Universidad de Concepción Facultad de Química Departamento de Química Orgánica

“Grasas y Aceites”

Docente: Mónica Pérez Rivera Alumnos: Carmina Alfaro Chat Simón Cáceres Beltrán Juan Hernández Tapia Valentina Jorquera Briones Daniela Toloza Torres Carrera: Tecnología Médica Fecha: Jueves 30 septiembre 2010

INTRODUCCIÓN

En nuestra vida cotidiana, nos encontramos en constante interacción con diversos tipos de compuestos que

se encuentran formando parte de la materia viva o inerte. En particular, la materia viva está formada por las

llamadas biomoléculas, parte de los compuestos orgánicos. Éstas, se caracterizan por poseer principalmente

carbono en su estructura (como todo compuesto orgánico) además de hidrogeno, oxígeno y nitrógeno, presentes

en menor cantidad, y en algunas ocasiones elementos como fósforo y azufre.

Tanto la presencia o ausencia de ciertos elementos y grupos funcionales, como su ordenamiento y

disposición espacial, le confieren a cada tipo de biomolécula propiedades químicas y físicas características, que su

vez, son las responsables de sus distintas funciones, sobre todo a nivel biológico.

Entre las biomoléculas se encuentran los Carbohidratos, Proteínas, Ácidos Nucleicos y Lípidos. Es en estos

últimos donde se enfocará primeramente y de forma general el presente documento, para más tarde centrarse

específicamente en dos de los varios compuestos presentes dentro de la clasificación de los Lípidos: Grasas y

Aceites

I. GENERALIDADES DE LÍPIDOS

Los Lípidos son compuestos orgánicos, formados principalmente de carbono, hidrógeno y oxígeno (en

cantidades menores). En algunas ocasiones poseen fósforo, azufre o nitrógeno. Se diferencian de otras

biomoléculas, por no formar polímeros, ya que no poseen compuestos monoméricos.

Existen varias clases de Lípidos y, por ende, distintas categorías (referencia, mapa anterior). Por lo general,

se clasifican según su estructura molecular, el número de átomos que poseen, saturaciones o instauraciones,

presencia de ácidos grasos y/o propiedades físicas o químicas.

La diferencia de estado de la materia existente en los lípidos está dada, en general, por las insaturaciones o

saturaciones de los enlaces de la cadena hidrocarbonada; los lípidos que reciben el nombre de Grasas se

encuentran en estado sólido a temperatura ambiente y tienen cadena saturada, en cambio, los Aceites presentan

insaturaciones y se encuentran en estado líquido.

Dada su diversidad, la característica común que presentan los Lípidos está dada por la Solubilidad: son

Insolubles en agua (hidrófobos) y Solubles en compuestos (solventes) orgánicos como éter, cloroformo y

benceno.

Estas biomoléculas desempeñan, por lo general, función de reserva energética, estructural y hormonal

(hormonas lipídicas).

II. GRASAS Y ACEITES

2.1 TRIGLICÉRIDOS

Si bien las grasas y los aceites tienen básicamente la misma estructura, su principal diferencia radica en

que las grasas son sólidas y los aceites líquidos a temperatura ambiente. No obstante, ambos son triésteres del

glicerol y reciben el nombre de Triglicéridos. (Esquema 2) Hay dos tipos de triglicéridos: triglicéridos simples; en

los cuales los tres ácidos grasos son idénticos; y triglicéridos mixtos, que poseen más de un tipo de ácido graso.

(Esquema 1)

Esquema 1.

Las grasas o los aceites no sólo consisten en triglicéridos sencillos, sino que en una mezcla compleja de

ellos. Es por ésta razón que la composición de una grasa o de un aceite generalmente se expresa en términos de

porcentaje de los diferentes ácidos que se re-obtienen por saponificación (tema tratado más adelante).

Por otra parte, la razón por la cual los triglicéridos presentan diferentes estados a la misma temperatura es a

causa de su composición: los aceites contienen un porcentaje mucho mayor de ácidos grasos insaturados que las

grasas. Por ejemplo, la mayoría de los aceites vegetales producen, por hidrólisis, alrededor de un 80% de aceites

insaturados, y las grasas animales producen un 50% de estos aceites.

Ácidos grasos y glicerol

Los ácidos grasos son ácidos orgánicos (ácidos carboxílicos) con una larga cadena alifática con más de

12 carbonos. Cada átomo de carbono se une al siguiente y al precedente por medio de un enlace covalente

sencillo o doble. Al átomo de su extremo le quedan libres tres enlaces que son ocupados por átomos de hidrógeno.

Su forma general es R–COOH (Esquema 3 *) donde el radical R es una cadena alquílica larga. La mayoría de los

ácidos grasos naturales posee un número par de átomos de carbono, esto se debe a que son biosintetizados a partir

de acetato (CH3CO2-), el cual posee dos átomos de carbono.

Por su parte el glicerol (Esquema 3 **) o propanotriol es un alcohol con tres grupos hidroxilos (–OH). El

propanotriol es uno de los principales productos de la degradación digestiva de los lípidos, paso previo para el

ciclo de Krebs. Se produce también como un producto intermedio de la fermentación alcohólica.

2.2 PROPIEDADES FÍSICAS

Una de las características físicas más importantes en las grasas y aceites es la viscosidad. Esta se debe a

que sus moléculas de glicéridos se ordenan en largas cadenas. El grado de viscosidad de un aceite depende de su

Estructura básica de un Triglicérido

Esquema 2.

Esquema 3.

*

**

saturación y del peso molecular de sus ácidos grasos, así un aceite disminuye su viscosidad cuando aumenta su

grado de instauración y cuando está compuesto por ácidos grasos de bajo peso molecular.

La densidad de los aceites aumenta en las grasas y aceites en estado líquido cuando su grado de

insaturación aumenta, y disminuye además cuando su peso molecular es más bajo.

Los puntos de fusión de los ácidos insaturados son bastantes menores que los correspondientes a los ácidos

saturados. Si se comparan, por ejemplo, los puntos de fusión del ácido esteárico y del ácido oleico, su diferencia

estructural es únicamente un doble enlace; a mayor cantidad de dobles enlace en el residuo de ácidos grasos del

triéster, menor será el punto de fusión.

La explicación para este efecto que causa la saturación o insaturación sobre el punto de fusión resulta

evidente si se analizan las estructuras moleculares. Las largas cadenas saturadas están por completo extendidas en

conformaciones escalonadas, por lo que se pueden acomodar en forma muy irregular (acomodo cristalino). Es por

esto que los triglicéridos saturados generalmente son sólidos a temperatura ambiente. La presencia de un doble

enlace en una cadena impide que las moléculas se alineen

correctamente en un acomodo cristalino , por lo tanto será un

líquido. A mayor cantidad de dobles enlaces, habrá mayor desorden en

las estructura de la molécula, y el punto de fusión será menor.

2.3 REACCIONES QUÍMICAS

2.3.1 Grasas como fuentes de ácidos y alcoholes

En la hidrólisis de grasa en condiciones ácidas se liberan una

mezcla de ácidos carboxílicos, como por ejemplo en el tratamiento de jabones sódicos con ácido mineral. En los

últimos años se ha desarrollado la destilación fraccionada de mezclas de ácidos carboxílicos con fines

comerciales, llegando a obtener ácidos carboxílicos de una pureza por sobre el 90%.

Hay veces en que las grasas se convierten en ésteres metílicos de ácidos carboxílicos por transesterificación

(Esquema 4), por ejemplo en el tratamiento de glicéridos con metanol en presencia de un catalizador básico o ácido,

formando glicerol y una mezcla de metil ésteres. Esta mezcla puede ser separada por destilación fraccionada en

ésteres individuales que luego pueden hidrolizarse para obtener ácidos carboxílicos de alta pureza. Así las grasas

son una fuente de ácidos de cadenas rectas con un número par de carbonos.

Alternativamente se puede reducir estos

ésteres metílicos (mezclas o

individuales) a través de catalizadores

Equema 4. Transesterificación

Dipalmitooleato de gliceril (aceite)

Esquema 5. Hidrogenación de aceites

para obtener alcoholes primarios de cadena rectas con un número par de carbonos que pueden transformarse en

una multitud de compuestos.

2.3.2 Esterificación e hidrólisis

La reacción contraria a la hidrólisis recibe el nombre de

esterificación, en donde los ácidos carboxílicos reaccionan con

alcoholes para formar ésteres, bajo la acción de un catalizador

ácido, dando lugar a un enlace éster y agua. La diferencia

fundamental de estas dos reacciones radica en sus

desplazamientos. En el caso de la esterificación, se usa un

exceso de alcohol, y en la hidrólisis, se utiliza un exceso de

agua con un líquido miscible, para poder generar lo propuesto.

2.3.3 Hidrogenación: Hidrogenación de Aceites Vegetales

El proceso de hidrogenación o endurecimiento se utiliza para cambiar las propiedades tanto físicas como químicas

de los aceites vegetales. Se logra mediante la hidrogenación en presencia de un catalizador de algunos o todos los

dobles enlaces del aceite vegetal en cuestión. Esta saturación de enlaces se traduce en un mayor punto de fusión,

lo que hace que pasen a ser casi sólidos a temperatura ambiente, con una consistencia similar a la mantequilla (de

hecho, es de esa forma como se produce la margarina). Así, el proceso de hidrogenación de aceites vegetales es la

base de una importante industria

alimenticia. El producto

resultante no solo resiste

altas temperaturas para cocinar,

sino que además es menos

propenso a ponerse rancio por

acción del oxígeno y bacterias.

Pero tiene un efecto

indeseable: algunos enlaces dobles cis se isomerizan y pasan a ser enlaces dobles trans, cuya ingestión es

perjudicial para la salud, ya que aumenta el riesgo de enfermedades cardiovasculares.

2.3.3 Saponificación

Las grasas y aceites poseen un enlace éster, el cual es muy difícil de hidrolizar. Pero puede romperse

fácilmente si el lípido se encuentra en

un medio básico.

La Saponificación (proveniente del

latín saponis que significa “jabón”)

corresponde a la hidrólisis alcalina de

las uniones éster de las grasas o

aceites. Esta reacción química tiene

como reactantes una grasa neutra

(ácido graso) y una base fuerte

(generalmente NaOH) disuelta en agua, con los cuales se generará una sal de los ácidos grasos de cadena larga, y

la sal correspondiente de la base que es un alcohol.

Este proceso químico permite formar a partir de una grasa o un aceite, jabón, nombre común utilizado

para denominar la sal del ácido graso. Además, la sal correspondiente del álcali, permite obtener una sustancia

ventajosa económicamente como lo es la Glicerina.

Mecanism

o de

saponifica

ción de un

éster

El ión

hidróxido ataca al grupo carbonilo para formar un intermedio tetrahédrico, a su vez, la eliminación del ión

alcóxido permite que se forme el ácido y gracias a una rápida trasferencia de protones muy exotérmica, se forman

un ión carboxilato y un alcohol. La energía liberada permite que se complete la saponificación.

2.4 JABONES Y DETERGENTES

Los Jabones se componen de dos partes, una lipófila (o hidrófoba), y otra, denominada hidrófila . Las

cadenas alquílicas que conforman la zona hidófoba tienden a reunirse y ocupar un espacio común (atracción

H2

cal

Grasa Neutra Base Fuerte Alcohol Grasa Neutra Base Fuerte Alcohol Jabón

H2

cal

Esquema 6. Reacción General de Saponificación

mutua por fuerzas de London y su tendencia a evitar contacto con el solvente polar) formando un centro

hidrofóbico, al mismo tiempo los grupos carboxilatos del extremo hidrofílico se orientan hacia el exterior acuoso,

formando una capa esférica. En síntesis, se forma un agregado esferoidal denominado Micela.

Este ordenamiento que toman las cadenas hidrocarbonadas y sus extremos polares reduce la tensión

superficial del agua y es lo que le permite, por ejemplo, penetrar en los tejidos. En cuanto al efecto limpiador, éste

lo confiere la disolución de las grasas, aceites o materiales insolubles en la parte lipófila de las micelas (interior).

A los jabones se les considera como agentes Tensoactivos o Surfactantes, ya que, disminuyen la tensión

superficial del agua u otra solución acuosa, emulsionan y dispersan aceites y grasas (por su disposición con

centro hidrofóbico y capa externa hidrofílica).

Detergentes:

El mismo principio de “limpieza” con el que actúan los jabones, lo utilizan los detergentes (Esquema 11),

ésta es una acción emulsionante (cola lipófíla se une a la gota de grasa, la rodea y los extremos polares solubles en

agua quedan hacia afuera haciendo posible la dispersión de la grasa en solución) (Esquema 10). El problema con

los jabones es, que forman sales insolubles con los iones calcio, magnesio y hierro (las conocidas “costras” de

bañeras). Dichos iones están generalmente presentes en el agua dura. Este problema se soluciona agregando

fosfato a los jabones. Los fosfatos forman complejos solubles con los iones metálicos y evitan así que el jabón

forme sales insolubles. Sin embargo, es uso de fosfatos ha causado problemas medioambientales. Otra solución,

Estructura básica de un Jabón (estearato de sodio)

Esquema 10.

Micela

Esquema 11. Estructura básica de un detergente

R

SO3 Na Terminal hidrofóbico

Terminal hidrofílico

Esquema9.

consiste en desarrollar sindets más efectivos, que, al igual que los jabones presentan un extremo de cadena larga

lipófila (apolar), y extremo hidrófilo (polar). Sin embargo, éste último o debe formar sales insolubles en agua

dura. Un detergente con dichas características se fabrica a partir de la hidrogenólisis (separación del enlace C-X

(X = O, S, N) mediante H2 para dar dos enlaces C-H y H-X) de una grasa o aceite, para obtener un alcohol de

cadena larga. Este alcohol de cadena larga se trata con ácido sulfúrico para obtener un sulfato ácido de alquilo,

que más tarde se neutraliza con una base. El producto es una sal (sódica, en este caso), que presenta una cadena

alquílica recta (extremo lipófilo) y un extremo polar hidrófilo que le confiere al compuesto características de

detergente aniónico. El proceso descrito anteriormente se muestra en el siguiente esquema. (Esquema 12)

Detergentes y medio ambiente:

- Uso de Fosfatos en detergentes y jabones: Gracias a su uso indiscriminado en la elaboración de detergentes,

hoy en día se pueden encontrar considerables cantidades de fosfato en ríos y corrientes subterráneas. Al ser

fertilizantes, los fosfatos inducen el crecimiento de plantas al punto de que agotan el oxígeno disuelto en ella,

causando muerte de peces y otros seres vivos.

- Los detergentes como alcanosulfonatos (RSO3- Na+) o sulfatos de alquilo (ROSO3- Na+), provocan

contaminación en ríos y lagos, ya que, las ramificaciones de las cadenas alquílicas los hacen NO

biodegradables. Los microorganismos empleados en el tratamiento de las aguas solos degradan compuestos de

cadena no ramificada. Tomando en cuenta esto, es que hoy en día se producen detergentes Biodegradables, que

contienen cadenas alquílicas rectas, análogas a las de las grasas naturales, que las bacterias en plantas de

tratamiento sí pueden metabolizar.

Esquema 12.

Elaboración de detergente o

sindet

CONCLUSIÓN

Las diversas características tanto químicas como físicas de las grasas, aceites y sus derivados no sólo nos

han permitido facilitar ciertas tareas cotidianas, sino que además, son parte importante del desarrollo de la vida, al

punto de ser vitales. De forma general, grasas y aceites constituyen una muy buena reserva energética en los seres

vivos además de cumplir funciones estructurales, como es el caso de los fosfolípidos y el colesterol, los cuales

forman las membranas en células animales.

A su vez, en otros ámbitos, se pueden utilizar el proceso de transesterificación para obtener energía en

forma del combustible biodiesel y glicerina para la industria cosmética; aportan en la línea nutricional con gran

variedad de productos, pudiendo mejorar características fisicoquímicas de algunos de ellos mediante la

hidrogenación; desde hace 3000 años nos sirve también para la higiene personal y de utensilios, mediante la

utilización de jabón (cuya fabricación se basa en la saponificación de grasas) y detergente, entre otras

aplicaciones.

Para saber cómo es que las grasas y aceites han aportado a nuestro vivir y a nuestro entorno, es que en el

presente trabajo se ha tratado a estos lípidos desde el punto de vista estructural, conociendo su unidad básica

como lo es un triglicérido, para entender sus propiedades tanto físicas como químicas. También se han presentado

las reacciones más importantes con el fin de familiarizarnos aún más con las grasas y aceites, para comprobar sus

propiedades y explicar algunos procesos que ocurren. Como por ejemplo, conocer que la saturación de ácidos

grasos, presentes en muchos alimentos es perjudicial para la salud, puesto que sus enlaces trans no le son naturales

al cuerpo; o que algunos jabones no son biodegradables, debido a las cadenas de hidrocarburos ramificadas que no

pueden ser metabolizadas por bacterias.

Conocer la estructura molecular de especies químicas como ácidos y grasas, contribuye enormemente a la

comprensión de su comportamiento y funciones, sobre todo aquellas que relacionan íntimamente con nuestra vida

diaria.

BIBLIOGRAFÍA

� Hart, Harold. (2007). “Química Orgánica”, (12 ed). Madrid: McGraw Hill.

� Morrison,R y Boyd R. (1998). “Química Orgánica”. México: Addison Wesley Longman

� Lehninger, N. (2009). “Principios de bioquímica”. Barcelona: Ediciones Omega

� Yurkanis, P (2007). “Fundamentos de química orgánica”. México: Pearson Educacation

� Allinger, N. (1984). “Química Orgánica”, (2ed). México: Editorial Reverté

� Vollhardt, K ; Schore, N .(2000). “Química Orgánica: Estructura y función”, (3ed). Barcelona: Ediciones

Omega S.A

� Cárdenas, Galo. (2000). “Principios en Química Orgánica: Vol II”. Concepción. Universidad de

Concepción.

� Wade, L.G. (2004). “Química Orgánica”, (5 ed.). España: Pearson Educación