- Reacció de saponificació
- mecanisme
- cinètica
- Substàncies que es poden obtenir per saponificació
- Acció dissolvent dels sabons
- referències
La saponificació és la hidròlisi bàsica d'un èster. Això significa que el èster reacciona amb una base (NaOH o KOH) irreversiblement, produint alcohol i carboxilats de sodi o de potassi. La paraula vol dir "fabricació de sabons" i, de fet, és una de les reaccions químiques més antigues emprades per la humanitat.
En els temps babilònics, amb ajuda de les cendres recollides de les fustes i plantes i els greixos animals, van perfeccionar l'art de la fabricació de sabons. Per què el greix animal? La raó és perquè és rica en trièsters de glicerol (triglicèrids), i les cendres de la fusta són una font de potassi, metall bàsic.
En cas contrari, la reacció prossegueix a un menor rendiment, però prou com per reflectir els seus efectes sobre les pintures i algunes superfícies. Tal és el cas de les pintures a l'oli, on els pigments estan barrejats amb oli (font d'èsters).
Reacció de saponificació
mecanisme
Els èsters posseeixen un grup acil (O = C-R), el qual és susceptible als atacs nucleofílics com l'OH -.
A causa que els àtoms d'oxigen "roben" densitat electrònica a l'àtom de carboni, aquest es troba amb una càrrega parcialment positiva, encara més en el cas dels èsters.
En conseqüència, aquesta càrrega positiva atrau espècies negatives capaços d'aportar electrons a l'àtom de carboni, passant l'atac nucleofílic (la banda esquerra de la imatge). Com a resultat, es forma un intermediari tetraèdric (la segona molècula d'esquerra a dreta).
La càrrega negativa en l'oxigen de l'intermediari tetraèdric és producte d'un OH - circumdant. Després, aquesta càrrega negativa es deslocalitza per originar el grup carbonil, "obligant" llavors al fet que es trenqui l'enllaç C-OR '. Així mateix, aquesta deslocalització produeix un àcid carboxílic RCOOH i un ió alcòxid R'O -.
Finalment, com el mitjà de la reacció és bàsic, el alcòxid desprotona una molècula d'aigua i l'àcid carboxílic reacciona amb un altre OH - de l'mitjà, generant els productes de la saponificació.
cinètica
La velocitat de la reacció de saponificació és proporcional a les concentracions dels reactius. En altres paraules, augmentant bé sigui la concentració de l'èster (RCOOR ') o de la base (NaOH), la reacció transcorrerà a major velocitat.
Això també es tradueix de la següent forma: la velocitat de saponificació és de primer ordre respecte a l'èster, i de primer ordre respecte a la base. L'anterior pot ser expressat amb la següent equació matemàtica:
Velocitat = k
On k és la constant o coeficient de velocitat, el qual varia en funció de la temperatura o pressió; és a dir, a major calor, més gran és la velocitat de saponificació. Per aquest motiu el medi se sotmet a ebullició.
Com els dos reactius són de primer ordre cinètic, la reacció global és de segon ordre.
En el mecanisme de reacció de la saponificació, la formació de l'intermediari tetraèdric requereix d'l'atac nucleofílic, el qual involucra tant a l'èster com a la base.
Així, la cinètica de segon ordre es reflecteix en aquest fet, a causa que intervenen en el pas determinant (lent) de la reacció.
Substàncies que es poden obtenir per saponificació
Els productes principals de la saponificació són alcohols i sals d'àcids carboxílics. En un medi àcid, s'obtenen els respectius RCOOH, obtinguts per la saponificació dels greixos i els olis, els quals són coneguts com àcids grassos.
D'aquesta manera, els sabons consisteixen en sals dels àcids grassos producte de la saponificació. Surts amb què cations? Poden ser Na +, K +, Mg 2+, Fe 3+, etc.
Aquestes sals són solubles en aigua, però precipita per acció de l'NaCl afegit a la barreja, el qual deshidrata el sabó i el separa de la fase aquosa. La reacció de saponificació per a un triglicèrid és la següent:
La glicerina és la "E" alcohòlica, i el sabó són totes les sals dels àcids grassos resultants. Aquí, cada cadena lateral -R té diferents longituds i grau d'insaturacions. En conseqüència, aquestes cadenes marquen la diferència entre greixos i olis vegetals.
La clau de la fabricació dels sabons descansa llavors en la selecció de les millors greixos i olis, o més específicament, en la selecció de diferents fonts de triglicèrids.
Aquesta massa blanca i sabó pot albergar colorants i altres compostos orgànics en la seva estructura, conferint aromes agradables i colors brillants. D'aquí, el ventall de possibilitats és domat per l'art i la vocació en aquest ofici.
No obstant això, la reacció de saponificació també és una ruta sintètica d'àcids carboxílics i alcohols que no necessàriament tenen a veure amb glicerina o sabons.
Per exemple, la hidròlisi bàsica de qualsevol èster, com el simple acetat d'etil, produirà àcid acètic i etanol.
Acció dissolvent dels sabons
Les sals dels àcids grassos són solubles en aigua, però no de la mateixa manera com els ions són solvatats; és a dir, envoltats d'una esfera aquosa. En el cas dels sabons, les seves cadenes laterals -R els impedeix en teoria dissoldre en aigua.
Per tant, per contrarestar aquesta posició energèticament incòmoda, s'orienten de tal manera que aquestes cadenes entrin en contacte, formant un nucli orgànic apolar, mentre que els caps polars, l'extrem (-COO - Na +), interaccionen amb les molècules de aigua i creen una "cuirassa polar".
L'anterior és il·lustrat en la imatge superior, on es mostra aquest tipus d'estructura coneguda com micel·la.
Les "cues negres" corresponen a les cadenes hidrofòbiques, enmarañándose en un nucli orgànic protegit per les esferes grises. Aquestes esferes grisos conformen la cuirassa polar, els caps -COO - Na +.
Llavors, les micel·les són clúster (aglomeracions) de les sals dels àcids grassos. Dins d'aquestes poden tancar greix, la qual és insoluble en aigua pel seu caràcter apolar.
Com ho fan? Tant el greix com les cadenes -R són hidrofòbiques, de manera que totes dues presenten gran afinitat una per l'altra.
Quan les micel·les tanquen els greixos, l'aigua interactua amb la cuirassa polar, permetent la solubilitat de l'sabó. Així mateix, les micel·les estan carregades negativament, ocasionant repulsions entre si i, per tant, generant la dispersió del greix.
referències
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (03 de octubre del 2017). Saponification Definition and Reaction. Recuperat el 24 d'abril de 2018, de: thoughtco.com
- Francis A. Carey. Química Orgànica. Àcids carboxílics. (Sisena edició., Pàg 863-866). Mc Graw Hill.
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. Organic Chemistry. Lipids (10th edition., Pag 1056-1058). Wiley Plus.
- Wikipedia. (2018). Saponification. Recuperat el 24 d'abril de 2018, de: en.wikipedia.org
- Boyd C. (27 de febrer de 2015). Understand the chemistry and history of soap. Recuperat el 24 d'abril de 2018, de: chemservice.com
- Luca Laghi. (27 de març de 2007). Saponification. Recuperat el 24 d'abril de 2018, de: commons.wikimedia.org
- Amanda Crochet. (12 de maig de 2015). Micelle (Grayscale). Recuperat el 24 d'abril de 2018, de: commons.wikimedia.org