Analytik von Fetten (Expertenwissen)

Analytik von Fetten (Expertenwissen) Übung

• Nenne Vorversuche zum Nachweis von Fetten.

  Tipps

  Beim Salat machen schwimmt das Öl immer auf der wässrigen Phase!

  Fette hinterlassen auf der Kleidung immer Flecken.

  Lösung

  Fette sind eine Klasse von organischen Verbindungen, die sich aus dem Glycerin aufbauen, welches mit 3 Fettsäuren verestert wurde. Die Fettsäuren bestimmen merklich die Eigenschaften von dem Fett:

  • Durch die langen Alkylketten ist ein Fett, wie ein Alkan, eine unpolare Verbindung, die sich nicht in Wasser löst. Diese Eigenschaft ist eine Bedingung für mehrere Nachweise. Nur deswegen können Fettflecken aus der Kleidung oder auf Papier nicht nur durch Waschen mit Wasser entfernt werden. Durch Zusatz von Seife können die Fette in Lösung gebracht werden (Emulgator).

  • Viele Fette enthalten in ihren Fettsäureresten Doppelbindungen, diese können durch Zusatz von Kaliumpermanganat oder Brom nachgewiesen werden. Beide Substanzen können an die Doppelbindung addieren, wobei die Lösung wieder entfärbt wird (Bishydroxylierung, Halogenierung).

  • Bei Zusatz von Sudan-III-Lösung verfäbt sich die Fettlösung orange, weil dieser Stoff fettlöslich ist.

• Bestimme Kennzahlen und deren Aussage.

  Tipps

  Die Verseifungszahl dient zur Untersuchung der mittleren Kettenlänge.

  Eine Verseifung ist die Rückreaktion der Veresterung, d.h. die Bildung von Glycerin und Fettsäuren aus einem Fett.

  Die Peroxid-Zahl ist ein Maß für die Verdorbenheit der Fette.

  Lösung

  Fettkennzahlen dienen zur Charakterisierung von fetthaltigen Substanzen wie Speiseöl oder Butter. Es gibt viele Methoden und Kennzahlen für die Fette, weil eine analytische Bestimmung einzelner Triglyceride analytisch zu aufwendig wäre.

  Die häufigsten fünf Kennzahlen umfassen:

  • Verseifungszahl: Diese liefert eine Aussage über die mittlere Kettenlänge der Fettsäuren, die an das Glycerin gebunden sind.

  • Reichert-Meissl-Zahl: Diese Kennzahl ist sehr aufwendig zu bestimmen, da dafür abdestillierte Fettsäuren benötigt werden. Sie dient zur Analyse von kurzkettigen Alkylresten der Fettsäuren (5 bis 12 Kohlenstoffatome).

  • Iodzahl: Iod kann als Halogen sehr leicht an eine Doppelbindung unter Ausbildung einer vicinalen Halogenverbindung addieren. Die Iodzahl gibt damit eine Auskunft über die Zahl der Doppelbindungen (ungesättigte Fettsäuren).

  • Peroxidzahl: Wenn Fette altern, lagern sie Sauerstoff aus der Luft an, der zur Bildung von Peroxiden führt. Diese reagieren weiter zu giftigen Aldehyden und Ketonen. Durch die gezielte Addition von Sauerstoff und die Ausbildung von Hydroperoxiden ist die PZ ein Maß für die Verdorbenheit von einem Fett.

  • Säurezahl: Durch die Säurezahl kann bestimmt werden, ob die Fettsäure eine weitere Carboxygruppe enthält.

• Interpretiere die folgenden Verseifungszahlen.

  Tipps

  $d_0$ = mittlere Kettenlänge.

  Lösung

  Die Verseifungszahl (VZ) gibt an, wie viel Kalilauge (mg) für die Verseifung von 1000 mg Fett benötigt werden. Die Verseifungszahl ist umgekehrt proportional zur mittleren Kettenlänge, d.h. umso größer die Verseifungszahl ist, desto kleiner ist die mittlere Kettenlänge.

  Kokosfett hat mit 270 eine 1,8 mal größere Verseifungszahl als das Rinderfett (150), deswegen ist die mittlere Kettenlänge vom Kokosfett 1,8 mal kleiner als die vom Rinderfett. Daran lässt sich erkennen, dass das Rinderfett anteilmäßig betrachtet mehr Kohlenstoffatome trägt, d.h. ein größeres Kohlenstoffgerüst hat.

• Bestimme die Anzahl der Doppelbindungen aus der Iodzahl.

  Tipps

  Die Iodzahl gibt die Masse an Iod an, die zur Umsetzung von 100 g Fett benötigt werden.

  Lösung

  Die Iodzahl gibt Auskunft über die Anzahl der Doppelbindungen in einem Fett. Die IZ beschreibt die Masse an Iod [g], die für 100 g Fett verbraucht wird:

  Fett:

  • Molare Masse (M): 1088,1 $\frac{g}{mol}$
  • Masse (m): 100 g
  • Stoffmenge (n): 0,0919 mol

  Iod:

  • Molare Masse (M): 253,81 $\frac{g}{mol}$
  • Masse (m): 140 g
  • Stoffmenge (n): 0,5516 mol

  Aus dem Verhältnis der Stoffmengen kann die Anzahl der Doppelbindungen (Z) bestimmt werden:

  • $Z = \frac{n({I_2})}{n(Fett)} = \frac{0,5516~mol}{0,0919~mol} = 6$

  Ab einer Iodzahl von 125 handelt es sich um Öle, d.h. flüssige Fette. Ursache dafür ist, dass die Schmelzbereiche mit zunehmender Anzahl der Doppelbindungen abnehmen.

• Erkläre den Nachweis von Doppelbindungen mit Brom.

  Tipps

  Die Reaktion muss unter Lichtausschluss stattfinden, da sich sonst Bromradikale bilden!

  Unter Lichtausschluss addiert Brom an die Doppelbindung.

  Lösung

  Die Addition von Brom an Alkene ist ein wichtiger Nachweis für das Vohandensein von Doppelbindungen. Der Versuch kann visuell sehr schön beobachtet werden Das rotbraune Bromwasser wird zu dem Fett gegeben. Wenn dieses ungesättigt ist, entfärbt sich die Bromlösung spontan wie von Geisterhand. Doch was ist die Ursache?

  Wenn sich das Brom-Molekül dem Alken nähert, so wird die Bindung im Brom polarisiert. Die positivierte Seite des Broms kann nun elektrophil an die Doppelbindung angreifen, dabei bildet sich ein cyclisches, sogenanntes „Bromonium-Ion“. Nach Umlagerung kann das Bromid-Ion erneut an dem Alken am benachbarten Kohlenstoffatom angreifen. Die Verbindung wird bromiert. Das entstandene Halogenalkan ist farblos.

  Im Gegensatz zu der radikalischen Methode wird dabei kein HBr frei, deswegen muss die Reaktion auch unter Lichtausschluss stattfinden, da sonst diese Nebenreaktion eintritt.

• Identifziere die gesuchte Strukturformel vom Fett.

  Tipps

  Die Iodzahl für die Verbindung beträgt: $IZ =86$

  Bei der Reaktion mit Kalilauge wird das Fett verseift.

  basische Esterhydrolyse

  Lösung

  Um eine mögliche Strukturformel zu ermitteln, sind zwei wichtige Angaben gemacht. Zum einen addiert 1 mol der Verbindung 3 mol Brom, d.h. es sind Doppelbindungen vorhanden. Außerdem entstehen bei der Hydrolyse drei verschiedene Salze mit der gleichen Kohlenstoffanzahl.

  • Aus der Angabe der Molverhältnisse lässt sich erkennen, dass ein Fettmolekül insgesamt drei Doppelbindungen enthalten muss. Wer das nachrechnen möchte, kann wie bei der Iodzahl rechnen, die molare Masse der Verbindung liegt bei ca. $885 \frac{g}{mol}$, sofern keine weiteren Heteroatome außer den Esterbindungen eingebaut sind. Für diesen Fall liegt die Iodzahl bei 86. Dies führt zu einer Doppelbindungsanzahl von 3.

  • Aus der Angabe mit den 57 Kohlenstoffatomen werden zunächst drei abgezogen, da diese zum Polyalkohol Glycerin gehören. Die Restlichen werden zu gleichen Anteilen aufgeteilt, d.h. jede Kette trägt noch 18 Kohlenstoffatome.

  Jetzt kann eine Strukturformel mit insgesamt 3 Doppelbindungen, Glycerin und esterverknüpften Octadecansäuren aufgebaut werden. Da über andere Atome keine Auskunft gemacht wurde, können in der Kette auch Verzweigungen vorliegen oder es sind noch weitere Sauerstoffatome, neben denen aus der Esterbindung, eingebaut.