식용유를 오래 두면 산소와 반응하여 냄새가 고약해진다고 하는데, 탄소 사이의 이중 결합이 산화되는 과정을 화학 결합의 변화와 산화수의 변화 관점에서 설명해 주세요.

Question

식용유(불포화 지방산)를 오래 두면 산소와 반응하여 냄새가 고약해진다고 하는데, 탄소 사이의 이중 결합이 산화되는 과정을 화학 결합의 변화와 산화수의 변화 관점에서 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

식용유 속 불포화 지방산이 오래되면서 산패 냄새가 나는 과정은, 이중 결합을 가진 탄소가 산소와 반응해 점차 산화되는 화학적 변화로 설명할 수 있습니다.

불포화 지방산은 탄소-탄소 이중 결합을 포함하고 있는데, 이 결합은 전자 밀도가 높아 산소와 반응하기 쉽습니다. 시간이 지나면서 산소 분자가 이중 결합 주변의 알릴 위치를 공격해 수소 원자가 떨어져 나가고, 그 자리에 라디칼이 형성됩니다. 이 라디칼은 산소와 결합하여 퍼옥시 라디칼을 만들고, 다시 다른 지방산에서 수소를 빼앗아 하이드로퍼옥사이드라는 중간 생성물을 형성합니다.

하이드로퍼옥사이드는 불안정하기 때문에 쉽게 분해되며, 그 결과 알데하이드, 케톤, 짧은 사슬 카르복실산 같은 휘발성 산화 생성물이 생깁니다. 이 물질들이 바로 특유의 불쾌한 산패 냄새를 일으키는 원인입니다.

산화수 관점에서 보면, 원래 이중 결합을 가진 탄소는 상대적으로 낮은 산화수를 가지고 있습니다. 그러나 산소가 결합하면서 점차 산화수가 올라갑니다. 예를 들어, 알켄 상태의 탄소가 하이드로퍼옥사이드로 변하면 산화수가 증가하고, 더 진행되어 알데하이드(+1), 카르복실산(+3)으로 변하면서 점점 더 산화된 상태가 됩니다.

즉, 식용유가 오래되면서 냄새가 나는 현상은 불포화 지방산의 이중 결합이 산소와 반응해 산화되고, 그 과정에서 탄소의 산화수가 상승하며, 최종적으로 냄새를 유발하는 산화 생성물이 생기는 과정이라고 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

식용유가 오래되었을 때 나는 냄새는 불포화 지방산에 포함된 탄소–탄소 이중 결합이 산소와 반응하여 분해되는 자동산화 반응 때문입니다. 불포화 지방산은 사슬 중간에 C=C 이중 결합을 가지고 있는데, 이 이중 결합은 전자 밀도가 높아 산소와 같은 반응성 물질에 매우 민감합니다. 공기 중의 산소는 원래 안정하지만, 빛이나 열, 금속 이온 등에 의해 활성화되면 라디칼을 형성됩니다. 초기 단계에서는 지방산의 이중 결합 근처에서 수소가 떨어져 나가면서 탄소 중심 라디칼이 형성되고, 이후 산소와 결합하여 퍼옥시 라디칼을 만든 후에, 다시 다른 분자의 수소를 뺏어 과산화물을 형성합니다. 이 과정에서 원래의 C=C 이중 결합은 점차 깨지거나 재배열되며, 산소가 포함된 새로운 결합이 만들어집니다.

즉 이중 결합은 비교적 전자가 풍부한 결합이었지만, 산화가 진행되면서 C–O, C=O 같은 결합으로 바뀌는데요, 과산화물은 불안정하기 때문에 쉽게 분해되어 알데하이드, 케톤, 카복실산으로 쪼개지면서 냄새가 나게 됩니다.다음으로 질문해주신 산화수 측면에서 탄소는 산소보다 전기음성도가 낮기 때문에, C–O 결합이 형성될수록 탄소는 전자를 더 잃은 것으로 간주되어 산화수가 증가합니다. 감사합니다.