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 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)]

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

Verfahren nach Margosches Addition von Iod an eine Doppelbindung - +

Verfahren nach Margosches Bruttoreaktion Reduktion von Iod mit Na2S2O3(aq)-Lösung

Verfahren nach Margosches Indikator: Stärke (Einschluss von Polyiodid (I3-, I5-) 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 Struktur eines Triacylglycerids Kohlenwasserstoffketten R1-3 unterschiedlicher Länge (8 – 12 Kohlenstoffatome ≙ mittlere Fettsäuren > 12 Kohlenstoffatome ≙ höhere Fettsäuren)

2 Struktur Einige Fettsäuren: Smp. (°C) - Caprinsäure (C10) 31,0 - Palmitinsäure (C16) 62,8 - Stearinsäure (C18) 69,6 - Ölsäure (C18:1) 16,0

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)

Geschichte der Seife Seifenherstellung zuerst bei Sumerern ⇒ Vermengung von Pflanzenasche (K2CO3) 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

Wirkung von Seife in 4 Schritten 1 Benetzen der Oberfläche 2 Vermindern der Haftung 4 Schmutz solvatisieren 3 Ablösen des Schmutzes

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

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) Lecithin (Phosphatidylcholin)

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%) Ölphase Wassertropfen

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

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

Polyester auf Ricinusöl-Basis Reaktionsprodukt: Festes ungesättigtes Polyesterharz (UP) Anwendung: Formmassen (Behälter, Karosserien, etc.) Eigenschaften: ⇒ Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit ⇒ Wasserbeständigkeit ⇒ Geringe Wärmeleitfähigkeit Wohnmobil-Karosserien aus Polyglace®* *Quelle: Rapido Reisemobile

Demonstration 3: Reaktivkleben mit Ricinusöl

Reaktivkleben mit Ricinusöl Bruttoreaktion: Verwendung: ⇒ Beschichtungsmassen ⇒ Schäume ⇒ Lacke, Klebstoff Diphenylmethan-4,4‘-diisocyanat Ricinusöl Polyurethan PU-Kleber PU-Montageschaum Regenjacke aus PU

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