¿Por qué los ácidos grasos saturados tienen puntos de fusión más altos que los ácidos grasos insaturados?

La mayoría de los puntos de fusión dependen de cómo las moléculas pueden empacar cuando el compuesto está en estado sólido.

Por ejemplo, n-pentano (C5H12, cinco átomos de carbono que forman una cadena con tantos átomos de hidrógeno enlazados como puede haber) se funde a -130 ºC (-202 ºF). Por otro lado, el neopentano (también C5H12, pero esta vez es un átomo de carbono unido a cuatro átomos de carbono al mismo tiempo) se funde a -18 ºC (-0.4 ºF). Hay una gran diferencia, pero su fórmula molecular es exactamente la misma. Lo único que cambia es su geometría.

Si trabajamos con moléculas similares a cadenas (como n-alcanos) también podemos ver una tendencia en sus puntos de fusión:

Puede ver que, mientras los puntos de ebullición cambian de forma constante, los puntos de fusión aumentan de forma escalonada. Incluso puede observar que los n-alcanos con un número impar de átomos de carbono (propano, pentano, heptano, nonane …) parecen tener un punto de fusión más bajo que el esperado. Esto significa que se requiere menos energía para romper las fuerzas intermoleculares que hacen que los compuestos aparezcan en estado sólido. Por lo tanto, los n-alcanos con un número impar de átomos de carbono parecen empaquetarse peor que los n-alcanos con un número par de átomos de carbono. Puedes ver por qué la geometría de una molécula afecta su punto de fusión. Nos estamos acercando.

Entonces, sabemos que compuestos similares (como alcanos) pueden tener diferentes puntos de fusión dependiendo de qué tan bien pueden empacar cuando están en estado sólido. ¿Qué pasa con los dobles enlaces?

Echemos un vistazo a dos ácidos grasos: ácido oleico y ácido elaídico.

Ambos tienen el mismo número y tipo de átomos, y la misma conectividad. Solo hay una diferencia: la geometría del doble enlace en la cadena de carbono. El ácido elaídico (con un enlace trans C = C) tiene una forma más recta, mientras que el ácido oleico (con un enlace cis C = C) tiene una forma similar a U. Como las cadenas en forma de U pueden empacarse peor que las cadenas rectas, se necesita menos energía para superar las fuerzas moleculares que permiten que el compuesto esté en forma sólida. Por lo tanto, necesita una temperatura más baja para convertir el compuesto en líquido: su punto de fusión es menor.

Es importante que recuerdes que no sabemos esto porque lo dedujimos del conocimiento previo. Esta es solo una explicación razonable para un fenómeno que hemos observado y medido, pero la evidencia vino primero .

Algunos animales usan este truco para sobrevivir. Si echa un vistazo (usando un laboratorio) a la pierna de un reno, notará que, cuanto más baja por la pierna, mayor es el porcentaje de ácidos grasos insaturados en las membranas celulares. Tanto la oleica como la elaidica tienen un punto de fusion mas bajo que su equivalente saturado: acido estearico .

El ácido esteárico es sólido a 69 ºC (156 ºC), mientras que el ácido oleico y el ácido elaídico son sólidos a 13 ºC y 44 ºC (56 ºF y 109 ºC) respectivamente. Dado que los cascos son usualmente más fríos (están en contacto directo con la nieve), la presencia de ácidos grasos insaturados reduce la temperatura promedio que las patas del reno pueden soportar sin pasar demasiado frío. (Es importante tener en cuenta que, cuando se trabaja en una escala molecular, términos como sólidos o líquidos no tienen mucho sentido. Podríamos decir que las membranas celulares son semilíquidas). Esta es una de las diferencias entre los animales aclimatados al frío y los que no soportan el frío. ¡Y todo viene directamente de la química!

Espero que hayas entendido todo esto. No soy un hablante nativo de inglés, por lo que puede haber algunos errores en mi respuesta. No dude en corregirme y, por supuesto, no dude en preguntarme cualquier cosa en caso de que haya tenido problemas para seguir mi respuesta.