Experimentalvortrag Öle und Fette

Experimentalvortrag Öle und Fette

Philipps-Universität Marburg Fachbereich Chemie

Felix 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/g Kohlenhydrat 17,1 kJ/g

Fett 38,9 kJ/g

Die Ernährungspyramide

*Quelle: Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V.

1 Einleitung

Essentielle Fettsäuren müssen durch die Nahrung aufgenommen 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 )

IZ  m(I



Addition von Iod an eine Doppelbindung

Verfahren nach Margosches





Verfahren nach Margosches

Bruttoreaktion

Reduktion von Iod mit Na

S

O

-Lösung

(aq) 0 2

I 1 0

2(aq) 2 2 0

I

1

C

H C H R I H O R C H I C H(OH) R HI R 



    



  

- 2 6(aq) 2,5

(aq) 4 1 -- -

2 3(aq) 2

2 2(aq)

0

2 6(aq) 2,5

4 2

3(aq) 2

2

- (aq) 2(aq)

0

O S

I 2 O

S 2 I

) (Oxidation e

2 O

S O

S 2

) (Reduktion

I 2 e

2 I







 

 

 





















Verfahren nach Margosches

Indikator: Stärke (Einschluss von Polyiodid (I

, I

) 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

Kohlenwasserstoffketten R

unterschiedlicher Länge (8 – 12 Kohlenstoffatome ≙ mittlere Fettsäuren

> 12 Kohlenstoffatome ≙ höhere Fettsäuren)

C

C

C O O

O C

C

C H

H H

H

H O

O

O

R₁

R₂

R₃

2 Struktur

Einige Fettsäuren: Smp. (°C)

- Caprinsäure (C

) 31,0

- Palmitinsäure (C

) 62,8

- Stearinsäure (C

) 69,6

- Ölsäure (C

) 16,0

C O OH

C O OH

C O OH

C O 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

O CH₂

CH O

Cu

O CH₂ O O

CH₂ CH

CH₂ O

Cu O

H₂C

CH

H₂C

O

3-

+ 3 H₂O

Geschichte der Seife

Seifenherstellung zuerst bei Sumerern

⇒ Vermengung von Pflanzenasche (K

CO

) 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 H

H 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)

O O

O CH₂ HC

H₂C O

O C C

C₁₇H₃₃ C₁₅H₃₁ O

H₂ H₂ O +

-

Versuch 4:

Zerstörung einer W/O-Emulsion

Zerstörung einer W/O-Emulsion

Von emulgere (lat.) = ausmelken Palmin: Schmelzen / Erstarren Margarine: Emulsion

Erhitzen: 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°C R O CH₂

CH CH₂ O

O R R HO HO O

O Cl

Cl

O

H R O CH₂

CH CH₂ O

O R R HO HO O

Cl O

O Cl

H

R O CH₂ CH CH₂ O

O R R HO HO O O

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 PU

PU-Montageschaum PU-Kleber

N

N

O C N CH₂ N C O

n + n HO Ricinusöl OH < Kat. >

Ricinusöl O C O

N H

C H2

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