęcych, gdzie występuje jako ester z gliceryną. Otrzymuje się go podczas hydrolizy tłuszczów lub syntetycznie.
Handlowy kwas stearynowy zawiera ok. 45% kwasu palmitynowego oraz 5% kwasu oleinowego. Stosuje się go do produkcji mydeł, kremów, świec, różnego rodzaju past.
Duże znaczenie mają sole i estry kwasu stearynowego, np. stearynian sodu to mydło, stearynian cynku jest stosowany w przemyśle kosmetycznym i gumowym, stearynian glinu służy do impregnacji, stearynian magnezowy stosowany jest w kosmetyce, a stearynian miedzi (II) używany jest w lecznictwie.
Kwas oleinowy (C17H33COOH), nienasycony kwas tłuszczowy, jest oleistą, bezbarwną, zestalającą się w temperaturze 16oC cieczą. W zetknięciu z powietrzem utlenia się on i ciemnieje. Jest nierozpuszczalny w wodzie, ale miesza się z etanolem, eterem oraz z roztworem NaOH. Jak każdy związek nienasycony ulega on addycji elektrofilowej. Podczas uwodornienia w obecności katalizatora niklowego kwas ten przyłącza dwa atomy wodoru i przekształca się w kwas stearynowy. Reakcja ta stanowi podstawę procesu utwardzania olejów roślinnych prowadzącego do otrzymywania tłuszczów stałych takich jak margaryna. Kwas ten jak i pozostałe kwasy tłuszczowe, występuje w postaci estrów gliceryny w olejach roślinnych i tłuszczach zwierzęcych.
Kwas oleinowy otrzymuje się poprzez hydrolizę miękkich tłuszczów i olejów.
Stosuje się go w przemyśle kosmetycznym do produkcji mydeł, kosmetyków, środków piorących, do produkcji smarów oraz do syntezy organicznej.
MYDŁA
Mydła, czyli sole sodowe lub potasowe wyższych kwasów tłuszczowych (palmitynowego, stearynowego, oleinowego), otrzymuje się najczęściej w wyniku zasadowej hydrolizy estrów (tzw. zmydlania tłuszczów). Produktem ogrzewania tłuszczów w roztworach wodorotlenków sodu lub potasu, oprócz mydeł, jest także gliceryna.
Mydła otrzymać można także w wyniku zobojętniania wyższych kwasów tłuszczowych otrzymanych w wyniku kwasowej hydrolizy tłuszczów.
Oto schemat przykładowej reakcji, w wyniku której powstaje mydło:
kwas + zasada -> sól + woda
np. C17H35COOH + NaOH -> C17H35COONa + H2O
Substancje mydłopochodne znano już 2800 lat p.n.e. Według rzymskiej legendy mydło (z łaciny „sapo”) wzięło swa nazwę od góry Sapo na której odbywały się obrzędy sakralne. W ofierze bogom składano tam zwierzęta. Kobiety piorące nad Tybrem odkryły, że spływająca z deszczem ze stoku mieszanina stopionego łoju zwierzęcego, popiołu i gliny doskonale nadaje się do prania. Pierwsze fabryki mydła powstały w XIII wieku.
Mydła potasowe są miękkie, szare, maziste i nieco lepiej rozpuszczalne w wodzie niż mydła sodowe. Używa ich się do kremów do golenia, mydeł w płynie, szamponów. Mydła sodowe (białe, twarde)stosuje się do produkcji twardych mydeł toaletowych lub mydeł do prania. Niekiedy uzyskuje się mydło w postaci drobnych płatków, które stosuje się do prania tkanin delikatnych.
Mydła są związkami powierzchniowo czynnymi (tzn. obniżają napięcie wody, ułatwiają zwilżalność). Służą one przede wszystkim jako środki myjące i piorące.
Zdolność mydła do usuwania brudu czyli na ogól cząstek pyłów nieorganicznych zlepionych tłuszczem, wiąże się z budowa jego cząsteczek. Cząsteczka stearynianu sodu składa się z długiego łańcucha węglowego i grupy karboksylanowej (–COO-), z która związany jest jonowo kation sodowy. Konsekwencją takiej budowy jest dwoista natura tej cząsteczki. Silnie polarna grupa COO- wykazuje duże powinowactwo do wody – jest dobrze solwatowana przez cząsteczki wody. Z kolei długi, niepolarny łańcuch węglowy wykazuje duże powinowactwo do węglowodorów i innych substancji niepolarnych, w tym także tłuszczów. Jeśli do roztworu mydła wprowadzimy nieco tłuszczu, cząsteczki mydła wnikają swymi łańcuchami do jego kropelek, a pozostałe na powierzchni grupy –COO-Na+ umożliwiają zwilżanie powierzchni tłuszczu woda. Roztwory mydła dobrze zwilżają zatłuszczone powierzchnie a następnie po mechanicznym oderwaniu cząstek brudu, tworzą z tłuszczami trwałą emulsje, którą można łatwo spłukać wodą.
Sole wapniowe oraz magnezowe wyższych kwasów karboksylowych są nierozpuszczalne w wodzie. Tłumaczy to brak zdolności myjących mydeł w twardej wodzie, która zawiera dużo jonów wapniowych i magnezowych. Mydła rozpuszczalne w takiej wodzie wytrącają się w postaci soli nierozpuszczalnych i nie mogą dalej spełniać swoich funkcji. Mydła jako sole słabych kwasów ulegają w roztworach wodnych hydrolizie z wytworzeniem jonów wodorotlenowych nadających tym roztworom odczyn zasadowy.
Mydła jako środki piorące i myjące są w ostatnich dziesięcioleciach wypierane przez inne syntetyczne detergenty. Należą one do różnych klas związków chemicznych, ale ich cechą wspólną jest obecność w cząsteczkach fragmentów polarnych, o dużym powinowactwie do wody grupy hydrofilowe i niepolarnych, o dużym powinowactwie do tłuszczów grupy hydrofobowe (lipofilowe). Detergenty nie wytracają się w twardej wodzie oraz mają bardziej obojętny (ewentualnie kwaśny) odczyn – korzystny dla skóry człowieka.