2020-01-14
316
Одноатомные спирты
Метанол (метиловый спирт, древесный спирт) - прозрачная, бесцветная жидкость, легко смешиваемая с водой, спиртом и эфиром. Это крайне ядовитое вещество в косметике не применяется.
Этанол (этиловый спирт, винный спирт, спирт пищевой) - прозрачная, бесцветная, летучая жидкость, может смешиваться с водой и органическими растворителями, значительно менее ядовит, чем метанол, широко применяется в медицине и косметике в качестве растворителя для биологически активных веществ (эфирных масел, смол, йода и т.д.). Получают этанол в результате брожения веществ, содержащих сахар и крахмал. Процесс брожения происходит за счет ферментов дрожжей. После брожения спирт выделяют путем перегонки. Затем производится очистка от нежелательных веществ-примесей (ректификация). Этанол поступает в аптеки в основном крепостью 96°. Другие смеси этанола с водой содержат 90, 80, 70, 40% спирта. Почти чистый спирт (с очень незначительными примесями воды) называют абсолютным спиртом.
В зависимости от цели применения спирта его ароматизируют различными добавками (эфирными маслами, камфорой). Этанол способствует расширению подкожных капилляров, обладает дезинфицирующим действием.
Туалетная вода для лица может содержать от 0 до 30% спирта, лосьон для волос - около 50%, одеколон - не менее 70%. В состав лавандовой воды входит около 3% эфирного масла. Духи содержат от 12 до 20% эфирных масел и фиксатор, одеколоны - около 9% эфирных масел и немного фиксатора. Изопропанол (изопропиловый спирт) - полноценный и недорогой заменитель этанола, относится к вторичным спиртам. Даже очищенный изопропиловый спирт имеет характерный запах, который не поддается устранению. Дезинфицирующие и обезжиривающие свойства изопропанола сильнее, чем у этилового спирта. Он применяется только наружно, в составе туалетной воды для волос, в фиксаторах и т.п. Водка не должна содержать изопропанол, а в спиртовой настойке на хвойных иголках (хвойный концентрат) допускается его незначительное количество.
Многоатомные спирты
Двухатомные спирты имеют стандартное окончание названия - гликоль. В косметических препаратах в качестве растворителя и увлажнителя применяют пропиленгликоль, обладающий невысокой токсичностью. Двухатомные спирты, или гликоли, по заместительной номенклатуре называют диолами. Трехатомный спирт - глицерин - широко используется в медицине и фарма-цее. По консистенции глицерин похож на сироп, почти без запаха, гигроскопичен, имеет сладкий привкус, растворим во всех других веществах, содержащих ОН-группу, нерастворим в эфире, бензине, хлороформе, в жирных и эфирных маслах. В торговлю поступает 86 - 88%-ный глицерин и обезвоженный 98%-ный глицерин. В разбавленном виде глицерин входит в состав кремов для кожи, туалетной воды для лица, зубных паст, мыла для бритья, геля для рук. Разбавленный в соответствующей пропорции, он смягчает кожу, делает ее эластичной, заменяя естественный фактор влажности кожи. В чистом виде в препаратах для ухода за кожей не применяется, поскольку пересушивает ее.
Сорбит- разновидность виноградного сахара, в соединении с водой образует сладковатую вязкую жидкость, которая может быть использовано как заменитель глицерина. Сорбит обладает способностью сохранять влажность кожи, поэтому входит в состав увлажняющих кремов, кремов для бритья, зубных пост и других косметических препаратов.
5. Производные спиртов – эфиры и кетоны:
КЕТОНЫ, органические соединения, в молекулах которых содержится карбонильная группа
связанная с двумя одинаковыми или разными углеводородными радикалами. Общая формула кетонов: 
, где R и R' - углеводородные радикалы. Простейший алифатический кетон - ацетон один из ароматических кетонов - ацетофенон, а примером циклического кетона является циклогексанон
Большинство кетонов - бесцветные жидкости с приятным запахом. Молекулы кетонов не способны образовывать водородные связи, поэтому температуры кипения и плавления кетонов значительно ниже, чем соответствующих вторичных спиртов. Низшие кетоны растворяются в воде.
По химическим свойствам кетоны подобны альдегидам, но менее реакционноспособны.
Двойная связь С=О в кетонах поляризована (электронная плотность смещена к атому кислорода в силу его большей электроотрицательности), поэтому для кетонов характерны реакции присоединения по карбонильной группе. Например, присоединяя водород, кетоны восстанавливаются в спирты по схеме:
А реакция присоединения синильной кислоты, приводящая к нитрилам, имеет важное значение в органической химии, поскольку позволяет изменить углеродный скелет молекулы
Вследствие поляризации двойной связи в молекуле кетонов поляризуется и связь С-Н в ме-тиленовой группе СЩ, непосредственно связанной с карбонильной группой; подвижность протона метиленовой группы увеличивается. Результатом чего является способность кетонов к кето-енольной таутомерии, приводящей к равновесию кетон-енол, например:
Подвижность протонов определяет и возможность протекания реакций конденсации с участием кетонов.
При окислении изопропанола образуется известный растворитель ацетон, он применяется при производстве лаков и смывки для ногтей. В косметике часто используют заменители кетона, так как он не обладает обезжиривающим эффектом. При окислении второго С-атома глицерина получают окисленный кетон (дигидроксиацетон):
Дигидроксиацетон реагирует с белками и аминокислотами рогового слоя эпидермиса, вызывая окрашивание кожи, похожее на загар. Усиления образования пигмента меланина не происходит. Этот загар устойчив к воде и в полной мере соответствует натуральному загару. Он абсолютно не опасен! 5%-ный дигидроксиацетон (ДНА) вводится в масляные и водные эмульсии ДНА. Не может быть использован как средство от загара, так как не обладает фильтрующей способностью по отношению к ультрафиолетовым лучам.
ЭФИРЫ
Простые эфиры
Это органические вещества, молекулы которых состоят из углеводородных радикалов, соединенных атомом кислорода R - О - R.
Сложные эфиры
Это вещества, имеющие общую формулу: О
R - С - OR, где R и R'- углеводородные радикалы.
Сложный эфир образуется из спирта или фенола и карбоновых кислот с выделением воды в присутствии серной кислоты. В название входит часть названия спирта и часть названия кислоты (например, сложный эфир уксусной кислоты и амилового спирта - амилацетат). Известный сложный эфир фенола - аспирин (фенол + ацетилсалициловая кислота). Простейшими эфира ми являются фруктовые эфиры, или эссенции, названные так из-за своего легкого фруктового запаха. Они используются для производства лака и жидкости для снятия лака, как растворители в технике и как ароматизаторы при производстве пищевых продуктов.
Натуральные животные и растительные жиры представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина с различными жирными кислотами. Например, кукурузное масло содержит триглицерид ненасыщенной линолевой кислоты (до 48%), масло какао - триглицериды насыщенных стеариновой (до 25%) и пальмитиновой (34%) кислот. Сложные эфиры жирных кислот и высокомолекулярных спиртов - полусинтетические жироподоб-ные вещества (изопропилмиристат, диизопропиладипат, бутилстеарат, изопропилпальмитат), которые легко эмульгируются, что позволяет получать маловязкие эмульсии. Они легко впитываются в кожу, не оставляя ощущения липкости и жирности. Используются для полной или частичной замены животных и растительных масел в средствах для ухода зо кожей и волосами, как растворители или смягчающие средства в лаках для ногтей. Другие сложные эфиры жирных кислот - известные эмульгаторы - драгил, цетиол, кремофор.
Лецитин. Лецитин (фосфатидилхолин) - фосфолипид, сложный эфир глицерина с фосфорилилхолином и двумя остатками жирных кислот, из которых одна ненасыщенная. Содержится во всех клетках, преимущественно в биологических мембранах. Лецитин экстрагируют из соевых, бобов и арахиса. Много лецитина содержится в яичном желтке. Животный и растительный лецитин используют как добавки в кремы (в качестве эмульгатора) для кожи, в туалетную воду, лечебные препараты и аэрозоли для волос и т.д.
Пурцелин. Это масляный или твердый, воскообразный сложный эфир, образованный вытяжкой жира из желез водоплавающих птиц. Он имеет высокую степень реагирования, хорошо переносится кожей, используется в косметических препаратах.
Органические кислоты
Карбоновая кислота – представитель предельных одноосновных кислот.
Карбоновыми кислотами называются органические вещества, в состав которых входит карбоксильная группа или в упрощенной записи - СООН. Карбоксильная группа состоит из соединенных карбонильной и гидроксильной групп, что определило ее название.
В карбоновых кислотах карбоксильная группа соединена с углеводородным радикалом R, поэтому в общем виде формулу карбоновой кислоты можно записать так: R-СООН.
В карбоновых кислотах карбоксильная группа может быть соединена с различными углеводородными радикалами ~- предельными, непредельными, ароматическими. В связи с этим выделяют предельные, непредельные и ароматические карбоновые кислоты, например:
В зависимости от числа карбоксильных групп, содержащихся в молекулах карбоновых кислот, различают одноосновные и двухосновные кислоты, например:
атом углерод кислота спирт липиды
Одноосновные кислоты называют также монокарбоновыми, а двухосновные – дикарбоновыми кислотами.
Общая формула членов гомологического ряда предельных одноосновных карболовых кислот СnН2n-1СООН, где п = 0, 1, 2, 3..
Номенклатура.
Названия карбоновых кислот по заместительной номенклатуре строят из названия соответствующего алкана с добавлением окончания -овая и слова «кислота». Если углеродная цепь разветвленная, то в начале названия кислоты записывают заместитель с указанием его положения в цепи Нумерацию атомов углерода в цепи начинают с углерода карбоксильной группы.
Примеры:
Некоторые предельные одноосновные кислоты:
Для некоторых членов гомологического ряда предельных карбоновых кислот применяют тривиальные названия, приведены формулы некоторых предельных одноосновных кислот и их названия по заместительной номенклатуре и тривиальные названия.
Изомеры. Начиная с бутановой кислоты С3Н7СООН9 члены гомологического ряда предельных одноосновных кислот имеют изомеры. Их изомерия обусловлена разветвленностыо углеродной цепи углеводородных радикалов. Так, бутановая кислота имеет следующие два изомера (в скобках записано тривиальное название).
Формуле С4Н9СООН соответствуют четыре изомерные карбоновые кислоты:
Свойства, Кислоты гомологического ряда с нормальным -v строением от муравьиной до> С8Н17СООН (нонановой кислоты) при обычных условиях ~ бесцветные жидкости, имеющие резкий запах. Высшие члены ряда, начиная с С.9Н19СООН, - твердые вещества. Муравьиная, уксусная и продионовая кислоты хорошо растворимы в воде, смешиваются с ней в любых отношениях. Другие жидкие кислоты ограниченно растворимы в воде. Твердые кислоты в воде практически нерастворимы.
Особенности химических свойств карбоновых кислот обусловлены сильным взаимным влиянием карбонильной С-О и гидроксильной О-Н групп.
В карбоксильной группе связь между углеродом и карбонильным кислородом сильнополярна.. Однако положительный заряд на атоме углерода частично уменьшается в результате притяжения электронов атома кислорода гидроксильной группы. Поэтому в карбоновых кислотах карбонильный углерод менее склонён к взаимодействию с нуклеофильными частицами чем в альдегидах и кетонах.
С другой стороны, под влиянием карбонильной группы усиливается полярность связи О-Н за счет смещения электронной плотности от кислорода к атому углерода. Все указанные особенности* карбоксильной группы -можно проиллюстрировать следующей схемой:
Рассмотренный характер электронного строения карбоксильной группы обусловливает относительную легкость отрыва водорода этой группы. Поэтому у карбоновых кислот хорошо выражены кислотные свойства. F безводном' состоянии и особенно в водных растворах карбоновые кислоты диссоциируют на ионы;
Кислый характер растворов карбоновых кислот можно установить с помощью индикаторов. Карбоновые кислоты являются слабыми электролитами, причем сила карбоновых кислот уменьшается с увеличением молекулярной массы кислоты.
Наиболее часто встречающиеся жирные кислоты:
· пальмитиновая CH3(CH2)14COOH,
· стеариновая СН3(СН2)16СООН,
· олеиновая СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН,
· линолевая СНз(СН2)4(СН=СНСН2)2(СН2)6СООН,
· линоленовая СН3СН2(СН=СНСН2)3(СН2)6СООН,
· арахидоноваяСН3(СН2)4(СН=СНСН2)4(СН2)2СООН,
· арахиновая СН3(СН2)18СООН и некоторые другие кислоты.
Муравьиная кислота. Это легкоподвижная, бесцветная жидкость с исключительно резким запахом, которая смешивается с водой в любых пропорциях, очень едкая, вызывающая волдыри на коже. Она применяется в качестве консерванта. Уксусная кислота. Обладает теми же свойствами, что и муравьиная. Концентрированная уксусная кислота затвердевает при 17°С, превращаясь в массу, похожую на лед. Ее используют при изготовлении уксусно-кислого глинозема, в качестве добавки в лосьон для бритья, а также при производстве ароматических веществ и растворителей (смывка для лака - амилацетат). Бензойная кислота. Имеет кристаллические иголочки без цвета и запаха. Она плохо растворяется в воде и легко - в этаноле и эфире. Это известное средство для консервации. Обычно применяется в виде натриевой соли как противомикробное и фунгицидное средство.
Молочная кислота. В концентрированном виде обладает кератолитическим действием. В увлажняющих кремах используют натриевую соль молочной кислоты, которая благодаря своим гигроскопическим свойствам оказывает хорошее увлажняющее воздействие, а также отбеливает кожу. Винная кислота. Состоит из бесцветных прозрачных кристаллов или представляет собой кристаллический порошок с приятным кислым вкусом. Она легко растворяется в воде и этаноле. Ее используют в соли для ванн, а также в ополаскивателях для волос после применения лака.
Тиомолочная кислота. Это молочная кислота, в которой один атом кислорода замещен атомом серы.
Масляная кислота. Это жидкость без цвета и запаха, растворимая только в органических растворителях (бензине, бензоле, тетрахлоруглероде). В свободном виде масляная кислота в косметике не употребляется, она является составляющим элементом мыла и шампуней.
Сорбиновая кислота. Эта твердая, белая, многократно ненасыщенная жирная кислота, трудно растворимая в холодной воде и легка растворимая в спирте или эфире. Ее соли и эфиры абсолютно нетоксичны, они используются как консерванты в продуктах питания и косметических средствах. Линолевая, линоленовая, арахидоновая кислаты. Эссенциальные (незаменимые) ненасыщенные жирные кислоты, которые не синтезируются в организме. Комплекс этих кислот называют витамином Г. Их физиалогическая роль заключается в следующем: - нормализация уровня холестерина в крови; - участие в синтезе простангландинов; - оптимизация функций биологических мембран; - участие в липидном обмене кожи. Они входят в состав эпидермальных липидов, образуя строго организованные липидные структуры (пласты) в роговом слое эпидермиса, которые обеспечивают его барьерные функции. При недостатке незаменимых жирных кислот происходит их замена на насыщенные. Например, замена линолевой кислоты на пальмитинавую приводит к дезорганизаци липидных пластов, в эпидермисе образуются участки, лишенные липидов и, следовательно, проницаемые для микраарганизмов и химических агентов. Эссенциальные жирные кислоты содержатся в масле семян кукурузы, пщеницы, сои, льна, кунжуга, арахиса, миндаля, подсолнечника.
Мыла
МЫЛА, соли высших жирных кислот с числом углеродных атомов от 12 до 18, обладающие поверхностно-активными свойствами. Различают мыла растворимые в воде и нерастворимые. Растворимые мыла содержат катион щелочного металла: натрия, реже калия. Поэтому их называют щелочными мылами. Эти мыла получают щелочным гидролизом жиров, например:
Водорастворимые мыла обладают наиболее сильным моющим действием и получили наибольшее распространение.
Мыла с катионами кальция, магния, алюминия и др. в воде не растворяются; называют их «металлическими» мылами. Эти мыла получают обычно по реакции обмена между щелочными мылами и солями соответствующих металлов. Металлические мыла используют как загустители пластических смазок, ускорители высыхания лакокрасочных материалов и пр.
В промышленности в качестве исходных веществ для получения натриевого щелочного мыла применяют животные жиры (сало низких сортов), растительные масла (хлопковое, пальмовое, кокосовое и др.), гидрогенизированные жиры, а также жирозаменители (например, синтетические жирные кислоты, канифоль). При нагревании сырья с гидроксидом натрия образуется густой раствор - «мыльный клей», содержащий глицерин и соли жирных кислот. При охлаждении раствор затвердевает и превращается в т. наз. клеевое мыло, используемое для хозяйственных и технических нужд (содержание основного вещества - 40-55%).
Мыла получают также, используя высшие углеводороды нефти - парафин. Парафин окисляют до карбоновых кислот (смесь), выделяют из смеси нужные кислоты и действием соды Na2CO3 переводят их в натриевую соль.
Как соли сильных оснований и слабых кислот, мыла в водных растворах подвергаются гидролизу, например:
поэтому растворы мыла имеют щелочную реакцию.
Мыла обладают особыми поверхностно-активными свойствами, поэтому в растворах они проявляют моющее действие. В жесткой воде моющее действие мыла слабое. Это обусловлено взаимодействием их с ионами кальция, приводящим к образованию малорастворимых солей:
В кислой среде мыла разлагаются с образованием высших карбоновых кислот.
Мыла применяются не только как моющие средства. Они являются компонентами смазок, реагентами для флотации.
Мыла плохо моют в жесткой воде. Поэтому развивается производство синтетических моющих средств (СМС). СМС – соли кислых сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты:
Жёсткость воды обычно определяют титрованием щелочным раствором комплексного соединения трилона Б. По количественному содержанию ионов Са2+ и Mg2+ природную воду различают как очень мягкую (концентрация этих ионов до 30 мг/л), мягкую (30-80 мг/л), средней жёсткости (80-150 мг/л), жёсткую (150-250 мг/л) и очень жёсткую (свыше 250 мг/л). Особенно большой жёсткостью отличается вода морей и океанов. В океанах средняя концентрация в воде ионов кальция 450 мг/л, магния -1290 мг/л и общая - 1740 мг/л. Напротив, многие воды северных рек и рек, имеющих ледниковое питание, очень мягки. Вода для хозяйственных нужд и для питья - водопроводная вода - имеет концентрацию ионов Са и Mg не более 170 мг/л.
В жёсткой воде растворённые в ней соли при нагревании и испарении воды образуют в паровых котлах, отопительных приборах и на стенках металлической посуды слой накипи, который плохо проводит теплоту. Для удаления накипи приходится применять специальные вещества - антинакипины- гл. обр. органические кислоты, например адипиновую НООС(СН2)4СООН и щавелевую НООССООН, растворяющие накипь.
При стирке или мытье в жёсткой воде требуется повышенный расход мыла, поскольку часть мыла (а это калиевая соль стеариновой кислоты С47Н35СООК) расходуется на связывание ионов Са2+ и Mg2+ и осаждается в виде нерастворимых солей:
2С17Н35СОО + Са2+ - (С17Н35СОО)2Са 2С17Н35СОСГ + Mg2+ = (C17H35COO)2Mg
Мыльная пена образуется лишь после полного осаждения этих ионов.
В воде с высокой кальциевой жёсткостью плохо развариваются овощи и мясо, т. к. катионы Са2+ с белками пищевых продуктов образуют нерастворимые соединения. Большая магниевая жёсткость (как в морской воде) придаёт воде горький привкус и оказывает послабляющее действие на кишечник.
Очень жёсткую воду перед употреблением умягчают, обрабатывая её, например, смесью гашёной извести и соды. При этом известь устраняет карбонатную жёсткость:
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О
Mg(HCO3)2 + 2Са(ОН)2 = Mg(OH)2 + 2СаСО3 + 2Н2О,
а сода - некарбонатную жёсткость, например:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4
Кроме мыла разработаны другие моющие средства -синтетические моющие средства. Их производят без использования такого важного пищевого сырья, как жиры.
Использование мыла
Мыла - типичные поверхностно-активные вещества, и все их полезные для человека качества - следствие их поверхностной активности. Грязь удерживается на ткани тонким слоем жиров и масел, которые должны быть удалены. Мыла обладают моющими свойствами, посколь ку способны эмульгировать жиры и масла, т. е. переводить их в мельчайшие капельки, которые смачиваются водой. Эмульгирующие свойства моющих веществ связаны с наличием в их молекулах одновременно гидрофильных (имеющих сродство к воде) и гидрофобных (имеющих сродство к неполярной фазе, например к липидам -жирам и маслам) групп. Гидрофильными свойствами обладает полярный фрагмент СОО~, а углеводородная цепь является гидрофобной группой. При мытье загрязнённой ткани молекулы мыла окружают капли жира или масла, так что гидрофобные группы оказываются «растворёнными» в масле, а гидрофильные - в воде. Образуется мицелла, которая уносится с током воды (рисунок). Поскольку поверхности всех мицелл заряжены отрицательно, мицеллы не слипаются.
Липиды (жиры)
