的皂化是酯的碱性水解。这意味着酯与碱(NaOH或KOH)不可逆地反应,生成醇和羧酸钠或羧酸钾。这个词的意思是“肥皂制造”,实际上,它是人类使用的最古老的化学反应之一。
在巴比伦时期,借助从木材,植物和动物脂肪中收集的灰烬,他们完善了制皂的艺术。为什么是动物脂肪?原因是因为它富含甘油三酯(甘油三酸酯),而木灰是钾(碱性金属)的来源。
否则,反应以较低的产率进行,但足以反映其对油漆和某些表面的影响。油画颜料就是这种情况,其中颜料与油(酯源)混合。
皂化反应
机制
酯具有酰基(O = C - R),这是易受亲核攻击,例如OH - 。
因为氧原子从碳原子“窃取”电子密度,所以它发现自己带有部分正电荷,在酯的情况下更是如此。
因此,该正电荷吸引了能够将电子贡献给碳原子的负物种,从而引起亲核攻击(图像的左侧)。结果,形成四面体中间体(第二分子从左到右)。
在四面体中间体的氧的负电荷是一个OH的产物-周围。然后使该负电荷离域以产生羰基,然后“强迫” C – OR'键断裂。此外,这种离域产生的羧酸RCOOH和醇盐离子R'O - 。
最后,作为反应介质是碱性的,醇盐去质子化水分子与另一OH的羧酸发生反应-从所述培养基中,产生皂化产物。
动力学
皂化反应的速度与试剂的浓度成正比。换句话说,增加酯(RCOOR′)或碱(NaOH)的浓度,反应将进行得更快。
这也解释为:皂化速率相对于酯为一级,相对于碱为一级。以上可以用以下数学方程式表示:
速度= k
其中k是常数或速度系数,随温度或压力而变化;即,热量越高,皂化率越高。因此,介质要沸腾。
由于两种反应物均为第一动力学级,因此整个反应均为第二级。
在皂化的反应机理中,四面体中间体的形成需要亲核攻击,这涉及酯和碱。
因此,二阶动力学反映在这一事实中,因为它们介入了反应的确定(缓慢)步骤。
可以通过皂化获得的物质
皂化的主要产物是醇和羧酸盐。在酸性介质中,获得各自的RCOOH,其通过将被称为脂肪酸的油脂皂化而获得。
因此,肥皂由皂化产生的脂肪酸盐组成。你会带出什么阳离子吗?它们可以是Na +,K +,Mg 2 +,Fe 3+等。
这些盐可溶于水,但通过添加到混合物中的NaCl的作用而沉淀,从而使肥皂脱水并将其与水相分离。甘油三酸酯的皂化反应如下:
甘油是醇的“ E”,而肥皂是所得脂肪酸的所有盐。在此,每个-R侧链具有不同的长度和不饱和度。因此,这些链条使植物油脂与油脂有所不同。
因此,制造肥皂的关键在于选择最佳的油脂,或更具体地说,在于选择不同来源的甘油三酸酯。
这种肥皂性白色物质的结构中可能包含着色剂和其他有机化合物,使其具有宜人的香气和明亮的色彩。从这里开始,在这一行业中,艺术和职业限制了可能性的范围。
但是,皂化反应也是羧酸和醇的合成路线,不一定与甘油或肥皂有关。
例如,任何酯的碱性水解,例如简单的乙酸乙酯,都会产生乙酸和乙醇。
肥皂的溶剂作用
脂肪酸盐可溶于水,但与溶剂化离子的方式不同;也就是说,被水球包围。就肥皂而言,其-R侧链理论上可防止它们溶于水。
因此,为抵消这种能量上不舒服的位置,它们的取向应使这些链相互接触,形成非极性有机核,而极性头(-COO - Na +)的末端与分子中的分子相互作用。浇水并创建“极性壳”。
上图显示了以上内容,其中显示了这种称为胶束的结构。
“黑尾巴”对应于疏水链,它们缠绕在由灰色球体保护的有机核中。这些灰色球体构成了极性壳–COO - Na +头。
因此,胶束是脂肪酸盐的簇(团聚)。它们内部可能含有脂肪,由于其非极性特性,其不溶于水。
他们如何做到的?脂肪和-R链均是疏水性的,因此它们彼此之间具有很高的亲和力。
当胶束包围脂肪时,水与极性壳相互作用,从而使肥皂溶解。另外,胶束带负电,彼此排斥,因此产生脂肪分散。
参考文献
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