Физические свойства липоидов

Растворимость

Растворимость представляет первое и наиболее важное из указанных свойств липоидов. Характерно, что липоид обладает большей растворимостью в нейтральных растворителях, чем в воде. Это объясняется фактом, согласно которому, две составные группы, полярная и неполярная, индуцируют разные свойства растворимости.

Как хорошо известно, растворимость соответствует свободному движению между молекулами растворителя и раствором. (25) Растворимость больше тогда, когда физические свойства групп, образующих растворитель и тех, которые формируют раствор, идентичны; оно нарушается, когда указанные группы разные. Также, полярные группы в растворе будут обладать тенденцией в растворителях с полярными группами, такими как вода. В то же самое время, они будут противопоставлять растворимость в нейтральных растворителях, формируемых неполярными группами. С другой стороны, неполярные группы в веществе будут благоприятствовать растворимости в неполярных растворителях, но противостоять - в полярных растворителях, таких как вода. Таким образом, полярные группы являются гидрофильными и липофобными, в то время как неполярные являются липофильными и гидрофобными. (26)

В то время как характеристики растворимости веществ, состоящих только из полярных или неполярных групп, очевидны, проблема будет сложнее, когда вещество содержит как полярные, так и неполярные группы. Поскольку подобное соединение содержит группы, обладающие антагонистическими тенденциями растворимости, оно будет растворимым "in toto" и зависеть от связи между противоположными силами. Для пограничной группы полярно-неполярных веществ с приблизительно уравновешенными силами растворимость в полярных и неполярных растворителях будет одинаковой. Для других веществ превалирование одной или другой группы определит свойство растворимости. Если электрические силы полярной группы превалируют, вещество будет водорастворимым, но нерастворимым, или только частично растворимым, в неполярных растворителях. Если, напротив, сцепление—то есть вандерваалевские силы—неполярной группы преобладает, вещество будет растворимым в неполярных растворителях и меньше, если вообще будет, растворимым в воде. (таблица VI)

Полярные и неполярные силы могут быть вычислены, а их изучение может указать на место вещества в указанной систематизации. Важность растворимости для определения и систематизации липоидов становится очевидной при физико-химическом изучении указанных веществ, проведенном Jean Mariani в наших лабораториях. (Заметки 2) Мы определяем в качестве "гидроидов" те вещества с преобладанием полярных групп, которые больше растворимы в полярных растворителях, таких как вода. "Граничные вещества", без преобладания какой-либо группы, демонстрируют ту же растворимость в полярных и нейтральных растворителях.

таблица VI КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

"Липоиды", в которых преобладают неполярные группы, лучше растворяются в нейтральных растворителях, чем в воде.

Как мы указывали ранее, с практической точки зрения, вещество может быть признано гидроидом, граничным веществом или липоидом, в соответствии с его растворимостью в воде и в неполярном растворителе, таким как нефтяной эфир, который соответствует смеси первых алифатических насыщенных углеводородов, представляющими при нормальной температуре и давлении, жидкость. Полярно-неполярное вещество, лучше растворяющееся в воде, чем в нейтральном растворителе, считается гидроидом; равно растворимое в обоих растворителях классифицируется как граничное вещество; в то время как вещество, лучше растворимое в нейтральном растворителе, чем в воде, является липоидом.

Разные полярные группы, такие как COOH, OH, NH2, CO, SO2, SH, и так далее, входят в состав разных липоидов. Они существенно отличаются по своим электростатическим силам. В результате, силы неполярных групп, требуемые для доминирования, если должен образовываться липоид, тоже будут различаться. Таким образом, необходима неполярная группа для каждой разной полярной группы. Для алифатических молекул, силы сцепления определяются, главным образом, длиной цепи, а для образования липоида, в зависимости от полярной группы, нужно разное число атомов углерода в неполярной группе. С этой точки зрения интерес представляет изучение гомологического ряда.

Поскольку величина электростатических сил очень варьирует от одной полярной группы к следующей, первые члены разных гомологических рядов, являющиеся также липоидами, отличаются от ряду к ряду, в зависимости от природы полярной группы. Длина углеродной цепи, таким образом, укажет, в каком члене ряда появляется липоидный характер. Математически сравнивая величину электростатических сил каждой полярной группы и силы сцепления неполярной группы в соответствующем ряду, можно определить, который член каждого гомологического ряда веществ первый обнаружит свойства липоидов. Это также можно определить в эксперименте, как уже было показано выше, используя свойства растворимости липоидов. Были определены степени растворимости в полярном растворителе, таком как вода, и в неполярном растворителе, таком как нефтяной эфир. Первый член гомологического ряда, чтобы считаться липоидом, должен лучше растворяться в неполярном, либо в полярном, растворителе. Все члены с большим числом углеродных атомов демонстрируют липоидические свойства; а с меньшим числом атомов углерода - указанными свойствами не обладают.

Таким образом, липоидические свойства впервые проявляются в ряду карбоновых кислот, в валерьяновой кислоте, то есть, в пятиуглеродном члене. Члены ряда с более короткой цепью углеродных атомов растворимы в равной или большей степени в воде, чем в petroleum ether, в то время как те, что имеют более длинную цепь атомов углерода, демонстрируют более легкую растворимость в неполярных растворителях, чем в воде. (ТАБЛИЦА VII)

ТАБЛИЦА VII

РАСТВОРИМОСТИ ГОМОЛОГОВ КАРБОКСИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

* Названия одобрены Международным Союзом Химии.

То же справедливо для алкиловых спиртов. n-пропиловый спирт и члены, расположенные ниже нее, являются либо способными образовывать смесь и с водой и с нефтяным эфиром, или лучше растворимыми в воде, что свидетельствует об отсутствии преобладания неполярных сил в их молекулах.

Поэтому они не являются липоидами. n-бутиловый спирт легче растворимый в нейтральном растворителе, чем в воде, что свидетельствует о нем, как о первом члене этого гомологического ряда. Тем не менее, это не относится ко всем его изомерам. Первичный, вторичный и изобутанол являются первыми в их соответствующих рядах, приобретших свойства растворимости, характерные для липоидов. В ряду третичных спиртов, однако, четырехуглеродный член, третичный бутанол, не обнаруживает такие же свойства растворимости.третичный бутанол смешивается с водой и нейтральным растворителем, и поэтому не является липоидом. В ряду третичных спиртов пятикарбоновый член, третичный амиловый спирт, первый обнаруживающий свойства растворимости, растворимый в воде лишь 12.5% и полностью растворимый в нефтяном эфире. Таким образом, из четырех изомеров бутилового спирта три являются липоидами, а один, третичный бутанол спирт, нет. (таблица VIII)

таблицаVIII РАСТВОРИМОСТИ АЛКИЛОВЫХ СПИРТОВ