Kimyo · Organik kimyo · 10-sinf

Kislotalar, efirlar va sovun

Sirka va spirtdan qanday qilib banan hidi chiqadi, paxta yog‘idan esa sovun?

Vaziyat

Oshxonadagi 9 % li sirka, chumoli chaqqanda achishadigan teri, banan va ananasning yoqimli hidi, paxta yog‘i va bir bo‘lak sovun — hammasi bitta kimyoviy oilaning a’zolari. Sirka kislota spirt bilan qizdirilsa, meva hidli murakkab efir hosil bo‘ladi; yog‘lar esa glitserin bilan yog‘ kislotalarining murakkab efirlari, ularni ishqor bilan qaynatsak — sovun chiqadi. Kislotadan efirga, efirdan sovunga qanday o‘tiladi va nega sovun kirni yuvadi?

Mavzu

Karbon kislotalar, murakkab efirlar, yog‘lar va sovun. Sirkadan sovungacha: sirka kislota va spirtdan meva hidli murakkab efir; paxta yog‘idan sovun

Asosiy tushunchalar

Karbon kislotalar
Eterifikatsiya ⇌
Yog‘lar va sovunlanish

Formulalar

R - COOH

Karbon kislotalar: karboksil guruh –COOH. Sirka kislota p $K_{a}$ = 4,76 — kuchsiz kislota; to‘yingan bir asosli kislotalar $C_{n} H_{2 n + 1} COOH$ .

CH_{3} COOH + C_{2} H_{5} OH \overset{\overset{}{H_{2} SO_{4}, t}}{⇌} CH_{3} COOC_{2} H_{5} + H_{2} O

Eterifikatsiya — qaytar reaksiya, $K \approx 4$ : ekvimolyar aralashmada efir unumi ≈ 67 %; spirt ortiqcha bo‘lsa, muvozanat o‘ngga siljiydi.

\frac{x^{2}}{(1 - x) (r - x)} = K

Muvozanatdagi unum $x$ (kislota ulushi), $r$ — 1 mol kislotaga olingan spirt (mol).

(C_{17} H_{35} COO)_{3} C_{3} H_{5} + 3 NaOH \overset{}{\to} C_{3} H_{5} (OH)_{3} + 3 C_{17} H_{35} COONa

Sovunlanish — yog‘ning ishqoriy gidrolizi: glitserin va yog‘ kislotalarining natriyli tuzlari (sovun) hosil bo‘ladi.

SS = \frac{(V_{0} - V) c M (KOH)}{m}

Sovunlanish soni (mg KOH/g): $V_{0}$ va $V$ — nazorat va namuna uchun HCl hajmi, $c$ — HCl konsentratsiyasi, $m$ — namuna massasi (Univ.).

Nazariya

Karbon kislotalar: tuzilishi va xossalari (3.12, 3.13)

Karbon kislotalar molekulasida karboksil guruh –COOH bor: $HCOOH$ chumoli (metan), $CH_{3} COOH$ sirka (etan), $C_{3} H_{7} COOH$ moy (butan) kislota; yog‘ kislotalari — palmitin $C_{15} H_{31} COOH$ , stearin $C_{17} H_{35} COOH$ , olein $C_{17} H_{33} COOH$ ; ko‘p asosli — oksalat, limon, olma kislota. Karboksildagi O–H kuchli qutblangan, suvda kislota qisman dissotsilanadi: $CH_{3} COOH \overset{}{⇌} CH_{3} COO^{-} + H^{+}$ (p $K_{a}$ = 4,76; 0,1 mol/l eritmada pH ≈ 2,9). Xossalari: indikator rangini o‘zgartiradi, faol metallar bilan $H_{2}$ , karbonatlar bilan $CO_{2}$ ajratadi, ishqorlar bilan neytrallanadi (tuz — asetat), spirtlar bilan murakkab efir hosil qiladi. Chumoli kislota aldegid guruhiga ham ega — kumush ko‘zgu beradi. Suvsiz sirka kislota 16,6 °C da muzga o‘xshab qotadi («muz sirka kislota»), 118 °C da qaynaydi. Olinishi: spirt va aldegidlarni oksidlash, sirka — vinoni sirka bakteriyalari bilan achitish; sanoatda metanoldan karbonillash bilan. Masala namunasi: 0,01 mol/l $CH_{3} COOH$ ( $K_{a} = 1,75 \cdot 10^{- 5}$ ): $[H^{+}] \approx \sqrt{K_{a} c} = 4,2 \cdot 10^{- 4}$ mol/l, pH ≈ 3,4.

Murakkab efirlar va eterifikatsiya (3.14, 3.15)

Murakkab efirlar $R - COO - R^{'}$ kislota va spirtdan suv ajralib hosil bo‘ladi (eterifikatsiya), katalizator — konsentrlangan $H_{2} SO_{4}$ (u suvni ham bog‘laydi). Kislorodi «belgilangan» ( $^{18}$ O) spirt bilan tajribada bu kislorod efirda qoladi: suv kislotaning OH i va spirtning H idan hosil bo‘ladi. Reaksiya qaytar, $K \approx 4$ : 1 mol kislota va 1 mol spirtdan ≈ 0,67 mol efir; spirtni ko‘paytirish yoki suvni chiqarib turish unumni oshiradi (Le Shatelye prinsipi). Teskari reaksiya — gidroliz: kislotali muhitda qaytar, ishqoriy muhitda oxirigacha boradi (sovunlanish). Quyi efirlar — uchuvchan, yoqimli hidli suyuqliklar, mevalar va gullar hidini beradi: izoamil asetat — banan, nok; etil butirat — ananas; metil butirat — olma; oktil asetat — apelsin; etil asetat — lak artuvchi suyuqlik va erituvchi. 3.15-amaliy: probirkada 1 ml sirka kislota, 1–2 ml spirt va 3–4 tomchi kons. $H_{2} SO_{4}$ suv hammomida isitiladi, so‘ng sovuq osh tuzi eritmasiga quyiladi — efir suvda kam eriydi va yengil: yuzaga qatlam bo‘lib chiqadi, hidi seziladi.

Yog‘lar (3.16)

Yog‘lar (triglitseridlar) — uch atomli spirt glitserin va yuqori yog‘ kislotalarining murakkab efirlari. To‘yingan kislotalar (palmitin, stearin) zanjiri to‘g‘ri, molekulalar zich joylashadi — qattiq yog‘lar (mol, qo‘y yog‘i); sis qo‘sh bog‘li olein, linol, linolen kislotalar zanjirni bukadi — suyuq moylar (paxta, kungaboqar, zaytun). Paxta yog‘ida ≈ 54 % linol kislota, ≈ 26 % to‘yingan kislotalar. Stearin kislota 69,3 °C da, olein 13,4 °C da, linol ≈ −7 °C da suyuqlanadi. Moylar bromli suvni rangsizlantiradi (C=C ga birikish). Gidrogenlash: suyuq moy nikel katalizatorida vodorod bilan to‘yintirilsa, qattiq yog‘ — salomas olinadi, undan margarin tayyorlanadi; Toshkent yog‘-moy kombinati uzoq yillar margarin va o‘simlik yog‘i ishlab chiqargan. Qisman gidrogenlashda sis-bog‘larning bir qismi trans shaklga o‘tadi (elaidin kislota, 45 °C da suyuqlanadi) — trans-yog‘lar yurak-qon tomir kasalliklari xavfini oshiradi. Yog‘lar — eng kaloriyali oziq (≈ 37 kJ/g), vitamin A, D, E eritadi. O‘zbekistonda o‘simlik yog‘i asosan paxta chigitidan olinadi.

Sovun va yuvish ta’siri (3.17)

Sovun — yuqori yog‘ kislotalarining natriyli (qattiq sovun) yoki kaliyli (suyuq sovun) tuzlari. 3.17-amaliy: chinni kosacha yoki stakanga 5 g yog‘, 10 ml spirt (yog‘ va ishqorni aralashtiradi) va 10 ml 20 % li NaOH solinadi, aralashtirib turib 15–20 min qaynatiladi; tomchisi issiq suvda to‘liq erisa — sovunlanish tugagan. So‘ng to‘yingan osh tuzi eritmasi qo‘shiladi: sovun eruvchanligi kamayib, yuzaga qalqib chiqadi (tuzlash), pastda glitserin va tuz eritmasi qoladi. Sovun ioni $C_{17} H_{35} COO^{-}$ — ikki xil: uzun gidrofob dum yog‘da, gidrofil –COO⁻ boshi suvda eriydi. Suvda ionlar mitsellalar hosil qiladi: dumlar ichkarida, boshlar sirtda; kir (yog‘) tomchisi mitsella ichiga «yutilib», suv bilan ketadi. Sovun eritmasi gidroliz tufayli ishqoriy (fenolftalein pushti). Qattiq suvda $Ca^{2 +}$ , $Mg^{2 +}$ ionlari erimaydigan kalsiy stearat cho‘kmasini beradi — sovun bekorga sarflanadi, ko‘pik kam. Xavfsizlik: NaOH eritmasi teri va ko‘zni kuydiradi — ko‘zoynak va qo‘lqop, ko‘zga tushsa — ko‘p suv; qaynayotgan spirtli aralashmani olovdan uzoq tuting.

Univ.: yog‘lar tahlili, lipidlar

Sovunlanish soni (SS) — 1 g yog‘dagi barcha efir va erkin kislotalarni sovunlash uchun kerak KOH (mg): namuna ortiqcha 0,5 M spirtli KOH bilan qaynatilib, qolgan ishqor 0,5 M HCl bilan titrlanadi; SS katta bo‘lsa, kislota zanjirlari qisqa (kokos 248–265, paxta 189–207). Yod soni (YS) — 100 g yog‘ biriktiradigan $I_{2}$ (g), to‘yinmaganlik o‘lchovi: Viys reaktivi ( $ICl$ ) qo‘shib, ortiqchasi KI bilan $I_{2}$ ga aylantiriladi va natriy tiosulfat bilan titrlanadi (kraxmal indikatori); paxta 100–115, kungaboqar 110–145, mol yog‘i 42–48, kokos 6–11. Kislota soni (KS) — 1 g yog‘dagi erkin yog‘ kislotalarni neytrallash uchun KOH (mg), yog‘ yangiligining ko‘rsatkichi; erkin kislotalar ulushini olein kislotaga hisoblab ham ifodalashadi. Lipidlar: sovunlanadigan (yog‘lar, mumlar, fosfolipidlar) va sovunlanmaydigan (steroidlar, xolesterin $C_{27} H_{46} O$ ). Fosfolipidlar (letsitin) — glitserin + 2 yog‘ kislota + fosfat + aminospirt: hujayra membranasining ikki qavati. Xolesterin membranani mustahkamlaydi, steroid gormonlar va o‘t kislotalari manbai; qonda ortiqchasi aterosklerozga olib keladi.

Model chegaralari

Kislotalar pH i zaryad balansi tenglamasidan (25 °C, ideal eritma); magniy va soda reaksiyasi tezligi $[H^{+}]$ ga bog‘liq deb sxematik ko‘rsatilgan. Eterifikatsiyada barcha efirlar uchun $K = 4$ , tezlik konstantasi taxminiy (har ≈ 11 °C da ikki marta ortadi, $H_{2} SO_{4}$ siz ≈ 100 marta sekin), vaqt qisqartirilgan. Bromli suv tomchisi — 0,05 ml 0,20 mol/l; yog‘ namunasi — 0,1 g geksanda; brom miqdori yod sonidan (1 C=C : 1 $Br_{2}$ ). Sovunlanish: 5 g yog‘ tristearin deb hisoblangan, vaqt ≈ 20 marta tezlashtirilgan. Titrlashdagi yog‘ ko‘rsatkichlari — chop etilgan oraliqlar ichidagi namunaviy qiymatlar, kislota sonlari — namunaviy. Mitsella sxematik (haqiqatda diametri ≈ 5 nm, 50–100 ion). Molekulalar haqiqiy bog‘ uzunliklarida (1 Å ≈ 3,4 sm).

Bilasizmi?

Sovunga o‘xshash moddalar tayyorlanganining eng qadimgi dalillari taxminan miloddan avvalgi 2800-yillardagi Bobilga tegishli; mil. avv. 2200-yillar atrofidagi Bobil loy taxtachasida esa suv, ishqor va kassiya moyidan sovun tayyorlash retsepti yozilgan.
Banan hidini beruvchi izoamil asetat asalarilarning «xavf» signalida ham bor: chaqqan ari shu hidni chiqarib, boshqa arilarni hujumga chorlaydi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Polimerlar, kauchuk, tolalar — 10-sinf
Alkinlar, benzol va stirol — 10-sinf
Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir — 10-sinf
Spirtlar va oddiy efirlar — 10-sinf
Fenol, aldegid va ketonlar — 10-sinf
Uglevodlar: glyukoza va kraxmal — 10-sinf
Organik moddalarni aniqlash — 10-sinf
Stereokimyo va konformatsiyalar — 2-kurs
Radikal va elektrofil mexanizm — 3-kurs
SN1, SN2 va eliminatsiya — 3-kurs