Saponificare: Reacția și substanțele care pot fi obținute
Saponificarea este hidroliza de bază a unui ester. Aceasta înseamnă că esterul reacționează cu o bază (NaOH sau KOH) ireversibil, producând alcool și carboxilați de sodiu sau potasiu. Cuvântul înseamnă "a face săpunuri" și, de fapt, este una dintre cele mai vechi reacții chimice folosite de omenire.
În vremurile babiloniene, cu ajutorul cenușii colectate din lemn și plante și grăsimi animale, ei perfecționau arta de a face săpunuri. De ce grăsimi animale? Motivul este că este bogat în triesteri ai glicerinei (trigliceride), iar cenușa de lemn este o sursă de potasiu, metalul de bază.
În caz contrar, reacția are un randament mai mic, dar suficient pentru a reflecta efectele sale asupra vopselelor și a anumitor suprafețe. Acesta este cazul picturilor în ulei, unde pigmenții sunt amestecați cu ulei (sursa de esteri).
Reacția de saponificare
mecanism
Esterii au o grupare acil (O = C-R), care este susceptibilă la atacuri nucleofile cum ar fi OH-.
Deoarece atomii de oxigen "fure" densitatea electronică de la atomul de carbon, este parțial încărcat, cu atât mai mult în cazul esterilor.
În consecință, această sarcină pozitivă atrage specii negative capabile să furnizeze electroni la atomul de carbon, cu apariția atacului nucleofil (partea stângă a imaginii). Ca rezultat, se formează un intermediar tetraedric (a doua moleculă de la stânga la dreapta).
Încărcarea negativă asupra oxigenului intermediarului tetraedric este un produs al unui OH- înconjurător. Apoi, această sarcină negativă este delocalizată pentru a provoca gruparea carbonil, "forțând" apoi să rupă legătura C-OR. De asemenea, această delocalizare produce un acid carboxilic RCOOH și un ion alcoxidic R'O-.
În final, deoarece mediul de reacție este bazic, alcoxidul deprotonează o moleculă de apă și acidul carboxilic reacționează cu un alt OH - al mediului, generând produsele de saponificare.
cinetică
Viteza reacției de saponificare este proporțională cu concentrațiile reactanților. Cu alte cuvinte, crescând fie concentrația esterului (RCOOR '), fie a bazei (NaOH), reacția se va desfășura cu o viteză mai mare.
Aceasta se traduce, de asemenea, după cum urmează: rata de saponificare este de ordinul întâi în raport cu esterul și prima ordine în raport cu baza. Cele de mai sus pot fi exprimate cu următoarea ecuație matematică:
Viteză = k [RCOOR '] [NaOH]
Unde k este coeficientul constant sau de viteză, care variază în funcție de temperatură sau presiune; adică, cu cât este mai mare căldura, cu atât este mai mare viteza de saponificare. Din acest motiv, mediul este fiert.
Deoarece ambii reactanți sunt de ordinul cinetic, reacția generală este de ordinul doi.
În mecanismul de reacție de saponificare, formarea intermediarului tetraedric necesită atacul nucleofil, care implică atât esterul cât și baza.
Astfel, cinetica de ordinul doi se reflectă în acest fapt, deoarece acestea intervin în etapa determinantă (lentă) a reacției.
Substanțe care pot fi obținute prin saponificare
Principalele produse ale saponificării sunt alcoolii și sărurile acizilor carboxilici. Într-un mediu acid, se obține RCOOH respectiv, obținut prin saponificarea grăsimilor și a uleiurilor, cunoscute sub numele de acizi grași.
În acest fel, săpunurile constau din sărurile acizilor grași care rezultă din saponificare. Du-te cu ce cationi? Acestea pot fi Na +, K +, Mg2 +, Fe3 +, etc.
Aceste săruri sunt solubile în apă, dar precipită prin acțiunea NaCl adăugat la amestec, care deshidratează săpunul și îl separă de faza apoasă. Reacția de saponificare a unei trigliceride este după cum urmează:
Glicerina este alcoolul "E", iar săpunul este toate sărurile acizilor grași rezultate. Aici, fiecare lateral -R are diferite lungimi și grad de nesaturare. Ca rezultat, aceste lanțuri fac diferența între grăsimi și uleiuri vegetale.
Cheia pentru fabricarea săpunurilor constă apoi în alegerea celor mai bune grăsimi și uleiuri sau, mai precis, în selectarea diferitelor surse de trigliceride.
Această masă albă de săpun poate conține în structură coloranți și alți compuși organici, oferindu-i arome plăcute și culori strălucitoare. De aici, gama de posibilități este îmblânzită de artă și vocație în acest comerț.
Cu toate acestea, reacția de saponificare este, de asemenea, o cale sintetică a acizilor carboxilici și a alcoolilor care nu au neapărat legătură cu glicerina sau săpunurile.
De exemplu, hidroliza bazică a oricărui ester, cum ar fi acetat de etil simplu, va produce acid acetic și etanol.
Acțiunea solvenților săpunurilor
Sărurile acizilor grași sunt solubili în apă, dar nu în același mod în care solvații sunt ioni; adică înconjurat de o sferă apoasă. În cazul săpunurilor, lanțurile lor laterale-R îi împiedică să se dizolve teoretic în apă.
Prin urmare, pentru a contracara această poziție incomodă din punct de vedere energetic, ele sunt orientate astfel încât aceste lanțuri să intre în contact, formând un nucleu apolar organic, în timp ce capetele polare, capătul (-COO-Na +) interacționează cu moleculele de apă și să creeze o "armură polare".
Cele de mai sus sunt ilustrate în imaginea de mai sus, unde este prezentat acest tip de structură cunoscut sub numele de micelă.
"Cozile negre" corespund lanțurilor hidrofobe, devenind înfășurate într-un miez organic protejat de sferele gri. Aceste sfere gri formează scutul polar, capetele -COO-Na +.
Apoi, micellele sunt clustere (clustere) ale sărurilor acizilor grași. În interiorul acestora pot însoți grăsimea, care este insolubilă în apă datorită caracterului său apolar.
Cum o fac? Atât lanțurile de grăsime cât și cele -R sunt hidrofobe, astfel încât ambele au o mare afinitate una față de cealaltă.
Când micellele cuprind grăsimile, apa interacționează cu carcasa polară, permițând solubilitatea săpunului. De asemenea, micellele sunt încărcate negativ, provocând repulsii între ele și, prin urmare, generând dispersia grăsimii.
