Fettsäuren, Schmelzpunkte

Die Tabelle zeigt uns, dass der Schmelzpunkt der Fettsäuren mit zunehmender Zahl von Kohlenstoff-Atomen ansteigt. Das ist in der Chemie nichts Ungewöhnliches, auch von den homologen Reihen der Alkane, Alkene, Alkohole, Carbonsäuren und so weiter kennt man dieses Phänomen. Je länger die Kette, desto größer die mögliche Kontaktfläche zwischen den Molekülen, desto stärker die intermolekularen Anziehungskräfte (van-der-Waals-Kräfte), und desto höher der Schmelzpunkt.

Hier sehen Sie eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Schmelztemperaturen (Schmelzpunkte) der gesättigten Fettsäuren in Abhängigkeit von der Anzahl der Kohlenstoff-Atome der Alkylkette (Kettenlänge).

Eine Erklärung für dieses Phänomen wurde bereits oben angedeutet, zur Verdeutlichung habe ich aber noch mal extra eine neue Graphik angefertigt, die ich Ihnen nicht vorenthalten möchte:

Beim Schmelzen einer Verbindung wie Capronsäure müssen die zwischenmolekularen Anziehungskräfte zwischen den Molekülen der Verbindung überwunden werden, damit sich die einzelnen Moleküle aus dem festen Verband lösen können.

Die zwischenmolekularen Anziehungskräfte hängen von der Kontaktfläche zwischen den Molekülen der Fettsäure ab. Je länger die Fettsäure-Moleküle, desto größer die Kontaktfläche und damit die van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen.

Aus diesem Grund ziehen sich die Moleküle der Fettsäure Caprylsäure (8 C-Atome) stärker gegenseitig an als die Moleküle der Fettsäure Capronsäure (6 C-Atome).

Die Schmelzpunkte der Membranlipide hängen wesentlich von den in den Lipiden enthaltenen Fettsäuren ab. Je kürzer diese Fettsäuren, desto niedriger die Schmelztemperatur der Membranlipide. Damit verbunden ist eine geringere Viskosität (größere Flüssigkeit) der Membranlipide, was gerade dann von Vorteil ist, wenn das Lebewesen kalten Temperaturen ausgesetzt ist und die Gefahr des Erstarrens der Membranen droht.

In der Ernährungslehre beschäftigt man sich weniger mit einzelnen Fettsäuren als vielmehr mit "echten" Fetten und Ölen, also mit Triglyceriden, deren Moleküle aus je einem Glycerin-Molekül und drei Fettsäure-Molekülen bestehen. Fette und Öle sind Gemische aus verschiedenen Triglyceriden unterschiedlicher Zusammensetzung, was die Fettsäuren angeht. Daher haben Fette und Öle keine eindeutigen Schmelzpunkte, sondern nur sogenannte Schmelzbereiche.

Der Schmelzbereich eines Fettes hängt natürlich von der Zusammensetzung der Triglyceride ab. Enthalten diese vorwiegend kurzkettige Fettsäuren, dann ist der Schmelzbereich entsprechend niedrig. Fette mit langkettigen Fettsäuren haben dagegen hohe Schmelzbereiche.

Auch die Schmelzpunkte ungesättigter Fettsäuren hängen von der Anzahl der C-Atome ab: je länge der C-Kette, desto höher der Schmelzpunkt der Fettsäure.Warum das so ist, wurde bereits im ersten Abschnitt über gesättigte Fettsäuren ausgeführt.

Die Tabelle zeigt uns, dass der Schmelzpunkt der ungesättigten Fettsäuren mit zunehmender Zahl von C=C-Doppelbindungen abnimmt. Dieses Verhalten kann mit der räumlichen Struktur der Moleküle leicht erklärt werden.

Hier sehen Sie eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Schmelztemperaturen (Schmelzpunkte) der Fettsäuren mit 18 C-Atomen in Abhängigkeit von der Anzahl der C=C-Doppelbindungen.

Eine Erklärung für dieses Phänomen ist die unregelmäßige Gestalt der Moleküle, die durch die Doppelbindungen hervorgerufen wird.

Zwischen den Molekülen der Fettsäure Stearinsäure (18 C-Atome, keine C=C-Doppelbindung) herrschen starke zwischenmolekularen Anziehungskräfte, weil die Moleküle eine große Kontaktfläche haben. Die Zeichnung versucht, dies zu verdeutlichen.

Zwischen den Molekülen der Fettsäure Ölsäure (18 C-Atome, eine C=C-Doppelbindung) herrschen schwächere zwischenmolekularen Anziehungskräfte, weil die Moleküle eine geringere Kontaktfläche haben. Die Doppelbindungen verursachen einen "Knick" in der Alkylkette, wie man auf der Zeichnung ganz gut sieht. Dieser Knick führt dann dazu, dass die Kontaktfläche zwischen den Molekülen geringer wird, was dann Auswirkungen auf die Schmelztemperatur hat.

Wenn die Fettsäure zwei oder mehr Doppelbindungen hat, dann wird die Gestalt der Alkylketten noch unregelmäßiger (zwei oder mehr Knicke im Molekül), und die Kontaktflächen zwischen den Molekülen werden noch kleiner, so dass die Schmelztemperaturen sinken.

Viele Lipide der Biomembranen sind ungesättigt, und zwar aus genau dem Grund, dass die Membran "flüssiger" wird. Das kann man vor allem bei Lebewesen kalter Klimazonen sehen, bei denen der Anteil ungesättigter Fettsäuren in der Membran deutlich größer ist als bei vergleichbaren Lebewesen wärmerer Zonen.

Pflanzenöle sind bei Zimmertemperatur flüssig, weil ihre Triglyceride sehr viele einfach- und mehrfach-ungesättigte Fettsäuren enthalten. Einfach ungesättigte Fettsäuren, vor allem die langkettigen, gelten als "ungesund", während vor allem die mehrfach-ungesättigten Fettsäuren als sehr gesund gelten. Das liegt unter anderem daran, dass die Membranen der Zellen "flüssiger" werden, wie bereits unter dem Stichwort "Biologie" ausgeführt.