Saponificazione: reazione e sostanze che possono essere ottenute
La saponificazione è l'idrolisi di base di un estere. Ciò significa che l'estere reagisce con una base (NaOH o KOH) in modo irreversibile, producendo alcol e carbossilati di sodio o di potassio. La parola significa "fare saponi" e, in effetti, è una delle più antiche reazioni chimiche utilizzate dall'umanità.
In epoca babilonese, con l'aiuto delle ceneri raccolte da legno e piante e grassi animali, perfezionavano l'arte di produrre saponi. Perché il grasso animale? Il motivo è che è ricco di triesteri di glicerolo (trigliceridi) e le ceneri di legno sono una fonte di potassio, il metallo di base.
Altrimenti, la reazione procede a una resa inferiore, ma sufficiente a riflettere i suoi effetti sulle vernici e su alcune superfici. È il caso dei dipinti ad olio, dove i pigmenti sono mescolati con olio (fonte di esteri).
Reazione di saponificazione
meccanismo
Gli esteri hanno un gruppo acilico (O = C-R), che è suscettibile agli attacchi nucleofili come OH-.
Poiché gli atomi di ossigeno "rubano" la densità elettronica dall'atomo di carbonio, sono parzialmente caricati, ancor più nel caso degli esteri.
Di conseguenza, questa carica positiva attrae specie negative in grado di fornire elettroni all'atomo di carbonio, con l'attacco nucleofilo che si verifica (il lato sinistro dell'immagine). Di conseguenza, si forma un intermedio tetraedrico (la seconda molecola da sinistra a destra).
La carica negativa sull'ossigeno dell'intermedio tetraedrico è un prodotto di un OH circostante. Quindi, questa carica negativa viene delocalizzata per originare il gruppo carbonile, "forzare" quindi per rompere il legame C-OR. Inoltre, questa delocalizzazione produce un acido carbossilico RCOOH e uno ione alcossido R'O-.
Infine, poiché il mezzo di reazione è basico, l'alcossido deprotona una molecola di acqua e l'acido carbossilico reagisce con un altro OH- del mezzo, generando i prodotti della saponificazione.
cinetica
La velocità della reazione di saponificazione è proporzionale alle concentrazioni dei reagenti. In altre parole, aumentando la concentrazione dell'estere (RCOOR ') o della base (NaOH), la reazione procederà con una velocità maggiore.
Questo è anche tradotto come segue: il tasso di saponificazione è il primo ordine rispetto all'estere e il primo ordine rispetto alla base. Quanto sopra può essere espresso con la seguente equazione matematica:
Velocità = k [RCOOR '] [NaOH]
Dove k è il coefficiente costante o di velocità, che varia in funzione della temperatura o della pressione; cioè, maggiore è il calore, maggiore è la velocità di saponificazione. Per questo motivo il terreno è bollito.
Poiché entrambi i reagenti sono di primo ordine cinetico, la reazione generale è di secondo ordine.
Nel meccanismo di reazione della saponificazione, la formazione dell'intermedio tetraedrico richiede l'attacco nucleofilo, che coinvolge sia l'estere che la base.
Quindi, la cinetica del secondo ordine si riflette in questo fatto, perché intervengono nel passo determinante (lento) della reazione.
Sostanze che possono essere ottenute mediante saponificazione
I principali prodotti della saponificazione sono gli alcoli e i sali degli acidi carbossilici. In un mezzo acido, si ottengono i rispettivi RCOOH, ottenuti dalla saponificazione di grassi e olii, noti come acidi grassi.
In questo modo, i saponi sono costituiti da sali degli acidi grassi derivanti dalla saponificazione. Esci con quali cationi? Possono essere Na +, K +, Mg2 +, Fe3 +, ecc.
Questi sali sono solubili in acqua, ma precipitano per l'azione del NaCl aggiunto alla miscela, che disidrata il sapone e lo separa dalla fase acquosa. La reazione di saponificazione per un trigliceride è la seguente:
La glicerina è la "E" alcolica e il sapone è tutti i sali degli acidi grassi risultanti. Qui, ogni sidechain -R ha diverse lunghezze e gradi di insaturazione. Di conseguenza, queste catene fanno la differenza tra grassi e oli vegetali.
La chiave per la produzione di saponi risiede nella selezione dei migliori grassi e oli, o più specificamente, nella selezione di diverse fonti di trigliceridi.
Questa massa bianca saponata può contenere coloranti e altri composti organici nella sua struttura, dandogli aromi piacevoli e colori brillanti. Da qui, la gamma di possibilità è addomesticata dall'arte e dalla vocazione in questo mestiere.
Tuttavia, la reazione di saponificazione è anche una via sintetica di acidi carbossilici e alcoli che non hanno necessariamente a che fare con la glicerina o con i saponi.
Ad esempio, l'idrolisi basica di qualsiasi estere, come il semplice etil acetato, produrrà acido acetico ed etanolo.
Azione solvente di saponi
I sali degli acidi grassi sono solubili in acqua, ma non nello stesso modo in cui gli ioni sono solvatati; cioè circondato da una sfera acquosa. Nel caso dei saponi, le loro catene laterali -R impedisce loro teoricamente di dissolversi in acqua.
Pertanto, per contrastare questa posizione energeticamente scomoda, sono orientati in modo tale che queste catene entrino in contatto, formando un nucleo organico apolare, mentre le teste polari, l'estremità (-COO-Na +), interagiscono con le molecole d'acqua e creare una "armatura polare".
Quanto sopra è illustrato nell'immagine sopra, dove viene mostrato questo tipo di struttura nota come micella.
Le "code nere" corrispondono alle catene idrofobiche, restando intrappolate in un nucleo organico protetto dalle sfere grigie. Queste sfere grigie formano lo scudo polare, le teste -COO- Na +.
Quindi, le micelle sono grappoli (grappoli) dei sali degli acidi grassi. All'interno di questi possono racchiudere il grasso, che è insolubile in acqua a causa del suo carattere apolare.
Come lo fanno? Sia il grasso che le catene -R sono idrofobiche, quindi entrambe hanno una grande affinità l'una per l'altra.
Quando le micelle racchiudono i grassi, l'acqua interagisce con il guscio polare, consentendo la solubilità del sapone. Allo stesso modo, le micelle sono caricate negativamente, causando repulsioni tra di loro e, quindi, generando la dispersione del grasso.
