Номер 1, страница 144 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Какие вещества называют жирами и при помощи каких методов учёные определили их состав?

Какие вещества называют жирами?

Жиры, также известные как триглицериды или триацилглицерины, — это класс природных органических соединений. С химической точки зрения, они представляют собой полные сложные эфиры, образованные одной молекулой трёхатомного спирта глицерина и тремя молекулами высших одноосновных карбоновых кислот, называемых жирными кислотами. Общая формула жиров выглядит следующим образом: $CH_2(OOC-R_1)-CH(OOC-R_2)-CH_2(OOC-R_3)$. В этой формуле $R_1$, $R_2$, и $R_3$ — это углеводородные радикалы жирных кислот. Эти радикалы в одной молекуле жира могут быть как одинаковыми, так и различными. Они делятся на насыщенные, которые не содержат двойных C=C связей (например, остатки пальмитиновой кислоты $C_{15}H_{31}COOH$ или стеариновой кислоты $C_{17}H_{35}COOH$), и ненасыщенные, содержащие одну или несколько двойных связей (например, остатки олеиновой кислоты $C_{17}H_{33}COOH$ или линолевой кислоты $C_{17}H_{31}COOH$).

Жиры являются основным компонентом жировой ткани животных и масел растений. Они практически нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в большинстве органических растворителей, таких как эфир, бензин, хлороформ. В живых организмах жиры выполняют важнейшие функции: энергетическую (являются богатым источником энергии), структурную (входят в состав клеточных мембран), защитную и терморегуляторную.

При помощи каких методов учёные определили их состав?

Установление состава и строения жиров происходило в несколько этапов с использованием классических методов химического анализа и синтеза, которые позже были дополнены современными физико-химическими методами.

Ключевой вклад внёс французский химик Мишель Эжен Шеврёль в начале XIX века. Он использовал метод анализа, а именно гидролиз жиров в щелочной среде (омыление). Нагревая жиры с растворами щелочей, он обнаружил, что в результате реакции образуются два типа продуктов: во-первых, мыла, которые являются солями высших жирных кислот, и во-вторых, вязкая сладковатая жидкость, которую он идентифицировал как новый спирт и назвал глицерином. Выделив из мыл индивидуальные жирные кислоты, Шеврёль пришел к выводу, что жиры — это соединения глицерина и жирных кислот. Схематически реакцию омыления тристеарата (твёрдого жира) можно записать так: $C_{57}H_{110}O_6 + 3NaOH \rightarrow 3C_{17}H_{35}COONa + C_3H_5(OH)_3$.

Окончательное подтверждение строения жиров было получено благодаря работам другого французского учёного, Марселена Бертло, в 1854 году. Он применил метод синтеза. Бертло провёл реакцию, обратную гидролизу, — этерификацию, нагревая глицерин с различными жирными кислотами. В результате он получил вещества, по всем свойствам идентичные природным жирам (например, тристеарин при реакции со стеариновой кислотой). Этот синтез неопровержимо доказал, что жиры являются сложными эфирами глицерина и жирных кислот. Общая схема реакции этерификации: $C_3H_5(OH)_3 + 3R-COOH \rightleftharpoons (RCOO)_3C_3H_5 + 3H_2O$.

В настоящее время для детального качественного и количественного анализа состава жиров, особенно для определения жирнокислотного состава, применяют современные инструментальные методы. Основными из них являются методы хроматографии (газовая хроматография, ГХ; высокоэффективная жидкостная хроматография, ВЭЖХ) и спектральные методы (масс-спектрометрия, МС; ядерный магнитный резонанс, ЯМР-спектроскопия). Хроматография позволяет разделить сложную смесь жирных кислот (полученных после гидролиза жира) на отдельные компоненты и определить их количество. Спектральные методы, особенно в комбинации с хроматографией (например, ГХ-МС), дают возможность точно идентифицировать структуру каждой кислоты и даже определить полное строение исходной молекулы триглицерида.

Ответ:

Жиры — это сложные эфиры, образованные трёхатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми (жирными) кислотами. Их состав был установлен при помощи следующих методов: исторически — с помощью химического анализа (щелочного гидролиза, или омыления), который позволил расщепить жир на глицерин и соли жирных кислот (работы М. Шеврёля), и химического синтеза, в ходе которого из глицерина и жирных кислот были получены жиры, что подтвердило их сложноэфирную природу (работы М. Бертло). В настоящее время для детального определения состава жиров используют современные физико-химические методы, в первую очередь хроматографию и спектральные методы анализа (масс-спектрометрия, ЯМР).