Indice de saponificación_Organicaiii 2012

Dr. Óscar G. Marambio / UTEM

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PRÁCTICO

INDICE DE SAPONIFICACIÓN DE GRASAS Y ACEITES

Dr. Oscar G. Marambio

Profesor de Química Orgánica

Julio de 2012

OBJETIVO

Determinar el índice de saponificación de un aceite vegetal o grasa animal y a partir

de éste valor establecer la cantidad de hidróxido de sodio, necesaria para obtener

30g de un jabón a un pH entre 7 y 8.

PRINCIPIOS TEÓRICOS

LÍPIDOS: GRASAS Y ACEITES

Los lípidos son compuestos orgánicos que se presentan en forma natural en animales y

vegetales, los cuales son esenciales en el metabolismo de los seres vivos. Las grasas,

aceites, ceras, algunos esteroides, prostaglandinas y algunas vitaminas, son los principales

constituyentes de los compuestos llamados lípidos (del griego, lipos, grasas). Estos

compuestos son insolubles en agua y menos densas que ella, en cambio, se disuelven en

otros disolventes tales como éter de petróleo, éter etílico, tolueno, tetracloruro de carbono,

cloroformo y otros disolventes orgánicos de polaridad semejante. Otros productos naturales

que son más polares, como los carbohidratos, proteínas, péptidos y alcaloides, son

parcialmente solubles en agua, lo cual los distingue de los lípidos, además estos se

clasifican, a menudo, por su reactividad frente a las bases. Las grasas y aceites reaccionan

con una base acuosa experimentando hidrólisis, mientras que los esteroides y otros lípidos

no reaccionan en las mismas condiciones experimentales. En el presente práctico

estudiaremos solo aquellos lípidos que reaccionan con una base, a saber; grasas y aceites,

también se estudiará la relación de las grasas y los aceites con los jabones.



GLICÉRIDOS:

A las grasas y los aceites se les llaman glicéridos y presentan la estructura general que se

muestra a continuación:

La principal diferencia física de una grasa y un aceite es que la grasa es un sólido a

temperatura ambiente, mientras que un aceite es un líquido en las mismas condiciones. En

general las grasas provienen de los animales y los aceites suelen obtenerse a partir de

plantas. Es común entonces encontrar en la literatura los términos grasas animales y aceites

vegetales.

La fracción más importante que deriva de la hidrólisis de las grasas y aceites corresponde a

los ácidos carboxílicos de cadena lineal larga (ácidos grasos) y se los divide en ácidos

saturados (solo enlaces simples o sigma) e insaturados (con enlaces dobles o ). Los

insaturados tienen dobles enlaces generalmente CIS y rara vez TRANS. La mayoría de los

ácidos grasos tienen un número par de átomos de carbono, principalmente entre 8 a 22. Por

este hecho, se asume que todos los ácidos carboxílicos que presenten ocho o más átomos de

carbono en múltiplos pares recibirán el nombre de ácidos grasos.

En la siguiente tabla se presentan las composiciones de ácidos grasos encontrados en

diferentes fuentes naturales. La composición de ácidos carboxílicos (ácidos grasos) es

aproximada, ya que los glicéridos presentan un amplio rango de composiciones

dependiendo de su fuente, por ejemplo una grasa extraída de un animal su composición

dependerá de la edad, sexo y tipo de alimentación, en cambio la composición de un aceite

vegetal depende de la ubicación geográfica (Clima: temperatura, lluvia, cantidad de sol,

etc.) y del tipo suelo donde creció.

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

O

R3

O

R2

O

R1 OH C

O

R1

OH C

O

R2

OH C

O

R3

y

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH

Glicérido

(grasa o aceite)

derivado a partir de:

ácidos carboxílicos

(ácidos grasos)

glicerina

(propanotriol-1,2,3)



Tabla: Composición de los ácidos grasos en diversas grasas y aceites

Tabla tomada del libro “Química Orgánica” de los autores A.S. Wingrove y R.L. Caret, Edición1984, editorial Harta Harper y Row

Latinoamerica.



La presencia de isómeros CIS y TRANS en la cadena hidrocarbonada de los glicéridos le

confiere cierta estabilidad a esta clase de compuestos, por tanto los isómeros TRANS de los

alquenos son más estables termodinámicamente que los isómeros CIS. Los ácidos grasos

que contienen dobles enlaces TRANS generalmente funden a mayor temperatura que los

que contienen enlaces CIS, entonces los aceites presentan en su cadena hidrocarbonada un

mayor número de enlaces CIS. Las grasas y ceras son sólidas debido a que la cadena

hidrocarbonada presenta un número significativo o mayoritario de enlaces simples (o

sigma)

Debido a la distribución dispersa de la fracción de ácidos grasos en los glicéridos, se asume

que la presencia de tres ácidos grasos idénticos en el glicérido no es habitual, además los

glicéridos extraídos en una matriz naturales pueden encontrarse en una mezcla de varios

tipos de glicérido, lo que originaría una dispersión de ácidos grasos en el conjunto de

glicéridos analizados.

Los ácidos grasos, son conocidos por sus nombres derivados, casi siempre, de su origen.

Esto sucede, por ejemplo, con el ácido de 16 átomos de carbono, denominado por la

IUPAC como ácido hexadecanoico, que se conoce como ácido palmítico por ser el

principal componente del aceite de palma. Su fórmula molecular es CH3(CH2)14COOH.

Otro ácido graso importante es el ácido octadecanoico o esteárico, su nombre se debe a que

es el más abundante en el sebo animal. Además de estos ácidos saturados, tiene importancia

el ácido oleico con 18 carbonos, su característica es la existencia de un doble enlace entre

los carbonos nueve y diez. El ácido linoleico tiene igualmente 18 átomos de carbono, con

dos dobles enlaces entre los carbonos 9 y 10, y entre los 12 y 13, es decir, no son dobles

enlaces conjugados.

Los términos “grasas y aceites poliinsaturados, saturados e hidrogenados” suenan bastante

familiar para el común de las personas. Esto se debe a que los aceites suelen ser altamente

insaturados y pueden ser transformados en grasas sólidas en forma industrial por

hidrogenación catalítica. Este proceso llamado endurecimiento se debe a la hidrogenación a

baja presión de un aceite en presencia de un catalizador metálico, en la siguiente figura se

ilustra un ejemplo.



En condiciones suaves o moderadas de reacción sólo se reducen los dobles enlaces

(conversión a enlaces sencillo) y no los ésteres de los glicéridos, ya que estos requieren

condiciones más vigorosas para la reducción. Estas reacciones son controladas de modo

que un aceite sólo es hidrogenado en partes, dejando algunos de ellos sin reaccionar, ya que

una reacción completa generaría compuestos de mayor dureza similar a las grasas o al sebo

animal. La hidrogenación parcial de un aceite vegetal (como el de maíz, de soya, de

semillas de algodón) produce una oleomargarina o grasa para cocinar. La abundancia de

aceites vegetales de bajo valor comercial explica el costo moderado de las margarinas y

aceites comestibles que consumen los seres humanos.

Otro ejemplo de tales procesos químico es calentar un ácido graso, tal como el ácido oleico

(líquido) con azufre o selenio hasta que se establezca un nuevo equilibro que produzca el

ácido elaídico (isómero TRANS) con un rendimiento de aproximadamente un 67%.

Otro aspecto importante en el estudio de grasas y aceites es su descomposición, la cual

produce un olor desagradable y que es llamada comúnmente como compuestos rancios. Las

causas de dicho olor se deben a dos tipos de reacciones químicas “oxidación” e “hidrólisis”.

Por ejemplo la mantequilla se hace rancia debido a la hidrólisis que genera muchos ácidos

grasos de bajo peso molecular, como el ácido butírico (olor a calcetas sucias) y el caproico

(olor a queso de cabra descompuesto). Tales ácidos se liberan cuando la mantequilla es

calentada en el aire húmedo, las enzimas (llamada lipasa) contribuye a cataliza la reacción

de hidrólisis. Se evita esta reacción manteniendo la mantequilla tapada y en refrigeración.

La oxidación se presenta a menudo en los glicéridos insaturados (aceites) por la reacción

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

O

(CH2)7-CH=CH-(CH 2)7-CH3

O


O


trileína

(aceite)

tristearina

(grasa)

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

O

(CH2)16-CH3

O

(CH2)16-CH3

O

(CH2)16-CH3

H2 (25 psi)

200°



del oxígeno ambiental con los dobles enlaces alílicos, formando peróxidos inestables que

escinden (rompen) los dobles enlaces transformándolos en ácidos carboxílicos de bajo peso

molecular de olores fuertes. La velocidad de oxidación es reducida por la adición de

inhibidores (antioxidantes) a los alimentos que contienen glicéridos. Los inhibidores tales

como la vitamina E y el ácido ascórbico, reaccionan con el oxígeno más rápido que el

glicérido.

En esta introducción debemos incluir en la discusión a las ceras, debido a que ellas

provienen de diversas fuentes naturales y tienen diferentes composiciones químicas. Por

ejemplo, la cera de parafina se compone de una mezcla de hidrocarburos sólidos, por lo

general de cadena recta, también la llamada carbonera es un poliéster que se prepara

sintéticamente. En términos generales las ceras son productos que existen en forma natural

y son monoésteres derivados de ácidos carboxílicos y alcoholes (grupo hidroxilo u

oxhidrilo), que presentan en ambas cadenas hidrocarbonadas 16 o más átomos de carbono.

Las ceras también presentan un número par de átomos de carbono, ya que provienen del

metabolismo de los ácidos grasos en las plantas.

La cera de las abejas se obtiene a partir del panal y contiene ácidos C26 y C28 , y alcoholes

que van de C28 a C32, cuyas estructuras típicas son CH3(CH2)24COO(CH2)27CH3 y

CH3(CH2)26COO(CH2)27CH3. La cera de carnauba es muy valiosa y se obtiene a partir de

las hojas de la palmera de Brasil y la molécula típica presenta la estructura

CH3(CH2)30COO(CH2)33CH3. Ésta es una cera de un punto de fusión relativamente alto

(80° a 87°C) y debido a su comparativa dureza y resistencia al agua, la cera de carnauba se

utiliza mucho en la fabricación de ceras para automóviles, pulidoras de pisos y capas de

papel carbón. La cera de espermaceti proviene de la esperma del cachalote y es

principalmente el éster palmitato de cetilo, CH3(CH2)14COO(CH2)15CH3.

SAPONIFICACIÓN

JABONES:

La elaboración de jabones se remonta al tiempo de los antiguos romanos, quienes lo

elaboraban por hidrólisis de grasas o aceites con un álcali acuso, el cual consistía en una

mezcla de carbonato de potasio e hidróxido de potasio obtenido de la lixiviación de las

cenizas de la madera con agua.



CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

O

R3

O

R2

O

R1

+ 3 NaOH

Na O C

O

R1

Na O C

O

R2

Na O C

O

R3

+

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH

Grasa o Aceite

Hidroxido de sodio

Jabón Glicerina

Químicamente el jabón es una mezcla de las sales sódicas o potásicas de ácidos

carboxílicos (ácidos grasos) de cadena larga, producidas por la hidrólisis (saponificación)

de una grasa animal o un aceite vegetal con un álcali. Las grasas y los aceites son mezclas

de glicéridos, es decir, ésteres del glicerol o glicerina (cuyos tres hidroxilos se encuentran

esterificados con ácidos grasos saturados y/o insaturados).

El índice de saponificación se define como la cantidad en miligramos (mg) de KOH

necesarios para saponificar un gramo (g) de grasa o aceite. Algunos valores de índice de

saponificación son:

Glicéridos Índice

Saponificación Glicéridos

Índice

Saponificación

Abeja (cera) 69 Maravilla (aceite) 134

Almendras (aceite) 136 Margarina 136

Coco (aceite) 178 Nueces de damasco (aceite) 135

Germen de trigo (aceite) 131 Nuez 136

Girasol (aceite) 134 Palma 144

Grasa animal 141 Palta 135

Jojoba (aceite) 69 Pepitas de uva 133

Maíz (aceite) 136 Oliva 134

Manteca de cacao 137 Ricino 128

Manteca de karité 128 Sésamo 133

Mantequilla 169 Soja 135



Los jabones ejercen su acción limpiadora debido a que los extremos de su molécula son

muy diferentes. Uno de los extremos de la molécula es iónico, por tanto hidrofílico y tiende

a disolverse en el agua. La otra parte es la cadena hidrocarbonada alifática no polar, por

tanto es lipofílico (o bien hidrofóbico) y tiende a disolverse la suciedad (constituida

principalmente por sebo, grasa y aceites mezclados con partículas de polvo ambiental),

formando una superficie hidrofílica que puede eliminarse con agua y jabón. Cuando la

solución de jabón entra en contacto con la suciedad, la parte del hidrocarburo (apolar) la

disuelve y la incorpora en la miscela (ver figura), pero el grupo carboxílato (polar)

permanece disuelto en el agua.

COO-

COO-COO

-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

apolar

polar

polar

polar

H2O

H

O

H H O

H

H

O H

HO

H

H

OH

H

O

H

H2O

H2O

H2O



PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Determinación del índice de saponificación:

Prepare una solución hidroalcohólica de hidróxido de potasio, disolviendo 1g de KOH

en 5 mL de agua destilada y adicione 20 de etanol, si existe sólido sin disolver espere a

que éstos se sedimenten.

Luego en un balón de fondo redondo de 100 mL pese aproximadamente 0.250 g de la

muestra (aceite o grasa) y agregue una alícuota de 10 mL (utilice una probeta de 10 mL)

de la solución hidroetanólica. Adapte un refrigerante de bolas al balón, adicione perlas

de ebullición (o trozos de porcelana) y hierva a reflujo la solución durante 30 min.

Después de esto, la solución se enfría y el tubo del condensador (refrigerante) se lava

con 5 a 10 mL de agua (colecte ésta directamente en el balón).

Agregue dos gotas de fenolftaleína y agite. Titule el hidróxido remanente en la muestra

con solución estandarizada de HCl 0.2 M, manteniendo la agitación (puede utilizar un

agitador magnético).

Coloque otra alícuota de 10 mL de solución hidroetanólica en un matraz erlenmeyer de

125mL, agregue dos gotas de fenolftaleína y titule utilizando una solución

estandarizada de HCl 0.2 M. La diferencia entre los volúmenes requeridos de ácido

representa la cantidad de álcali (KOH) consumido en la saponificación. Realice sus

cálculos para obtener el índice de saponificación.

Finalizada la titulación complete la siguiente Tabla:

Masa molar KOH: 56.1 g/mol; NaOH: 40.0 g/mol

Muestra Titulación (HCl 0.2M) Indice Saponif. Preparación de Jabón

Aceite

m(g)

Blanco

(10mL KOH)

V(mL)

Aceite Saponif.

(Resíduo KOH)

V(mL)

),(

),(

aceitegm

KOHmgm

Aceite

m(g)

NaOH

m(g)



Preparación de jabón por saponificación de una grasa o aceite

Utilice el valor del índice de saponificación (I.S. en KOH) para determinar la cantidad

en gramos de NaOH necesarios para realizar la saponificación de 20 g de grasa o aceite

(ver ejemplo de cálculos).

Mace 20 g de muestra (grasa o aceite) en un vaso de precipitado de 150 mL y caliente

suevamente hasta 45°C o bien hasta que se funda la grasa, utilice una placa calefactora

que contenga un agitador magnético.

En agitación agregue una solución básica NaOH (7 g de NaOH disueltos en 30 mL de

agua) y luego añada 20 mL de etanol (ver figura 1)

La mezcla de reacción se debe mantener a una temperatura de reacción entre 80 - 85ºC.

El volumen de la mezcla de reacción debe permanecer constante, adicionando una

solución hidroetanólica (etanol/agua: 40/60). En caso que se forme espuma adicione

pequeñas cantidades de la solución anterior (ver figura 2).

Continuar hirviendo la reacción a la temperatura indicada por 45 minutos o bien hasta

que en la reacción no se observe ningún sobrenadante aceitoso.

Luego la mezcla de reacción se vierte en un vaso de precipitado que contenga 250 mL

de una solución saturada de NaCl (salmuera) lo que produce un abundante precipitado

“jabón” (ver figura 3).

Filtre el precipitado en un embudo Bunchen y lávelo con una solución saturada de

NaCl fría. Verifique el pH del producto preparando una solución de jabón.

Compacte el precipitado “Jabón” en una cápsula de porcelana.

Figura 1 Figura 2 Figura 3



Ejemplos de cálculos

El cálculo del índice de saponificación es:

)(

)(2478.246

250.0

/1.56/200.0)0.335.38(..

aceiteg

KOHmg

g

mmolmgxmLmmolxmLSI

Para saponificar 20.0 gramos de aceite se deben utilizar:

)(4940)(0.20)(

)(247)( KOHmgaceitegx

aceiteg

KOHmgKOHm

La cantida en mmol de KOH es:

)(06.88)(

10.56

)(4940)( KOHmmol

mmol

KOHmg

KOHmgKOH

Para preparar Jabón utilizando NaOH, debemos calcular la cantidad de NaOH necesaria para saponificar

los 20.0 gramos de aceites, para ello sabemos que la cantidad en milimol de KOH es similar a la cantidad

en mmol de NaOH.

)()( NaOHKOH

Entonces calculamos la masa de NaOH

gmgmmol

NaOHmgxmmolNaOHm 522.33522

)(00.4006.88)(

La cantidad de reactivo en exceso es 50 mol-% (NaOH):

gmgmmol

NaOHmgx

mol

molxmmolNaOHm 0.78.7044

)(00.40

%50

%10006.88)(

Muestra Titulación (HCl 0.2M) Indice Saponif. Preparación de Jabón

Aceite

m(g)

Blanco

V(mL)

Aceite Saponif.

V(mL) )(

),(

aceiteg

KOHmgm

Aceite

m(g)

NaOH

m(g)

0.25 38.5 33.0 247 20 3.522



CUESTIONARIO

1. ¿Defina los ácidos grasos? y clasifique diez de ellos en una tabla.

2. ¿Cuál es la principal diferencia estructural entre un aceite y un grasa?.

3. Dibuje en un esquema la estructura micelar de un jabón en que se muestra la acción

limpiadora.

4. ¿Realice los cálculos necesarios para determinar la cantidad de hidróxido de sodio que

deberá usar para la saponificación del aceite vegetal o grasa animal que va a

saponificar?

5. ¿Por qué la temperatura de reacción no debe pasar de 75 °C?

6. ¿Para qué utiliza el etanol?

7. ¿Cómo identifica prácticamente que la reacción de saponificación ha terminado?

8. ¿Mediante qué ensayos podría usted señalar que el jabón sintetizado es el adecuado

para su uso.?

9. ¿podría presentarse alguna diferencia entre el índice de saponificación si se utiliza

hidróxido de sodio o hidróxido de potasio?

10. ¿Podría preparar jabón a partir del ácido esteárico.?, si su respuesta es afirmativa

escriba la ecuación de reacción

11. ¿Qué diferencias presentan los distintos productos obtenidos al variar los aceites o bien

las grasa?.

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