Experimentalvortrag Öle und Fette Philipps-Universität Marburg Fachbereich Chemie Felix von Lehmden

1. ExperimentalvortragÖle und FettePhilipps-Universität MarburgFachbereich ChemieFelix von Lehmden

2. Inhalt • 1 Einleitung • 2 Struktur • 3 Anwendungen • 4 Schulrelevanz

3. 1 Einleitung • Fette und fette Öle werden seit der Steinzeit gewonnen • ⇒ aus Pflanzensamen (Auspressen) • ⇒ von Tieren (Ausschmelzen aus Gewebe) • Hoher Brennwert von Fetten Die Ernährungspyramide *Quelle: Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V.

4. 1 Einleitung • Essentielle Fettsäuren müssen durch die Nahrung • aufgenommen werden: • Linolsäure [18:2 (9, 12)] • Linolensäure [18:3 (9, 12, 15)]

5. 1 Einleitung • Ernährungswandel: Fettreiche • Lebensmittel sind weit verbreitet • und preisgünstig • Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung: • Nicht mehr als 80 g (Mann) bzw. 60 g (Frau) Fett pro Tag • 19,4 % der erwachsenen Deutschen sind übergewichtig* • Aber: Fett ist nicht gleich Fett! *Quelle: WHO „Trends in the development and prevalence of obesity in Germany between 1985 and 2002“ (2003)

6. Versuch 1: Bestimmung der Iodzahl

7. Bestimmung der Iodzahl • Iodzahl ≙ Masse Halogen, die an 100 g einer Probe • angelagert wird (bezogen auf Iod) • Keine Unterscheidung zwischen einfach und mehrfach • ungesättigten Fettsäuren • Direkte oder indirekte Methode

8. Verfahren nach Margosches • Addition von Iod an eine Doppelbindung - +

9. Verfahren nach Margosches • Bruttoreaktion • Reduktion von Iod mit Na2S2O3(aq)-Lösung

10. Verfahren nach Margosches • Indikator: Stärke (Einschluss von Polyiodid (I3-, I5-) in Amylose) • Charge-Transfer-Komplex: Elektronen werden verschoben • (Donor ⇒ Akzeptor) • Licht regt Elektronen an • ⇒ Rest des Spektrums • (Farbeindruck)

11. Bestimmung der Iodzahl • Zahlreiche Verfahren stehen zur Verfügung • DIN-Methode: Verfahren nach Wijs (Interhalogene) • Schule: Direkttitration nach Winkler • Indirektes Verfahren nach M. Margosches

12. 2 Struktur

13. 2 Struktur • Beeinflussung der Fetteigenschaften durch ⇒ Kettenlänge ⇒ Anzahl der Doppelbindungen gleichlang und gesättigt unterschiedlich lang und ungesättigt

14. 2 Struktur • Fette / fette Öle sind Triacylglyceride • (1,2,3-Propantriolester) • „Fett“ ≙ fest bei RT; p = 1 atm • „Fettes Öl“ ≙ flüssig bei RT; p = 1 atm • Struktur eines Triacylglycerids • Kohlenwasserstoffketten R1-3 unterschiedlicher Länge • (8 – 12 Kohlenstoffatome ≙ mittlere Fettsäuren • > 12 Kohlenstoffatome ≙ höhere Fettsäuren)

15. 2 Struktur • Einige Fettsäuren: Smp. (°C) • - Caprinsäure (C10) 31,0 • - Palmitinsäure (C16) 62,8 • - Stearinsäure (C18) 69,6 • - Ölsäure (C18:1) 16,0

16. Versuch 2:Verseifung von Olivenöl

17. Verseifung von Olivenöl

18. Verseifung von Olivenöl • Glycerin Fettsäureanionen

19. Verseifung von Olivenöl • Nachweis von Glycerin als Kupfer(II)-Komplex: Tris-propantriolato-tricuprat(II)-anion (tiefblau)

20. Geschichte der Seife • Seifenherstellung zuerst bei Sumerern • ⇒ Vermengung von Pflanzenasche (K2CO3) • und fetten Ölen (ca. 2500 v.Chr.) • Reinigung der Haut mit Seife 200 n.Chr. • Marseilles als wichtigstes Zentrum der • Seifenherstellung in der Neuzeit Abb.1:Tontafel der Sumerer (Waschanleitung) Abb.2: Seifensiederei (17. Jhd.)

21. Versuch 3: Wirkung von Seife

22. Wirkung von Seife in 4 Schritten • 1 Benetzen der Oberfläche 2 Vermindern der Haftung • 4 Schmutz solvatisieren 3 Ablösen des Schmutzes

23. 3 Anwendungen

24. 3. Anwendungen: 1) Streichfett • Bis in das 20. Jhd.: Butter und Schmalz als Streichfette • Entwicklung der Hydrierung durch Wilhelm Normann (1902) • unter Nickel-Katalyse ⇒ pflanzliches Streichfett • Heute: Margarine-Verbrauch bei 9 kg pro Kopf und Jahr • (Butter (2001): 6,5 kg)* Quelle: www.milchindustrie.de

25. Demonstration 1: Herstellung von Margarine

26. Margarine • „Ein bei einer Temperatur von 20°C fest bleibendes, streich- • fähiges Erzeugnis in Form einer festen, plastischen Emulsion, • überwiegend nach dem Typ Wasser in Öl [...]“ • (EG-Streichfettverordnung) • Emulgator: Lecithin • (gr. lekithos; Eidotter) Lecithin (Phosphatidylcholin)

27. Versuch 4:Zerstörung einer W/O-Emulsion

28. Zerstörung einer W/O-Emulsion • Von emulgere (lat.) = ausmelken • Palmin: Schmelzen / Erstarren • Margarine: Emulsion Erhitzen: Wasser verdampft Abkühlen: Unvollständige Emulgation • Praxisbezug: Siedeverzüge beim Braten mit Margarine / Butter • (Wassergehalt von Margarine ca. 20%) Ölphase Wassertropfen

29. 3. Anwendungen: 2) Ricinusöl • Stachelige Früchte der Ricinusstaude (ricinus communis) • Ricinusöl besteht zu 80-85% aus dem • Triacylglycerid der Ricinolsäure • Ricinolsäure • Verwendung als Abführmittel (seit 3500 Jahren bekannt) • und in der chemischen Industrie

30. Demonstration 2: Chromatographie von Ricinusöl

31. Chromatographie von Ricinusöl • In der Literatur findet sich folgende Einteilung: • Aber: Ricinolsäure enthält Hydroxylgruppen! • ⇒ Erhöhung der Polarität • ⇒ weniger ausgeprägte WW mit unpolarem LM • ⇒ kein „typisches“ Triacylglycerid Chromatogramm

32. Versuch 5: Polyester auf Ricinusöl-Basis

33. Polyester auf Ricinusöl-Basis Nucleophile Substitution (Additions-Eliminierungs-Rkt.) Adipinsäuredichlorid Ricinusöl tetraedrisches Zwischenprodukt

34. Polyester auf Ricinusöl-Basis • Reaktionsprodukt: Festes ungesättigtes Polyesterharz (UP) • Anwendung: Formmassen (Behälter, Karosserien, etc.) • Eigenschaften: • ⇒ Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit • ⇒ Wasserbeständigkeit • ⇒ Geringe Wärmeleitfähigkeit Wohnmobil-Karosserien aus Polyglace®* *Quelle: Rapido Reisemobile

35. Demonstration 3: Reaktivkleben mit Ricinusöl

36. Reaktivkleben mit Ricinusöl Bruttoreaktion: Verwendung: ⇒ Beschichtungsmassen ⇒ Schäume ⇒ Lacke, Klebstoff Diphenylmethan-4,4‘-diisocyanat Ricinusöl Polyurethan PU-Kleber PU-Montageschaum Regenjacke aus PU

37. 4 Schulrelevanz • Sekundarstufe I: Wenig org. Kohlenstoffchemie • „Daher ist es ein Ziel des Chemieunterrichts, [...] Kenntnisse über und Einsichten in [...] die • Verantwortung gegenüber der Natur und • den Schutz der Umwelt zu vermitteln.“ • (Kapitel 2: Didaktische und methodische Grundlagen*) • ⇒ Jahrgangsstufe 10: • „Erdöl und Erdgas als Energieträger und Rohstoffe“ (*Lehrplan des Landes Hessen, Stand: Januar 2002 (Sekundarstufe I) bzw. Januar 2003 (Sekundarstufe II))

38. 4 Schulrelevanz • Sekundarstufe II • Jahrgangsst. 12 + 13 (GK): • „Alkansäuren und ihre Derivate“ (z.B. Verseifung) • „Synthetische Makromoleküle“ • Jahrgangsst. 12 + 13, (LK zus. zu GK): „Polymere mit bes. Eigenschaften“ (z.B. Klebstoffe) „Nachwachsende Rohstoffe“ (z.B. Biodiesel) Wahlthema „Angewandte Chemie“ (LK/GK): „Grenzflächenaktive Substanzen“ (Tenside, Emulgatoren) „Nahrungsmittel“ (Fette etc.)

39. Ende