化学与生活

橄榄油的主要成分【谈谈组成脂肪的分子以及脂和油的区别】

本文来自Chem-Station日文版【解ければ化学者】オリーブオイルの主成分はどれ?【脂肪の素ってどんな分子? そして脂と油の差は?】

翻译作者 炸鸡 校对 Sum

首先,问你个问题!

作为橄榄油的主要成分的油酸,它的分子构造是怎样的呢?

答案马上揭晓,但在这之前,我想告诉你,如果直接把答案放在问题的正下方,有可能会从看到的答案中凭直觉误判答案,所以我们先暂停一下。为了那些看了问题中的分子结构还不明白的人,我先来解释一下这个锯齿状的化学结构。可以看到在这个锯齿状结构中,弯曲的部分和顶端的部分代表C原子,并没有表示出和C元素结合的H原子。

此外,以前的文章的最后也有详细的解说 。如果通过这篇文章,你觉得「仔细观察分子结构是件多么有趣的事啊」的话,请你一定要点开链接阅读详细的解说。(之前文章的题目为:维生素C是什么)

接下来我们开始正式的解答环节了。

作为橄榄油的主要成分的油酸,它的分子构造是怎样的呢?

答案:第三项那条长长的含有碳碳不饱和键的碳分子链。 接下来做个练习,请选出符合上述描述的分子,选项分别为1:乙酸,2:亚磷酸,3:油酸,4:咖啡因。

这个问题的答案是:3。接下来,我们按照

  1. 具有的COOH结构的长碳分子链叫做“脂肪酸”
  2. 分子的尺寸越大,化合物越容易固化
  3. 当脂肪酸具有双键结构时,熔点会有降低的倾向

的顺序来说明这种链状结构的特点。

具有的COOH结构的长碳分子链叫做“脂肪酸”

怎么看起来化学物质的名字都很神秘?

首先我们还要从化学物质的分类说起。最近,像食品这类商品的主要成分开始在外包装上进行标明,比如,表示味道的“谷氨酸”,有安眠,缓解焦虑效果的GABA,即“γ-氨基丁酸”等等。但是,那些化学物质的名字可能会听起来很神秘。但实际上,这里有一套已经确定了的命名规则,如果是化学家的话,仅看名字就能预想到化学物质的一部分化学结构。

这次的问题是油酸。名字末尾的“酸”毫无疑问是酸性-碱性的酸。对酸的定义还有很多很多,这里我们把在水溶液中,能给出H+的物质叫作酸。

COOH的酸性起源

从下列1-3所列举的物质中,都可以看到它们有COOH结构。

这个COOH基团正是分子酸性的由来。比如,化合物1叫做醋酸,如果它溶解在水中则显酸性。说是这么说,但是我们平常生活怎么表现出它的酸性的呢? 实际上,从“醋”酸这个名字上来看,醋酸里面含有醋。醋是酸的,所以醋酸的酸性就来自醋的酸味。

让我们回到一般的有机化合物。对于有COOH这样结构的有机化合物,我们把“C元素”和“酸”结合在一起,组成它的名字“羧酸”

作为酸性的来源的H原子只有COOH中的氢原子吗?

有时是这样的。大多数有机物是由C元素和H元素组成。尽管许多有机化合物中都含有氢原子,但只有一部分有机化合物会显示酸性。为什么会这样呢。事实上,有的氢原子是不容易变成氢离子的。通常,脱掉与其结合的氢核,放出氢离子的碳原子是非常少的。从另一个方面来说,和氧原子结合的氢原子比较容易变成离子。实际上,这就是为什么用锯齿状的结构式来表示分子非常方便。总的来说,和碳原子结合的氢原子书写时可以省略,这些氢原子不会影响化合物的性质。不影响化学物质的性质的局部结构可以省略。

拥有长碳链的碳素酸就是脂肪酸
具有COOH结构的一类物质,可以被归类到羧酸一类,其中有着长碳链的羧酸被称为脂肪酸。在分子结构中,末端结构连接着COOH的一长串的结构里,都不含有氧元素。这意味着那一整条碳链都不能被氧化。换句话说,以后要是氧化那条碳链的话就需要消耗能量。在生活中的体现就是“如果要燃烧脂肪(即氧化)就要消耗大量的能量”。通过脂肪酸这个名字,我们不难知道脂肪酸是脂肪的构成要素。

分子的尺寸越大,化合物越容易固化

我们现在知道了有着长碳链的羧酸是油,那么剩下的2个选项呢。实际上,解开这个问题的关键在于我们要认识到油酸是液状的油。

一般来说,化合物分子越大,它的熔点也越高。也就是说,大分子化合物,大多数情况下常温下呈固体状。 这是因为随着分子越来越大,因分子之间相互接触而产生相互吸引力的面积会越来越大,分子之间相互移动也变得越来越困难。总之就是分子运动被抑制了,化合物就很容易形成固体。

当脂肪酸具有双键结构时,熔点会有降低的倾向

但是,橄榄油不是液体吗?根据之前的解释“脂肪酸有着长碳链”,感觉油应该是固体才对。

实际上,即使分子很大,如果两个碳原子之间形成双键,碳链就会曲折,化合物在常温下也会以液体形式存在。为什么会这样呢,事实很简单。分子以固体形式存在时,会发生结晶化,结晶化的时候,分子必须要整齐地排列。如果这个时候,脂肪酸的碳链中有一对碳原子之间形成双键,会发生什么呢?我们用炸猪排串来举例说明下吧。一个签子串起来的的炸猪排,可以绕着竹签来回旋转,但是,两个签子串起来的串(例如烤鳗鱼)就没法自由旋。

同样的道理,有着碳碳双键的分子因为被牢牢地固定住了所以很难旋转。这样的结果是,像C选项中的分子那样,因为碳链的不饱和键而被弯曲,被固定的分子很难整齐地排列。总之,固体很难发生结晶化,即使在室温下也是以液体形式存在。

如果碳原子之间只有单键(即碳链为饱和链),碳链就可以旋转,碳链呈直线状,没有发生折叠弯曲的现象,那么分子之间相互接触的几率就会大大增加,同时,分子也可以整齐地排列。这个结果就是,在接近室温的温度下,化合物会变成固体。

因此,作为液状油的橄榄油,其主要成分也是一种脂肪酸(有着长碳链的羧酸),不同的是这种脂肪酸的碳链内部有能使碳链发生弯曲的碳-碳双键。

你明白了吗?这次的问题,即便我们不知道橄榄油的主要成分是油酸及油酸分子的结构,运用化学知识也能解决这个问题。对于不了解化学的人来说,化学的结构式可能看起来只是一个图画,但化学家能从化学结构式中读取到各种各种的信息呢。虽然记忆一个个化学知识是非常繁琐痛苦的,但在积累到一定程度,我想你会发现化学的魅力所在。希望通过这次的化学谜题,能让更多的人觉得“化学原来这么有趣啊”,鼓励更多人在Chem-station投稿更多关于化学的各种问题。

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