油の構造を知ろう

油は脂肪と同じものです。油には基本的な構造があります。グリセリンと3本の脂肪酸がエステル結合したものです。脂肪酸には飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸があり、炭素の長さで性質も違います。油の性質は、結合する脂肪酸によって決まります。

バター

油には基本的な形があります。まずそれを理解しましょう。

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油の構造はグリセリンと脂肪酸のエステル

油と脂肪は同じものです。また油脂は、油と脂肪の総称です。

よく分からないなあという方は、油と脂と脂肪と脂質ってどうちがうか分かりますか?をお読みください。

「あぶら」って聞くと、まず、「油」という漢字が頭に浮かびます。 「脂」は?やはり、あぶらと読みますね。油と脂はどうちがうのでしょう? ...

ウイキペディアで脂肪について調べると、こんな風に書いてあります。

油脂(ゆし)とは脂肪酸とグリセリンとのエステルで普通はトリグリセリドの形態を取るもの。(出典

油を簡単に図示するとこのような構造になっています。

脂肪酸

グリセリン

グリセリンは、化学ではグリセロール (glycerol)と呼ぶ方が正式なようです。しかし、グリセリンで行きましょう。

グリセリンは、3価のアルコールです。アルコールとはいっても、お酒を意味するアルコールではありません。飲んでも酔いません。

化学においてのアルコール(alcohol)とは、炭化水素の水素原子をヒドロキシ基 (-OH) で置き換えた物質の総称である。(出典

グリセリンは、下図を見ていただければお分かりになる通り、(-OH)基を3つ持つ3価のアルコールです。グリセリンの構造式はこのようになります。

glycerine

脂肪酸とは

脂肪酸とは、炭化水素の端にカルボキシ基(−COOH)がついたものをいいます。最初の図を見れば分かるように、脂肪酸は脂肪を構成する部品のようなものです。

脂肪と脂肪酸を同じものだと思っている方もいるのではないかと思いますが、別ものです。

炭素はC、水素はHです。

炭素には結合の手が4本ある

さて、炭素(C)に水素(H)はこのように結合します。メタンは炭素(C)が1個、エタンは炭素(C)が2個、プロパンは炭素(C)が3個つながっています。これが炭化水素の結合ルールです。

アルカン

炭化水素

このルールをまず理解して下さい。次に、具体的に脂肪酸を見てみましょう。下図を見ていただくとお分かりの通り、とても単純な構造です。

炭化水素の1つ水素がカルボキシ基(-COOH)に置き換わっています。

短鎖脂肪酸

脂肪酸は、もっと長くなります。われわれがよく使う食用油には、炭素数18の脂肪酸が多く含まれています。きっと私と同じように食用油について知りたい方が多いと思います。これから炭素数18の脂肪酸はいろいろ出てきます。

脂肪酸の書き方

ところで、脂肪酸が短いものならよいですが、長くなるととても見づらいものです。それで、もう少し見やすい書き方があります。炭素数が8から書いてみます。

赤い数字は炭素(C)数を表しています。数えてみてください。

脂肪酸

さらに、炭化水素部分は、炭素(C)と水素(H)でわかりきっているので、炭素(C)と水素(H)を省略してしまいます。この書き方が一般的です。

脂肪酸

回りくどいですが、このように書いてきたのはわけがあります。

私が油の本を読み始めた時に、最初に、一番省略された脂肪酸の構造式を見て意味がまったく分からなかったからです。

調べ方も分からず、「そういうことなのか」と分かるまで1ヶ月近くかかりました。私と同じように化学を勉強して来なかった文系の方は、戸惑うのではないかと思います。

炭素数が偶数の脂肪酸が多い

また、炭素数が2個ずつ増えるように書いたのは、体の中で脂肪酸をつくる仕組みがあるのですが、その時に炭素数が2個ずつ増えるからです。

脂肪酸は生合成を受ける際に炭素数が2個ずつ増加していくため、基本的には炭素数が偶数個の脂肪酸が大半を占める(出典

それもいずれ説明しますが、今は、そんなものかと思っていていただければよいです。

上の図で書いた、炭素数16の脂肪酸はパルミチン酸、炭素数18の脂肪酸はステアリン酸といいます。これからよく出てきます。

パルミチン酸とステアリン酸

エステルとは

エステルを調べるとこのように書かれていました。

エステル (ester) は、有機酸または無機酸のオキソ酸とアルコールまたはフェノールのようなヒドロキシル基を含む化合物との縮合反応で得られる化合物である。

単にエステルと呼ぶときはカルボン酸とアルコールから成るカルボン酸エステル (carboxylate ester) を指すことが多く、カルボン酸エステルの特性基 (R−COO−R’) をエステル結合 (ester bond) と呼ぶ事が多い。(出典

油の場合、エステルというのは、脂肪酸のカルボキシ基(−COOH)のH(水素)とグリセリンの(-OH)基が反応して、水(H2O)ができて外れます。(縮合)

この反応のことをいいます。図を見た方が早いですね。

下の図では、脂肪酸のカルボキシル基(−COOH)以外をRとして省略した書き方をしています。しかし、きっとRって何だ?とこだわる方もいらっしゃると思います。

アルキル基はアルカンから水素を1個抜いたものという記事で説明しました。この場合、Rはアルキル基のことです。

飽和炭化水素であるアルカンから水素1個を抜いたものがアルキル基です。構造式の一般形の中で「R」と書かれています。この記事は、アルカンの命名法に関連付けて補足するために書いています。アルカンってなんだ?という方は、まずそちらからお読みいただけ

Rは、R1、R2、R3とわざわざ区別できるよう数字がふってあるように、同じものである必要はありません。

つまり、グリセリンにエステルとして結合する3本の脂肪酸は、それぞれ別の脂肪酸でよいのです。

さあ、反応図を見てみましょう。

これが基本なのですが、こうやって見ると、分かりにくいですね。

エステルの実際を書いてみる

では、具体的に油脂の反応を載せましょう。他の記事でも使っていますがココアの油脂、ココアバターの反応です。グリセリンにそれぞれ炭素数と二重結合の数が違う脂肪酸が3本結合します。

オレイン酸は、まだ説明していませんが、オリーブ油の主成分となる脂肪酸です。パルミチン酸とステアリン酸に比べて形が少し歪んでいます。オレイン酸の炭素数は18です。

ココアバターの組成

ココアバターの組成

破線で囲んだ-OHと-Hは結合して水H2Oになり離れます。図中の線の太さの違いや微妙な形の崩れは許してください。うまく作図できなかっただけです。

ココアバターの組成

ココアバターの組成

グリセリンの3つの(-OH)基に対して、3つとも脂肪酸がエステル反応して水を出しながら結合しました。

グリセリンと脂肪酸がエステル反応したものを、グリセリドといいます。グリセリドには種類があります。

グリセリンの3つの(-OH)基に対して、脂肪酸が1つ反応したものは、モノ・グリセリド。
グリセリンの3つの(-OH)基に対して、脂肪酸が2つ反応したものは、・グリセリド。
グリセリンの3つの(-OH)基に対して、脂肪酸が3つ反応したものは、トリ・グリセリド。

油はトリグリセリドです。

脂肪酸は酸性だが脂肪(油)は中性

カルボキシ基(−COOH)は、H+(プロトン)を離して酸性になります。お酢が酸性なのは小学校の家庭科でも習うと思います。お酢の主成分、酢酸の示性式は、CH3COOHです。

電離

ところが、脂肪酸のカルボキシ基(−COOH)のHは、グリセリンの(-OH)基と反応して、水になったので中性になりました。それで中性脂肪と呼ばれています。

健康診断の中性脂肪

健康診断のシートに書かれている中性脂肪はトリグリセリド、すなわちTGのことでした。血液を流れる脂肪(油)を測定しているのです。

脂肪酸は2種類ある

この記事では、脂肪酸は炭素(C)に水素(H)が全て結合した飽和脂肪酸だけを使いました。もちろん、説明を分かりやすくするためです。

脂肪酸には、もう一つ種類があります。

ちょっとだけ触れましたが、オレイン酸のように形が歪んだ不飽和脂肪酸というのがあります。これは炭素(C)と水素(H)の結合に一部、炭素同士の二重結合があり、そのために形が歪むのです。

オメガ3のα-リノレン酸、オメガ6のリノール酸や、オメガ9のオレイン酸の名前をよく聞くと思います。脂肪酸については別な記事で紹介していきます。

また、グリセリンに結合する脂肪酸によって油の性質が変わります。これはまた別な記事でご紹介しましょう。

グリセリンは立体的である

ところで、イラストレイテッド ハーパー・生化学 原書29版には、グリセリンについて次のように書かれていました。

グリセロールは、今まで書いてきたグリセリンのことです。

グリセロールの炭素1と3はおなじではない

グリセロールの炭素原子をあいまいにならないよう番号づけをするために-sn-方式 stereochemical numbering (立体化学的番号づけ)が用いられている.

グリセロールの炭素1と3は三次元的には同じではないことを理解しておくことが大切である.

酵素はこの2つの炭素を容易に区別し,ほぼ常にどちらかの炭素に特異的である.

たとえばグリセロールはグリセロールキナーゼによってsn-3位がリン酸化されてグリセロール3-リン酸となるが,グリセロール1-リン酸にはならない.

グリセロール3-リン酸は、ブドウ糖がピルビン酸になる解糖系に出てきます。いずれ触れることになります。

図が2つありました。上は構造式ですが、下が投影式で立体的な位置関係が分かるようになっています。

まず、平面的に見ると、脂肪(油)はグリセリンの2番目の炭素のところで、1と3とは反対側に脂肪酸が位置します。

さらに立体的に見ると、結合の仕方が2種類のくさびに区別されています。

実線のくさびは紙面(画面ですか!)よりも上方に浮き上がっているという意味で、破線のくさびは、紙面よりも下方に下がっているという意味です。

トリアシルグリセロール

普段、あまり考慮することはないと思いますが、実際はこのようになっていると思っておきましょう。

まとめ

油は、グリセリンに脂肪酸が3本エステル結合したものです。

油について理解するとき、脂肪、脂肪酸など似たようなことばが出てきます。オメガ3、α-リノレン酸の油なんて聞くと、そういう油があるのかと思ってしまいます。

しかし、構造を理解すると、脂肪酸は脂肪を構成するものだと分かるので間違わなくなります。

構造式を見ると、いやな気分になる方も多いと思います。私もそうでした。しかし、しばらくすると慣れて、便利なものだと思うようになりますよ。

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