Жи́рні кисло́ти — органічні сполуки, що складаються з вуглецевого ланцюжка, довжиною до 24 атомів вуглецю з карбоксильною групою (-СООН) на одному кінці.
Загальні відомості
Ковалентні зв'язки між атомами вуглецю можуть бути одинарними або подвійними. Коли створюються подвійні зв'язки, атоми вуглецю мають один, а не два атоми водню. Ланцюжки з одинарним зв'язком мають максимальну кількість атомів водню, тому вони називаються насиченими. Ланцюжки з одним подвійним зв'язком називаються ненасиченими, а двома і більше (як правило розташовані в молекулі через одну групу CH2) — поліненасиченими. Вони також розрізняються за кількістю атомів вуглецю в ланцюзі, а у випадку ненасичених кислот — за положенням і конформацією (як правило більшість природних кислот перебувають у цис-конформації). Умовно жирні кислоти поділяються на нижчі (до семи атомів вуглецю), середні (вісім-дванадцять атомів вуглецю) та вищі (більше 12-ти). Судячи по історичній назві, дані речовини повинні бути компонентами жирів, але на сьогодні цей термін поширюється на значно більшу групу речовин. Жирні кислоти входять до складу складних ліпідів, які відіграють значну роль у біології клітини.
Карбонові кислоти, починаючи із масляної кислоти (С4), вважаються жирними, хоча жирні кислоти, отримані безпосередньо із тваринних жирів, мають в основному вісім і більше атомів вуглецю (каприлова кислота). Кількість атомів вуглецю в натуральних жирних кислотах — в основному парна, що зумовлене їхнім біосинтезом за участі ацетил-коферменту А.
Велику групу жирних кислот (відомо більш ніж 400, хоча з них найбільш поширені близько 12-ти) знаходять в олії з насіння.
Незамінними жирними кислотами вважаються ті, які не можуть бути синтезованими в організмі. Для людського організму такими кислотами є ті, в яких є хоча б один подвійний зв'язок на відстані більше, ніж дев'ять атомів вуглецю від карбоксильної групи.
Біохімія
Розщеплення Жирні кислоти у вигляді тригліцеридів накопичуються у жирових тканинах. При потребі під дією таких речовин як адреналін, норадреналін, глюкагон и адренокортикотропіна запускається процес ліполізу. Звільнені жирні кислоти виділяються в кровотік, по якому і потрапляються в клітини, яким потрібна енергія. Спочатку за участі АТФ відбувається зв'язування (активація) із коферментом А (КоА). При цьому АТФ гідролізує до АМФ із вивільненням двох молекул залишку неорганічної фосфатної кислоти (Pi).
R-COOH + КоА-SH + АТФ > R-CO-S-КоА + 2Pi + H+ + АМФ
Синтез У рослинному та тваринному організмі жирні кислоти утворюються як продукти вуглеводного та жирового обміну. Синтез жирних кислот відбувається як процес, протилежний розщепленню в цитозолі.
Циркуляція
Травлення і всмоктування Коротко- та середньоланцюгові жирні кислоти всмоктуються напряму в кров через капіляри кишкового тракту і проходять через воротну вену, разом із іншими поживними речовинами. Жирні кислоти із довшими ланцюгами занадто великі, щоб безпосередньо потрапити через малі отвори капілярів кишечника. Замість цього вони поглинаються жирними ворсинками стінок кишечника і наново синтезуються в тригліцериди. Тригліцериди покриваються холестеролом та білками з утворенням хіломікрону. Всередині ворсинки хіломікрони потрапляють в лімфатичні судини. Потім транспортується по лімфатичних судинах до місця, поряд із серцем, де кровоносні артерії та вени найбільші. Там грудний канал і позбувається хіломікрон, які потрапляють до підключених вен. Таким чином тригліцериди транспортуються до місць, в яких є потреба.
Види існування в організмі Жирні кислоти існують в різних формах на різних стадіях циркуляції крові. Вони поглинаються в кишечнику, утворюючи хіломікрони, але в той же час існують і у вигляді ліпопротеїнів низької густини після перетворювання в печінці. При виділенні із адипоцитів жирні кислоти поступають у вільному вигляді в кров.
Розгалужені кислоти Розгалужені карбонові кислоти не відносяться до жирних кислот. Їх можна знайти в деяких ефірних оліях. Так в олії валеріани міститься ізовалеріанова кислота.
Насичені жирні кислоти
Загальна формула: CnH2n+1COOH або CH3-(CH2)n-COOH
Тривіальна назва Систематична назва (IUPAC)Хімічна формулаРаціональна напіврозвернути формулаЗнаходженняТ.пл. pKaМурашина кислота Метанова кислота HCOOH НСООНВиділення залоз мурашок 8 °C3,75Оцтова кислота Етанова кислота CH3COOH CH3COOH Оцет, продукти окислення багатьох р-вин 16,2 °C4,76Пропіонова кислота Пропанова кислотаC2H5COOHCH3(CH2)COOH Живиця −24 °C4,87Масляна кислота Бутанова кислота C3H7COOHCH3(CH2)2COOH Вершкове масло, деревний оцет −8 °C4,82Валеріанова кислота Пентанова кислота C4H9COOH CH3(CH2)3COOH Валеріана (рослина) −35 °C4,84Капронова кислота Гексанова кислота C5H11COOHCH3(CH2)4COOH Нафта −4 °C 4,85Енантова кислота Гептанова кислота C6H13COOH CH3(CH2)5COOH −7,5 °CКаприлова кислота Октанова кислота C7H15COOH CH3(CH2)6COOH 17 °C4,89Пеларгонова кислота Нонанова кислота C8H17COOH CH3(CH2)7COOH 12,5 °C4.96Капринова кислота Деканова кислота C9H19COOHCH3(CH2)8COOH Кокосова олія 31 °CУндецилова кислота Ундеканова кислота С10Н21СООН CH3(CH2)9COOH Лауринова кислота Додеканова кислота С11Н23СООН CH3(CH2)10COOH 43,2 °C — Тридеканова кислота С12Н25СООН CH3(CH2)11COOH Зазвичай міститься у молочних продуктах.Міристинова кислота Тетрадеканова кислота С13Н27СООН CH3(CH2)12COOH Myristica fragrans53,9 °C — Пентадеканова кислота С14Н29СООН CH3(CH2)13COOH 43,2 °CПальмітинова кислота Гексадеканова кислота С15Н31СООН CH3(CH2)14COOH 62,8 °CМаргаринова кислота Гептадеканова кислота С16Н33СООН CH3(CH2)15COOH 61,3 °CСтеаринова кислота Октадеканова кислота С17Н35СООН CH3(CH2)16COOH 69,6 °C — Нонадеканова кислота С18Н37СООН CH3(CH2)17COOH Арахінова кислота Ейкозанова кислота С19Н39СООН CH3(CH2)18COOH 75,4 °C — Генейкозанова кислота С20Н41СООН CH3(CH2)19COOH Бегенова кислота Докозанова кислота С21Н43СООН CH3(CH2)20COOH — Трикозанова кислота С22Н45СООН CH3(CH2)21COOH Лігноцеринова кислота Тетракозанова кислота С23Н47СООН CH3(CH2)22COOH — Пентакозанова кислота С24Н49СООН CH3(CH2)23COOH Церотинова кислота Гексакозанова кислота С25Н51СООН CH3(CH2)24COOH — Гептакозанова кислота С26Н53СООН CH3(CH2)25COOH Монтанова кислота Октакозанова кислота С27Н55СООН CH3(CH2)26COOH — Нонакозанова кислота С28Н57СООН CH3(CH2)27COOH Мелісова кислота Тріакозанова кислота С29Н59СООН CH3(CH2)28COOH — Гентриаконтанова кислота С30Н61СООН CH3(CH2)29COOH — Дотриаконтанова кислота С31Н63СООН CH3(CH2)30COOH Псіластеарилова кислота Тритриаконтанова кислота С32Н65СООН CH3(CH2)31COOH
Мононенасичені жирні кислоти
Загальна формула: СН3-(СН2)m-CH=CH-(CH2)n-COOH (m=ω−2; n=Δ−2)
Тривіальна назва Систематична назва (IUPAC)Хімічна формулаIUPAC формула (з мет.кінця)IUPAC формула (з карб.кінця)Раціональна напіврозгорнута формулаАкрилова кислота 2-пропенова кислота С2Н3COOH 3:1ω13:1Δ2 СН2=СН-СООНМетакрилова кислота 2-метил-2-пропенова кислота С3Н5COOH 4:1ω14:1Δ2 СН2=С(СН3)-СООНКротонова кислота 2-бутенова кислота С3Н5COOH 4:1ω24:1Δ2 СН2-СН=СН-СООНВінілоцтова кислота 3-бутенова кислота С3Н6COOH 4:1ω14:1Δ3 СН2=СН-СН2-СООНЛауроолеїнова кислота цис-9-додекенова кислота С11Н21COOH 12:1ω312:1Δ9 СН3-СН2-СН=СН-(СН2)7-СООНМірістоолеїнова кислота цис-9-тетрадекенова кислота С13Н25COOH 14:1ω514:1Δ9 СН3-(СН2)3-СН=СН-(СН2)7-СООН — транс-3-гексадекенова кислота С15Н29COOH 16:1ω1316:1Δ3 СН3-(СН2)11-СН=СН-(СН2)-СООНПальмітолеїнова кислота цис-9-гексадекенова кислота С15Н29COOH 16:1ω716:1Δ9 СН3-(СН2)5-СН=СН-(СН2)7-СООНПетроселінова кислота цис-6-октадекенова кислота С17Н33COOH 18:1ω1218:1Δ6 СН3-(СН2)16-СН=СН-(СН2)4-СООНОлеїнова кислота цис-9-октадеценова кислота С17Н33COOH 18:1ω918:1Δ9 СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООНЕлаїдинова кислота транс-9-октадеценова кислота С17Н33COOH 18:1ω918:1Δ9 СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООНЦис-вакценова кислота цис-11-октадекенова кислота С17Н33COOH 18:1ω718:1Δ11 СН3-(СН2)5-СН=СН-(СН2)9-СООНТранс-вакценова кислота транс-11-октадекенова кислота С17Н33COOH 18:1ω718:1Δ11 СН3-(СН2)5-СН=СН-(СН2)9-СООНГадолеїнова кислота цис-9-ейкозенова кислота С19Н37COOH 20:1ω1119:1Δ9 СН3-(СН2)9-СН=СН-(СН2)7-СООНГондоїнова кислота цис-11-ейкозенова кислота С19Н37COOH 20:1ω920:1Δ11 СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)9-СООНЕрукова кислота цис-9-доказенова кислота С21Н41COOH 22:1ω1322:1Δ9 СН3-(СН2)11-СН=СН-(СН2)7-СООННервонова кислота цис-15-тетракозенова кислота С23Н45COOH 24:1ω923:1Δ15 СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)13-СООН
Поліненасичені жирні кислоти
Загальна формула: СН3-(СН2)m-(CH=CH-(CH2)х(СН2)n-COOH Тривіальна назва Систематична назва (IUPAC)Хімічна формулаIUPAC формула (з мет. кінця)IUPAC формула (с карб. кінця)Раціональна напіврозгорнута формулаСорбінова кислота транс, транс-2,4-гексадієнова кислота С5Н7COOH 6:2ω36:2Δ2,4 СН3-СН=СН-СН=СН-СООНЛінолева кислота цис, цис-9,12-октадекадієновая кислота С17Н31COOH 18:2ω618:2Δ9,12 СН3(СН2)3-(СН2-СН=СН)2-(СН2)7-СООНγ-ліноленова кислота цис, цис, цис-6,9,12-октадекатрієнова кислота С17Н28COOH 18:3ω618:3Δ9,12,15 СН3-(СН2)-(СН2-СН=СН)3-(СН2)6-СООНα-ліноленова кислота цис, цис, цис-9,12,15-октадекатрієнова кислота С17Н29COOH 18:3ω318:3Δ9,12,15 СН3-(СН2-СН=СН)3-(СН2)7-СООНАрахідонова кислота цис-5,8,11,14-ейкозотетраєнова кислота С19Н31COOH 20:4ω620:4Δ5,8,11,14 СН3-(СН2)4-(СН=СН-СН2)4-(СН2)2-СООНДигомо-?-ліноленова кислота 8,11,14-ейкозатриєнова кислота С19Н33COOH 20:3ω620:3Δ8,11,14 СН3-(СН2)4-(СН=СН-СН2)3-(СН2)5-СООН — 4,7,10,13,16-докозапентаєнова кислота С19Н29COOH 20:5ω420:5Δ4,7,10,13,16 СН3-(СН2)2-(СН=СН-СН2)5-(СН2)-СООНТімнодонова кислота 5,8,11,14,17-ейкозапентаєнова кислота С19Н29COOH 20:5ω320:5Δ5,8,11,14,17 СН3-(СН2)-(СН=СН-СН2)5-(СН2)2-СООН — 4,7,10,13,16,19-докозагексаєнова кислота С21Н31COOH 22:6ω322:6Δ4,7,10,13,16,19 СН3-(СН2)-(СН=СН-СН2)6-(СН2)-СООН — 5,8,11-эйкозатрієнова кислота С19Н33COOH 20:3ω920:3Δ5,8,11 СН3-(СН2)7-(СН=СН-СН2)3-(СН2)2-СООН
Кислотність Кислоти з коротким вуглеводневим хвостом, такі, як мурашина та оцтова кислоти, повністю змішуються з водою і дисоціюють з утворенням достатньо кислих розчинів (pKa 3,77 и 4,76, відповідно). Жирні кислоти із більш довгим хвостом несуттєво відрізняються по кислотності. Наприклад, pKa нонанової кислоти становить 4,96. Але зі збільшенням довжини хвоста розчинність жирних кислот у воді зменшується дуже швидко, в результаті кислоти мало змінюють pH розчину. Значення величини pKa для кожної кислоти набувають тільки в реакціях, в які ці кислоти здатні вступати. Кислоти, які нерозчинні у воді, можуть розчинятися в теплому етанолі, і відтитровані розчином гідроксиду натрію, використовуючи фенолфталеїн, як індикатор до блідо-рожевого кольору. Такий аналіз дозволяє визначити вміст жирних кислот в порції тригліцеридів після гідролізу.
Реакції жирних кислот Жирні кислоти реагують так, як і інші карбонові кислоти, наприклад реакції естерифікації та кислотні реакції. Відновлення жирних кислот приводить до утворення жирних спиртів. Ненасичені жирні кислоти також можуть вступати в реакції приєднання, найбільш характерною і показовою є гідрогенізація, яку використовують для перетворення рослинних жирів у маргарин. В результаті часткового гідрування ненасичених жирних кислот цис-ізомери, характерні для природних жирів, можуть перейти в транс-форму. В ненасичені жири можуть розщеплюватися в розплавленому лузі. Ця реакція має важливе значення для визначення структури ненасичених жирних кислот.
Автоокислення та пригіркання Жирні кислоти за кімнатної температури піддаються автоокисненню і пригірканню. При цьому вони розкладаються на вуглеводні, кетони, альдегіди та невелику кількість епоксидів та спиртів. Важкі метали, які містяться в невеликих кількостях у жирах та оліях, прискорюють автоокислення. Щоб запобігти цьому, жири та олії часто обробляються хелатуючими реагентами, такими як лимонна кислота.
Застосування Натрієві та калієві солі вищих жирних кислот є ефективними ПАР і використовуються як мила. Натрієві солі жирних кислот зазвичай тверді (стандартні дитяче, банне чи господарське мило), а калієві — рідкі.