油脂は、エステルです。まず、それを強調したい。だから当然、アルコール(グリセリン)とカルボン酸(高級脂肪酸)でできてるわけです。
◆油脂の構成
～グリセリン～
グリセリンは、-OHを3つももってるアルコールです。今まで-OHが1つのアルコールばっかだったからなじみがないでしょう。でも3つあったってアルコールであることには変わりません。こいつが油脂の「骨組み」になります。つまりこの後に説明する高級脂肪酸を”結びつける”働きをしています。
～高級脂肪酸～
この仰々しい名前のおかげでイメージが湧きにくいんだよね。これって単なるカルボン酸なんです。ギ酸や酢酸と同じ仲間。ただ、炭化水素基の部分(R-COOHのRの部分ね。)がすっごく長い。だから、「高級」と呼びましょうと。「高級」ってのは別に僕たちの感覚でいう「希少な・高価な」ではないんです。ただ、Cの数が多いからそう呼ぶだけなんです。で、「脂肪酸」も「カルボン酸」って言えばいいのにこう呼ぶわけです。まずこのことをしっかり頭に入れてください。何度も言うけど、高級脂肪酸は単なるカルボン酸にすぎない！
H-COOH(ギ酸)
CH3-COOH(酢酸)
CH3-CH2-COOH(プロビオン酸)
これらは「低級脂肪酸」。Cの数が少ないから。それに対して、
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH(パルミチン酸)
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH(ステアリン酸)
とても長いでしょ。Cがいっぱいある。だから「高級」脂肪酸というわけです。
で、頻出の高級脂肪酸の分子式はなるべく覚えておいたほうがいい。結局下図の5つなんだけど、構造式は大変だから覚える必要はない。分子式を確実にかけるようにしましょう。
|
名称
|
分子式
|
C=C二重結合の数
|
|
パルミチン酸
|
C15H31COOH
|
0
|
|
ステアリン酸
|
C17H35COOH
|
0
|
|
オレイン酸
|
C17H33COOH
|
1
|
|
リノール酸
|
C17H31COOH
|
2
|
|
リノレン酸
|
C17H29COOH
|
3
|
もちろんこれ以外の高級脂肪酸が出ない保障はありませんが、ほとんどこの5つから出てくるから、まずはこれらの分子式とC=C二重結合の数を覚えてください。C=Cの数は、ヨウ素価の計算をする際に超重要なんで絶対に覚えること！丸暗記しなくても、分子式からの構造決定の話を応用すれば判断できます。たとえば、パルミチン酸C15H31COOHとステアリン酸C17H35COOHはCnH2n+1COOH型(COOHをHに代えればアルカン！)だから二重結合が0ですよね。オレイン酸C17H33COOHはCnH2n-1COOH型(COOHをHに代えればアルケン！)だから二重結合が1つ。忘れたらこの方法で判断してください。
～油 脂～
グリセリンの3つの-OHのところに、3つの高級脂肪酸がエステル結合することでくっついて、油脂が完成。油脂は、3つのエステル結合をもっているわけです。そしてエステル結合をつくるから、当然3つのH2Oが生じることになる。もし、1種類の高級脂肪酸で生成したなら、分子式はC3H5(OCOR)3と表せます。
以上のことを頭に入れた上で、この範囲のメインである「けん化価」と「ヨウ素価」について説明しましょう。これらは、定義に従いさえすれば、絶対に出せます。
◆けん化価
油脂は、何度も言いますけど、エステルです。だから塩基性物質で加水分解されます。これを特に「けん化」と呼んでいます。
加水分解でよく使われる塩基性物質といえばNaOHなんですが、なぜか油脂の加水分解ではKOHを使います。ですから、けん化価では必ずKOHだと覚えてください。
けん化価＝油脂1gを完全に加水分解するのに必要なKOHのミリグラム数(mg)
C3H5(OCOR)3 で表せる分子式Mの油脂のけん化価を求めてみましょう。
(1) 「油脂1g」のmolを出しましょう。これは、1/M(mol)と表せる。
(2) これに反応するKOHのmolは？3つのエステル結合があるから、1/M×3(mol)と表せる。
(3) これを物質量(mol)から質量(g)に変換するために、KOHの式量をかける。1/M×3×56(g)
(4) 単位をg→mgに変換するために、1000をかける。1/M×3×56×1000(mg)
結果として、(けん化価)＝1/M×3×56×1000で出せる。
ここで知っておいてほしいことが2つ。
(A) 上の式を丸暗記するよりも、式の作り方の方を暗記すること。
(B) けん化価は、それ自身を出すよりもむしろ、分子量を求めるための手段として使われることが多い。
これをしっかりと頭の中に入れといてください。
～セッケン～
僕らの知ってるあの「石鹸」と確かに関係あります。これが石鹸の原料になるわけですが、それだと問題を解く際に使えません。
構造式を見ればわかるようにこれは単なるカルボン酸塩です。酸性である高級脂肪酸と塩基性のKOHとが反応して塩RCOOKを生じる。これが「セッケン」です。
◆ヨウ素価
ヨウ素価＝油脂100gに付加することのできるI2のグラム数(g)
油脂中のRにC=Cが存在するときがあります。たとえば、オレイン酸のみで油脂ができてるときは脂肪酸1つずつに二重結合が1つあるので、油脂1分子には1×3=3つ存在することになる。では、ステアリン酸とオレイン酸が1対2のときは？ステアリン酸にはC=C結合は全く存在しません。ですから、油脂と1分子中に結局、1×2=2つということになる。油脂1分子中に何コのC=C結合があるのかをちゃんと求められるかどうかが、ヨウ素価の決め手になります。
ちなみに、油脂中に含まれるC=Cの数が多いほど、ヨウ素価は大きくなるということがわかりますよね。
またヨウ素価は、逆に油脂中のC=C二重結合数を求める手段として使われることが多いです。
では、リノール酸のみ含まれる油脂C3H5(OCOC17H31)3のヨウ素価を求めてみましょう。
まず、分子量を求めましょう。12×3＋1×5＋(12×18＋1×31＋16×2)×3=878
油脂100gのmolは、100/878(mol)と表せる。
この後が、一番重要。油脂1分子中に、C=Cの数が何コあるか。ヨウ素がこのC=Cに付加するんだからこの数がわからない限り、ヨウ素価を求めることができない。
今回は、リノール酸のトリグリセリド(3つのリノール酸がエステル結合している油脂のこと)なので、
油脂1分子中には、C=C結合は2×3=6コ！
と計算できる。リノール酸がC=C結合を2つもっていることはすぐにわからないといけません。
結局、付加できるヨウ素のmolは、100/878×6(mol)と計算できる。
後はこれを物質量(mol)から質量(g)に直せばいい。ヨウ素の分子量は、127×2=254なので、100/878×6×254=173.5・・よって、ヨウ素価は174と求めることができる。
けん化価とヨウ素価は、しっかりと区別できるようにしといてください。特に一番気をつけてほしいのは、
a. 油脂1g or 100gか。
b. ミリグラム数(mg) or グラム数(g)か。
の2点。小さい方(1g-mg)がけん化価、大きい方(100g-g)がヨウ素価と、それぞれセットにして覚えてみましょう。