- Verzepingsreactie
- Mechanisme
- Kinetiek
- Stoffen die kunnen worden verkregen door verzeping
- Oplosbare werking van zepen
- Referenties
De verzeping is de basische hydrolyse van een ester. Dit betekent dat de ester onomkeerbaar reageert met een base (NaOH of KOH), waarbij alcohol en natrium- of kaliumcarboxylaten worden geproduceerd. Het woord betekent 'zeep maken' en is in feite een van de oudste chemische reacties die door de mensheid worden gebruikt.
In Babylonische tijden perfectioneerden ze met behulp van as verzameld uit hout en planten en dierlijke vetten de kunst van het zeepmaken. Waarom dierlijk vet? De reden is dat het rijk is aan glyceroltriesters (triglyceriden), en houtas is een bron van kalium, het basismetaal.
Anders verloopt de reactie met een lagere opbrengst, maar voldoende om de effecten op verven en sommige oppervlakken weer te geven. Dat is het geval bij olieverf, waarbij de pigmenten worden gemengd met olie (bron van esters).
Verzepingsreactie
Mechanisme
Esters hebben een acylgroep (O = C - R), die gevoelig is voor nucleofiele aanvallen zoals OH - .
Omdat zuurstofatomen de elektronendichtheid "stelen" van het koolstofatoom, bevindt het zich met een gedeeltelijk positieve lading, zeker in het geval van esters.
Bijgevolg trekt deze positieve lading negatieve soorten aan die in staat zijn om elektronen bij te dragen aan het koolstofatoom, waardoor nucleofiele aanvallen worden veroorzaakt (de linkerkant van het beeld). Als resultaat wordt een tetraëdrische tussenproduct gevormd (het tweede molecuul van links naar rechts).
De negatieve lading op het zuurstofgehalte van het tetraëdrische tussenproduct is een product van OH - omgeving. Vervolgens wordt deze negatieve lading gedelokaliseerd om de carbonylgroep te doen ontstaan, waarna de C-OR'-binding wordt "geforceerd" om te breken. Deze delocalisatie produceert ook een carbonzuur RCOOH en een alkoxide-ion R'O - .
Ten slotte, aangezien het reactiemedium basisch is, deprotoneert het alkoxide een watermolecuul en reageert het carbonzuur met een andere OH - uit het medium, waardoor de verzepingsproducten ontstaan.
Kinetiek
De snelheid van de verzepingsreactie is evenredig met de concentraties van de reagentia. Met andere woorden, door de concentratie van de ester (RCOOR ') of de base (NaOH) te verhogen, zal de reactie sneller verlopen.
Dit vertaalt zich ook als volgt: de verzepingssnelheid is de eerste orde ten opzichte van de ester en de eerste orde ten opzichte van de basis. Het bovenstaande kan worden uitgedrukt met de volgende wiskundige vergelijking:
Snelheid = k
Waarbij k de constante of snelheidscoëfficiënt is, die varieert als functie van temperatuur of druk; dat wil zeggen, hoe hoger de hitte, hoe hoger de verzepingssnelheid. Om deze reden wordt het medium aan koken onderworpen.
Aangezien beide reactanten van de eerste kinetische orde zijn, is de algehele reactie van de tweede orde.
In het reactiemechanisme van verzeping vereist de vorming van het tetraëdrische tussenproduct een nucleofiele aanval, waarbij zowel de ester als de base betrokken zijn.
De tweede orde kinetiek komt dus tot uiting in dit feit, omdat ze ingrijpen in de bepalende (langzame) stap van de reactie.
Stoffen die kunnen worden verkregen door verzeping
De belangrijkste producten van verzeping zijn alcoholen en zouten van carbonzuren. In een zuur milieu worden de respectieve RCOOH verkregen, verkregen door verzeping van vetten en oliën, die bekend staan als vetzuren.
Zepen bestaan dus uit zouten van de vetzuren die door verzeping worden geproduceerd. Kom je met welke kationen naar buiten? Ze kunnen Na + , K + , Mg 2+ , Fe 3+ , etc. zijn.
Deze zouten zijn oplosbaar in water, maar worden neergeslagen door de werking van NaCl toegevoegd aan het mengsel, waardoor de zeep wordt gedehydrateerd en gescheiden van de waterige fase. De verzepingsreactie voor een triglyceride is als volgt:
Glycerine is de alcoholische "E", en zeep is alle zouten van de resulterende vetzuren. Hier heeft elke -R zijketen verschillende lengtes en graden van onverzadiging. Hierdoor maken deze ketens het verschil tussen plantaardige vetten en oliën.
De sleutel tot het maken van zeep ligt dan in de selectie van de beste vetten en oliën, of meer specifiek, in de selectie van verschillende bronnen van triglyceriden.
Deze zeepachtige witte massa kan kleurstoffen en andere organische verbindingen in zijn structuur bevatten, waardoor het aangename aroma's en heldere kleuren krijgt. Vanaf hier wordt het scala aan mogelijkheden getemd door kunst en roeping in dit vak.
De verzepingsreactie is echter ook een synthetische route van carbonzuren en alcoholen die niet noodzakelijk met glycerine of zepen te maken heeft.
Basische hydrolyse van elke ester, zoals eenvoudig ethylacetaat, produceert bijvoorbeeld azijnzuur en ethanol.
Oplosbare werking van zepen
Vetzuurzouten zijn oplosbaar in water, maar niet op dezelfde manier als ionen worden gesolvateerd; dat wil zeggen, omgeven door een waterige bol. In het geval van zepen verhinderen hun -R zijketens theoretisch dat ze in water oplossen.
Om deze energetisch ongemakkelijke positie tegen te gaan, zijn ze daarom zodanig georiënteerd dat deze ketens in contact komen en een apolaire organische kern vormen, terwijl de polaire koppen, het uiteinde (-COO - Na + ), interageren met de moleculen van water en creëer een "polaire schil".
Het bovenstaande wordt geïllustreerd in de bovenste afbeelding, waar dit type structuur dat bekend staat als een micel wordt getoond.
De "zwarte staarten" komen overeen met de hydrofobe ketens, die zichzelf verstrengelen in een organische kern die wordt beschermd door de grijze bollen. Deze grijze bollen vormen de poolschil, de –COO - Na + koppen .
De micellen zijn dus clusters (agglomeraties) van de zouten van vetzuren. Daarbinnen kunnen ze vet bevatten, dat vanwege het niet-polaire karakter onoplosbaar is in water.
Hoe doen ze dat? Zowel vet- als -R-ketens zijn hydrofoob, dus beide hebben een hoge affiniteit voor elkaar.
Wanneer de micellen de vetten omsluiten, reageert het water met de polaire schil, waardoor de zeep oplosbaar wordt. Ook zijn de micellen negatief geladen, waardoor ze afstoting tegen elkaar veroorzaken en dus de verspreiding van vet genereren.
Referenties
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (3 oktober 2017). Verzepingsdefinitie en reactie. Opgehaald op 24 april 2018, van: thoughtco.com
- Francis A. Carey. Organische chemie. Carbonzuren. (zesde ed., pagina's 863-866). Mc Graw Hill.
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. Organische chemie. Lipids (10e editie, pagina's 1056-1058). Wiley Plus.
- Wikipedia. (2018). Verzeping. Opgehaald op 24 april 2018, van: en.wikipedia.org
- Boyd C. (27 februari 2015). Begrijp de chemie en geschiedenis van zeep. Opgehaald op 24 april 2018, van: chemservice.com
- Luca Laghi. (27 maart 2007). Verzeping. Opgehaald op 24 april 2018, van: commons.wikimedia.org
- Amanda haak. (12 mei 2015). Micelle (grijstinten). Opgehaald op 24 april 2018, van: commons.wikimedia.org