3.5.1: Élelmiszerek - zsírok és cukrok égetése vagy anyagcseréje

  • Közreműködött: Ed Vitz, John W. Moore, Justin Shorb, Xavier Prat-Resina, Tim Wendorff és Adam Hahn
  • ChemPRIME a Chemical Education digitális könyvtárában (ChemEd DL)

A zsírok kalóriaértéke körülbelül 9 Cal/g, míg a szénhidrátok (cukrok vagy keményítők) és fehérjék esetében körülbelül 4 Cal/g [1], tehát egy teáskanál cukor csak körülbelül 20 kalória, de egy teáskanál olaj körülbelül 45 kalória. Testünk a zsírokat hosszú távon, nagy energiánként gramm energiaforrásként tárolja, míg a cukrok gyorsan metabolizálódhatnak, de ne adjon annyi energiát grammonként. Az energia felszabadul, ha mindegyik metabolizálódik, és ugyanannyi energiát ad, mint a levegőben történő égés.

élelmiszerek

Zsírok és olajok

A növényi zsírok és olajok mind trigliceridek, amelyek 3 hosszú szénláncú glicerint () tartalmaznak "zsírsavak" észter kapcsolatokon keresztül kapcsolódnak, az alábbi ábra szerint. A tényleges alakot a Jmol modell mutatja, amelyet egérrel el lehet forgatni. A triglicerideket "zsíroknak" nevezzük, ha azok szilárdak vagy félszilárdak, és "olajoknak", amikor folyékonyak.

Triglicerid, teljes mértékben telítetlen, bal oldalán a glicerin "gerincvel", telített palmitinsavval, egyszeresen telítetlen olajsavval és többszörösen telítetlen alfa-linolénsavval. A szénatomok a szerkezet minden egyes kanyarulatában vannak, a hidrogénatomok pedig el vannak hagyva.

A hosszú láncú zsírsavak lehetnek telített hidrogénatomokkal, ebben az esetben mindegyiküknek egyetlen kötése van, mint az ábra felső zsírsavjában (ami a palmitinsav). Ha kevesebb hidrogénatomjuk van, akkor azok vannak telítetlen és kettős kötéseik vannak, mint az ábrán látható középső zsírsav (amely olajsav). Az alsó zsírsav az többszörösen telítetlen, több kettős kötéssel (ez a linolénsav). Különböző étolajok ismert koncentrációjú telített és telítetlen zsírsavakat tartalmaznak.

Szénhidrátok

A szénhidrátok egyszerű cukoregységekből állnak. Az alább látható szacharóz (közönséges asztali cukor) molekula glükóz és fruktóz "monoszacharidokból" készül.

Szacharóz, C12H22O11 (C-atomok mindegyik kanyarban vannak, H-atomok nincsenek feltüntetve)

Annak kulcsa, hogy a zsírok miért meghaladják a cukrok kalóriaértékének kétszeresét, az égési reakciókból származnak:

Tipikus cukorégetési reakció a

Minden 6 mol C-hoz 6 mol O2 szükséges, 1: 1 arányban. Mivel a szacharóz moláris tömege 180 g/mol, grammra körülbelül 0,033 mol O2 szükséges.

Míg egy tipikus zsírégetés lehet

Minden 56 mol C-hoz 80 mol O2 szükséges, 1,42: 1 arányban. Vagy mivel a bemutatott zsír moláris tömege 878 g/mol, grammra körülbelül 0,091 mol O2 szükséges. A zsírégetéshez sokkal több oxigén szükséges, következésképpen több energiát termel. Miért látjuk, miért nézzük meg a zsírok és cukrok C: O mólarányát:

A fenti zsírban,

(9,3: 1 arány). Vagy a cukorért,
(1: 1 arány).

Mivel a cukor már jobban oxigénes, égetése során kevesebb energiát termel.

Másképp nézve a szén, amely reagál az oxigénnel és az égés során energiát szabadít fel, a zsír nagyobb része:

Zsírban: vagy 56 mol C/877,5 g C56H108O6 = 0,064 mol C/g zsír.

Cukorban: vagy 6 mol C/180 g C6H12O6 = 0,033 mol C/g zsír.

Az alábbiakban láthatjuk, hogy ezek az arányok lehetővé teszik számunkra a zsír, cukor vagy bármely más vegyület kémiai képletének meghatározását.

Az egyenletek helyett képletekből származtatott sztöchiometriai arányok vesznek részt a csak C, H és O vegyületeket tartalmazó vegyületek empirikus képleteinek meghatározására szolgáló legáltalánosabb eljárásban. Az elemezendő anyag lemért mennyiségét egy égésterékbe helyezzük, és száraz O2 áram. A vegyületben lévő összes H átalakul H2O-vá (g), amely szelektíven csapdába esik egy előzőleg lemért abszorpciós csőben. Az összes C szén-dioxiddá alakul (g), és ez szelektíven abszorbeálódik egy második csőben. Az egyes csövek tömegének növekedése megmondja, hogy mennyi H2O és CO2 keletkezett a minta elégetésével

1. példa 1000 g zsírmintát égettek el egy égésterületen, így 2,784 g CO2 és 1,140 g H2O keletkezett. Határozza meg a zsír empirikus képletét.

Megoldás Tudnunk kell a mintában a C, a H és az O mennyiségét. Ezek aránya adja meg a képletben szereplő előfizetéseket. Az első kettőt a CO2 és a H2O tömegéből nyerhetjük a moláris tömeg és a sztöchiometrikus arányok felhasználásával.

Így

A vegyület oxigént is tartalmazhat. Annak megállapításához, hogy ez megtörténik-e, számítsa ki a C és H tömegét, és vonja le a minta teljes tömegéből

Így 1000 g mintánk van - 0,7598 g C - 0,1275 g H = 0,1112 g O, és az elemek aszkorbinsavban lévő mennyiségének aránya tehát

Mivel nC:nH:nO értéke 9 mol C: 18 mol H: 1 mol O, az empirikus képlet C9H18O1.

Mivel a legtöbb zsírban 3 zsírsav van kötve a glicerinhez, mindegyik "észter" kötésben 2 oxxgen atom található, a molekula képlete valószínűleg C54H108O6. Ez a molekula tartalmazná a 3 szén-glicerin gerincet, a 3 zsírsavlánc megosztaná a fennmaradó 51 szénatomot, és átlagos hosszúsága 51/3 = 17 szénatom lesz.

2. példa 6,49 mg aszkorbinsav (C-vitamin) mintát égettek el egy égési vonatban. 9,74 mg CO2 és 2,64 mg víz képződik. Határozza meg az aszkorbinsav empirikus képletét!.

Megoldás Tudnunk kell a mintában a C, a H és az O mennyiségét. Ezek aránya adja meg a képletben szereplő előfizetéseket. Az első kettő a CO2 és a H2O tömegéből nyerhető a moláris tömeg és a sztöchiometrikus arányok felhasználásával

Így

A vegyület oxigént is tartalmazhat. Annak megállapításához, hogy ez megtörténik-e, számítsa ki a C és H tömegét, és vonja le a minta teljes tömegéből

Így 6,49 mg mintánk van - 2,65 mg C - 0,295 mg H = 3,54 mg O, és az elemek aszkorbinsavban lévő mennyiségének aránya ezért

Mivel nC:nH:nO értéke 3 mol C: 4 mol H: 3 mol O, az empirikus képlet C3H4O3.

Az L-aszkorbinsav aszkorbinsav 3D-s ábrázolása | méret = 300

Hivatkozások

  1. ↑ Wolke, R.L. "Amit Einstein mondott a szakácsának", W.W. Norton & Co., NY, 2002., 65. o

Közreműködők és hozzárendelések

Ed Vitz (Kutztowni Egyetem), John W. Moore (UW-Madison), Justin Shorb (Hope College), Xavier Prat-Resina (University of Minnesota Rochester), Tim Wendorff és Adam Hahn.