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Fette

Skripte
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Einführung

In unserer Gesellschaft assoziieren viel Leute mit dem Begriff „Fett“ häufig etwas Negatives. Kein Wunder, denn im Supermarkt werden fettreduzierte Artikel angepriesen. Es gibt Light-Produkte soweit das Auge reicht. Überall soll uns eingeredet werden, dass Fett etwas Schlechtes ist.
Aber sind Fette wirklich so schlecht wie der Ruf, der ihnen vorauseilt?
In diesem Skript erfährst du was Fette sind, welche Eigenschaften sie haben und welche Funktionen Fette besitzen.

Struktur

Damit du später die Eigenschaften von Fetten verstehst, ist es zunächst sinnvoll sich mit dem molekularen Aufbau von Fettmolekülen zu befassen.
Generell bestehen alle Fette aus einem Glycerinmolekül und ein bis drei Fettsäuremoleküle. Glycerin ist ein dreiwertiger Alkohol. Er besitzt eine 3-C-Kette, an denen jeweils eine Hydroxygruppe angeknüpft sind. Fettsäuren sind Carbonsäuren, die einen langkettigen Kohlenwasserstoffschwanz besitzen. Jede Fettsäure kann mit der Hydroxygruppe des Glycerins reagieren, sodass das Glycerin bis zu drei Fettsäuren binden kann. Bei dieser Reaktion wird Wasser abgespalten. Es handelt sich also um eine Kondensation. Zurück bleibt zwischen dem Glycerin und der Fettsäure eine Esterbindung. Fette gehören demnach zu der Stoffklasse der Ester.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 1: Fette werden durch Kondensation von Gylcerin und Fettsäuren gebildet.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 1: Fette werden durch Kondensation von Gylcerin und Fettsäuren gebildet.
Oftmals werden zur Vereinfachung die Fettmoleküle in Form von einem $E$ gezeichnet. So kannst du dir die Struktur der Fettmoleküle am besten merken.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 2: Fettsäuren werden oft in E-Form gezeichnet.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 2: Fettsäuren werden oft in E-Form gezeichnet.

Eigenschaften

Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren

Die entscheidenden Bausteine der Fette sind die Fettsäuren. Fettsäuren sind langkettige, aliphatische (nicht aromatische) Carbonsäuren, die eine endständige Carboxygruppe (R-COOH) tragen.
Wir unterscheiden dabei gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Die Kohlenstoffatome der gesättigten Fettsäuren weisen alle vier Einfachbindungen auf, binden also jeweils neben ihren C-Bindungspartnern der Kette auch zwei H-Atome. In gesättigten Fettsäuren treten somit C-C-Einfachbindungen auf. Im Gegensatz dazu weisen ungesättigte Fettsäuren eine oder mehrere Doppelbindungen innerhalb der C-Kette auf. Diese Eigenschaft wirkt sich direkt auf die Struktur des Fettsäuremoleküls aus.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 3: Beispiele für eine gesättigte (oben) und eine ungesättigte Fettsäure (unten).
Säuren und Fette: Fette
Abb. 3: Beispiele für eine gesättigte (oben) und eine ungesättigte Fettsäure (unten).
Zunächst ein Hinweis zur Darstellung der Fettsäuren. Du kannst sehen, dass die Kohlenstoffatome der Kette und die H-Atome nicht dargestellt sind; an jeder Ecke sitzt ein C-Atom, das im Fall der gesättigten Fettsäure noch zwei H-Atome bindet. Ein C-Atom, das im Fall einer ungesättigten Fettsäure an einer Doppelbindung beteiligt ist, weist dahingegen jedoch nur ein H-Atom auf, so wie es uns auch bekannt ist. Bedenke immer, dass diese Atome vorhanden sind, obwohl sie nicht eingezeichnet sind! Dahingehend ist es auch wichtig, dass am Ende der C-Kette ein Methyl-Rest (CH3-Rest) hängt.
Wenn du dir die ungesättigte Fettsäure anschaust, dann kannst du einen Knick in der Kohlenstoffkette sehen, der durch die Doppelbindung hervorgerufen wird. Folglich siehst du hier den Struktureinfluss der Bindungen innerhalb der Kette.
  • Gesättigte Fettsäuren: Alle Fettsäuren, deren Kohlenstoffatome nur durch Einfachbindungen zusammengehalten werden, zählen zu den gesättigten Fettsäuren. Buttersäure ($C_3H_7COOH$) ist die kürzeste Fettsäure und gehört zu den gesättigten Fettsäuren. Die übelriechende Buttersäure findet sich u.a. im Schweiß.
  • Einfachungesättigte Fettsäuren: Beinhaltet die Struktur der Fettsäuren genau eine Doppelbindung, sind diese Fettsäuren einfachungesättigt. Ein Beispiel ist Ölsäure ($C_{17}H_{33}COOH$), sie findet sich in fast allen natürlich vorkommenden Fetten und Ölen.
  • Mehrfachungesättigte Fettsäuren: Bei Fettsäuren, die mehr als eine Doppelbindung haben, spricht man von mehrfachungesättigten Fettsäuren. Ein Beispiel für diese Fettsäuren ist die in allen Pflanzenölen vorkommende Linolsäure ($C_{17}H_{31}COOH$).
  • Gesättigte Fettsäuren: Alle Fettsäuren, deren Kohlenstoffatome nur durch Einfachbindungen zusammengehalten werden, zählen zu den gesättigten Fettsäuren. Buttersäure ($C_3H_7COOH$) ist die kürzeste Fettsäure und gehört zu den gesättigten Fettsäuren. Die übelriechende Buttersäure findet sich u.a. im Schweiß.
  • Einfachungesättigte Fettsäuren: Beinhaltet die Struktur der Fettsäuren genau eine Doppelbindung, sind diese Fettsäuren einfachungesättigt. Ein Beispiel ist Ölsäure ($C_{17}H_{33}COOH$), sie findet sich in fast allen natürlich vorkommenden Fetten und Ölen.
  • Mehrfachungesättigte Fettsäuren: Bei Fettsäuren, die mehr als eine Doppelbindung haben, spricht man von mehrfachungesättigten Fettsäuren. Ein Beispiel für diese Fettsäuren ist die in allen Pflanzenölen vorkommende Linolsäure ($C_{17}H_{31}COOH$).

Löslichkeit

Fette und Öle sind aufgrund ihrer langen unpolaren Kohlenstoffreste stark hydrophob (wasserabweisend) und lassen sich nicht in Wasser oder anderen polaren Lösungsmitteln lösen. Gleichzeitig verleihen ihnen eben diese Kohlenstoffreste die Eigenschaft lipophil (fettliebend) zu sein, was bedeutet, dass sie sich sehr gut in unpolaren Lösungsmitteln lösen lassen.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 4: Milch ist eine Emulsion.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 4: Milch ist eine Emulsion.

Schmelztemperatur

Fette können aus ganz unterschiedlichen Fettsäuren aufgebaut sein, wie wir weiter oben gesehen haben. Des Weiteren bestehen Fette im Allgemeinen immer aus einer Vielzahl verschiedener Fettmoleküle, die jedoch alle aus spezifischen Fettsäuren zusammengesetzt sind.
Schauen wir uns zunächst die Unterschiede an, die bei der räumlichen Orientierung der Moleküle auftreten, wenn wir gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren vorliegen haben. Dazu erinnern wir uns, dass gesättigte Fettsäuren lineare Moleküle sind und ungesättigte Fettsäuren einen oder mehrere Knicke durch die auftretenden Doppelbindungen aufweisen. Strukturell gesehen können die Fettmoleküle auch von der Form des E abweichen.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 5: Van-der-Waals-Kräfte zwischen Fetten mit gesättigten Fettsäuren.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 5: Van-der-Waals-Kräfte zwischen Fetten mit gesättigten Fettsäuren.
Die Moleküle können sich relativ nah zueinander anordnen, sodass die Van-der-Waals Kräfte zwischen den langen unpolaren Fettsäureresten gut zur Wirkung kommen können.
Werfen wir nun einen Blick auf die Anordnung der Moleküle, die ungesättigte Fettsäuren aufweisen.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 6: Van-der-Waals-Kräfte zwischen Fetten mit ungesättigten Fettsäuren.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 6: Van-der-Waals-Kräfte zwischen Fetten mit ungesättigten Fettsäuren.
Es fällt auf, dass die Struktur der Fettmoleküle dazu führt, dass diese sich nicht so eng zusammen lagern können, wie im Fall gesättigter Fettsäuren. Dementsprechend sind die Bereiche in denen die Van-der-Waals Kräfte effektiv wirksam sind in sehr viel geringerer Zahl vorhanden.
Zusammengefasst bedeutet das, dass wir im Fall von Fetten mit vielen gesättigten Fettsäuren relativ starke zwischenmolekulare Wechselwirkungen vorfinden, was sich direkt auf ihren Schmelzbereich auswirkt. Dieser ist bzgl. der Temperatur relativ hoch im Vergleich zu Fetten mit vielen ungesättigten Fettsäuren. Bei letzteren handelt es sich dann um Verbindungen, die auch schon bei Raumtemperatur flüssig vorliegen, die sogenannten fetten Öle. Hier kannst du die strukturellen Auswirkungen der Fettsäuren auf die physikalischen Eigenschaften von Fetten erkennen.

Brennbarkeit

Säuren und Fette: Fette
Abb. 7: Fettbrände sollten niemals mit Wasser gelöscht werden.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 7: Fettbrände sollten niemals mit Wasser gelöscht werden.
Doch was ist zu tun bei solch einem Fettbrand?
Instinktiv würdest wahrscheinlich schnell Wasser draufkippen, um das Feuer zu löschen. Genau das aber ist die falsche Handlung. Wasser besitzt nämlich eine höhere Dichte als Fett (wie du oben gelernt hast), sodass dieses unter den Fettbrand gelangt und durch die hohe Temperaturen sofort verdampft. Durch die Verdampfung wird damit heißes, brennendes Fett explosionsartig in die Umgebung gespritzt, sodass umgebende Menschen schwer verletzt werden können. Aus diesem Grund sollte ein Fettbrand niemals mit Wasser gelöscht werden.
Ein Brand ohne Sauerstoff ist unmöglich. Deshalb sollte ein Fettbrand durch eine Abdeckung (am besten durch einen Deckel) erstickt werden. Dies ist die sicherste und beste Lösung.

Funktionen

Säuren und Fette: Fette
Abb. 8: Fette kommen in zahlreichen Formen vor, die wir als Nahrungsmitteln aufnehmen können.
Säuren und Fette: Fette
Abb. 8: Fette kommen in zahlreichen Formen vor, die wir als Nahrungsmitteln aufnehmen können.
Im Tierreich spielt das Fett auch eine entscheidende Rolle. Tiere die Winterschlaf halten, müssen sich vor dem Winter eine dicke Fettschicht zulegen, da sie ohne die Isolationsschicht und Energiereserven lange, harte Winter nicht überleben würden.
Demnach sind Fette überlebenswichtig und sollten aus dem Speiseplan nicht ganz weggestrichen werden. Im richtigen Maß sind Fette gut für unsere Gesundheit.
Bildnachweise [nach oben]
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