organik kimya konu anlatımı

Transkript

ORGANİK BİLEŞİKLER
Organik Kimya Tarihçesi
Organik kimya karbon-karbon bağı içeren bileşiklerin kimyasıdır. İnsanlar çok eski yıllardan beri organik kimyayla
uğraşmışlardır. Organik kimya bir bilim dalı olmadan önce de insanlar organik maddelerle uğraşıyorlardı. Üzüm
suyundan şarap yapma, sirke elde etme, bitkü ve hayvanlardan yağ elde etme, organik kimya bilim dalı olmadan
öncede gerçekleştiriliyordu.
19. yüzyılın ilk yarısında bir bilim dalı olarak ortaya çıkan organik kimya, bitkisel ve hayvansal maddelerin ortak
element olarak karbon içerdiğini ortaya çıkardı. İsveçli kimyacı Berzelius'un önerisiyle organik maddelerle ilgilenen
bilim dalına organik kimya adı verildi. Berzelius'a göre organik maddeler, yaşam gücü ile ancak canlı
organizmalarda meydana gelebilirdi. Bu görüş 1828 yılında Alman kimyacı Friderich Wöhler'in anorganik
maddelerden üreyi elde etmesiyle değişmeye başladı. Wöhler, amonyum sülfatla((NH4)2SO4) potasyum
siyanatı(KOCN) birbiriyle tepkimeye sokarak organik bir madde olan üreyi(NH 2-CO-NH2) elde etti. Wöhler,
deneyini yaparken potasyum siyanatı elde etmek için önce potasyum siyanürle(KCN) kurşun(IV) oksiti(PbO 2)
tepkimeye sokarak potasyum siyanatı(KOCN), sonrada üreyi elde etti.
KCN + PbO2
→
KOCN + PbO
2 KOCN + (NH4)2SO4 → K2SO4 + 2 NH4OCN
NH4OCN
→
Wöhler sentezi organik kimya için bir dönüm noktası kabul edildi. Organik maddelerin laboratuvarda sentezlenme
çalışmalarıda hız kazandı. Günümüzde canlılar tarafından üretilmeyen ve doğal olarak bulunmayan pek çok
madde yapay olarak elde edilebilmektedir.
Organik kimya, karbon içeren bileşikler kimyasıdır; ancak karbon atomu içeren her bileşik organik olmak zorunda
değildir. Örneğin, yapısında karbon içeren CO, CO2, Na2CO3 ve KCN gibi bileşikler organik değil anorganiktir.
Anorganik bileşikler iyonlardan meydana gelmişlerdir.Yapılarındaki atomlar birbirlerine iyonik bağlarla
bağlanmışlardır. Suda çok çözünürken, organik çözücülerde az çözünürler. Sulu çözeltileri elektriği iletir. Erime ve
kaynama noktaları yüksektir. Isıya dayanıklıdırlar ve buharlaşmaları zordur. Çok sayıda element içerirler. Örnek
olarak NaCl, KClO3, Fe2O3 verilebilir.
Organik bileşikler moleküllerden oluşurlar. Moleküllerdeki atomlar birbirine kovalent bağlarla bağlıdırlar.
Molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri Van der Waals ve hidrojen bağlarıdır. Suda az, organik çözücülerde çok
çözünürler. Çözeltilerinin elektrik iletkenliği yok denecek kadar azdır. Erime ve kaynama noktaları düşüktür. Kolay
yanarlar. Temel olarak C, H, O, P, N, S, Br, B, Cl, I, F gibi elementleri içerirler. Örnek olarak CH 4, C2H5OH
verilebilir.
Organik Bileşiklerin Formülleri
Organik kimyada bileşik formülleri farklı şekillerde gösterilebilir. Formüller, basit formül, molekül formülü ve yapı
şekilde yazılabilir. Örneğin propen bileşiğinin formülleri aşağıdaki gibi gösterilebilir.
Bileşiği oluşturan elementlerin türünü, atom sayılarınının oranını ve atomların sayılarını veren formüle ise
molekül formülü denir.
Organik bileşiklerde elementlerin aranması
Bir organik bileşiği oluşturan elementlerin neler olduğu nitel analiz ile, elementlerin bileşik içerisindeki miktarları da
nicel analiz yöntemleriyle bulunabilir. Bütün organik bileşiklerde karbon elementinin varlığı kesindir. Organik
bileşiklerdeki karbon(C) ve hidrojen(H) elementlerinin varlığını anlamak için, bir kap içerisine bir miktar organik
madde konulur ve kap içerisine fazla miktarda oksijen gönderilir. Organik madde tüpü ısıtılır ve organik maddenin
yanması sağlanır. Yanma sonucunda oluşan su buharı su tutucular tarafından, CO2 gazı da kireç suyu tarafından
tutulur. Kullanılmayan oksijen ve diğer gazlar tüplerden geçerek dışarı çıkarlar.
CO2 , H 2 O , O 2
ve diğer gazlar
Fırın
O2 ve di ğer gazlar
Madde
örneği
Mg(Cl4) gibi su
2
Kireç suyu
tutucu bir madde
Organik maddelerde azot(N) elementinin varlığını nitel olarak bulabiliriz. Bir deney tüpünde organik madde(üre
gibi azot içeren), NaOH ve CaO ile karıştırılıp ısıtılırsa bir gaz çıkışı olur. Tüpün ağız kısmında tutulan ıslak
kırmızı turnusol kağıdının rengi maviye dönerse çıkan gazın NH3 olduğu anlaşılır. Tepkimede oluşan NH3 gazı
organik maddede azot elementinin varlığını gösterir.
C, H, N ve O elementlerinden oluşan bir organik bileşikte C, H ve N varlığını nitel olarak bulabilirken O varlığını
bulamayız. Oksijenin varlığını bulabilmek ve miktarını hesaplayabilmek için C, H ve N elementlerinin nicel
analizleri sonucunda bulunan yüzde oranlarından yararlanırız. 100 gram organik bileşiğin analizi yapıldığında, C,
H ve N elementlerinin kütle yüzdeleri bulunur. C, H ve N elementlerinin yüzde kütleleri toplamı 100'den çıkarılırsa
o bileşikteki oksijenin kütle yüzdesi bulunur. Yüzdelerden yararlanarak elementlerin mol sayıları hesaplanır ve
birbirlerine oranlanarak bileşiğin basit formülü bulunur.
Örnek: Karbon ve hidrojenden oluşan bir organik bileşiğin analizi sonucunda kütlece % 80'i C, %20'si H
bulunmuştur. Buna göre, organik bileşiğin basit formülünü bulunuz.(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol)
Çözüm: Bileşikten 100 gramlık örnek alındığında, 80 gram C, 20 gram H içerir. Bu durumda 100 gram bileşikteki
C ve H mollerini hesaplayalım.
Atom sayılarının tamsayıya dönüştürülmesi için C ve H mol sayıları 6,7'ye bölünür.
bu durumda bileşiğin basit formülü CH3 olur.
Örnek: Karbon, hidrojen ve azot elementlerinden oluşan bir organik bileşiğin 31 gramının oksijenle yakılması
sonucunda elde edilen CO2 bileşiği 44 gram ve H2O bileşiği 45 gram olduğuna göre, organik bileşiğin basit
formülünü bulunuz.(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, N = 14 g/mol)
Çözüm: Önce CO2 ve H2O'nun bileşimindeki C ve H kütlelerini bulalım bulunur.
Başlangıçtaki organik madde kütlesinden C ve H kütleleri toplamını çıkararak N kütlesini bulalım.
31 g - (12 g + 5 g) = 14 g N
Bulunan değerlerden yararlanarak elementlerin mol sayılarını bulalım.
Bulunan değerler katsayılar olarak alınırsa bileşiğin basit formülü CH 5N olur.
Örnek: Karbon, hidrojen, oksijen ve azot elementlerinden oluşan bir organik bileşiğin analizi sonucunda kütlece %
49,48'i C, %5,19'u H, %28,85'i N olarak bulunmuştur.Buna göre, organik bileşiğin basit formülünü bulunuz.(C = 12
g/mol, H = 1 g/mol, N = 14 g/mol, O = 16 g/mol)
Çözüm: Bileşikten 100 gramlık örnek alındığında, 49,48 gram C, 5,19 gram H, 28,85 gram N içerir. Bu durumda
oksijen kütlesini bulmak için C, H ve N elementlerinin kütlelerinin toplamını 100 gramdan çıkardığımızda bileşiğin
100 gramındaki oksijen kütlesini buluruz.
100 - (49,48 + 5,19 + 28,85) = 16,48 g O
100 gram bileşikteki C, H, N ve O mollerini hesaplayalım.
Tüm atom sayılarının tamsayıya dönüştürülmesi için bütün sayılar 1,03'e bölünür.
bu durumda bileşiğin basit formülü C4H5N2O olur.
Örnek: Bir organik bileşiğin 36 gramının oksijenle yakılması sonucunda elde edilen CO2 bileşiği 52,8 gram ve H2O
bileşiği 21,6 gramdır. Bileşiğin 0,5 molü 90 gram olduğuna göre, organik bileşiğin molekül formülünü bulunuz.(C =
12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
Çözüm: Önce CO2 ve H2O'nun bileşimindeki C ve H kütlelerini bulalım bulunur.
Başlangıçtaki organik madde kütlesinden C ve H kütleleri toplamını çıkararak N kütlesini bulalım.
36 g - (14,4 g + 2,4 g) = 19,2 g O
Bulunan değerlerden yararlanarak elementlerin mol sayılarını bulalım.
Bu durumda tüm mol sayıları 1,2'ye bölünürse bileşiğin basit formülü CH 2O bulunur.
Bileşiğin mol kütlesini bulalım.
Bileşiğin molekül formülü aşağıdaki eşitlikle bulunur.
Basit formül kütlesi x n = Mol kütlesi
(CH2O) x n
=
180
30 x n = 180
n = 6
Bu durumda bileşiğin molekül formülü (CH2O)n
→
C6H12O6 olur.
Örnek: Bir organik bileşiğin 0,60 gramının oksijenle yakılması sonucunda elde edilen CO2 bileşiği 1,32 gram ve
H2O bileşiği 0,72 gramdır. Buna göre organik bileşiğin basit formülünü bulunuz.(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16
g/mol)
Örnek: Bir organik bileşiğin 3,6 gramının oksijenle yakılması sonucunda elde edilen CO 2 bileşiği 9,24 gram ve
H2O bileşiği 2,52 gramdır. Organik bileşiğin 0,5 molü 180 gram olduğuna göre, molekül formülünü bulunuz.(C =
12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
Örnek: Karbon, hidrojen, oksijen ve azot elementlerinden oluşan bir organik bileşiğin analizi sonucunda kütlece %
74'ü C, %7,4'ü H, %8,6'sı N olarak bulunmuştur.Organik bileşiğin bir molü, 48 mol atom içerdiğine göre molekül
formülünü bulunuz.(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, N = 14 g/mol, O = 16 g/mol)
Örnek: Molekül formülü C6H8O6 olan bileşiğin basit formülünü bulunuz.
Örnek: Basit formülü CHO olan organik bileşiğin mol kütlesi 116 g/mol olduğuna göre molekül formülünü bulunuz.
Örnek: Mol kütlesi 100 g/ mol olan organik bileşiğin analizinde kütlece %24 C, %3 H, %16 O, %57 F elde ediliyor.
Buna göre organik bileşiğin molekül formülünü bulunuz.( C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol, F = 19 g/mol)
Örnek: C, H ve O elementlerinden oluşan organik bileşiğin 11,6 gramı yakıldığında 26,4 gram CO2 ve 10,8 gram
H2O oluştuğuna göre,
a) bileşikte kaç gram oksijen vardır?
b) bileşiğin basit formülünü bulunuz.
c) bileşiğin 0,5 molü 29 gram ise molekül formülünü bulunuz. ( C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
Örnek: 0,1 molü yakıldığında 17,6 gram CO2 ve 7,2 gram su oluşuyor. Buna göre bileşiğin molekül formülünü
bulunuz. ( C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
Doymuş Hidrokarbonların Adları
Organik bileşiklerin sayısı çok olduğundan, bunların belirli bir düzene göre incelenmesi kolaylık sağlayacaktır. Bu
düzeni oluşturmak için en basit organik bileşikler alınarak adlandırılır ve diğer maddeler bu organik maddelerin
türevi olarak kabul edilerek adlandırılır. Doymuş hidrokarbonlar olarak aldığımız alkanlar en basit yapılı organik
maddelerdir. Yapıdaki C atomlarının tamamı 4 ayrı atomla bağlandığı için bu hidrokarbonlara doymuş
hidrokarbonlar da denir. Atomları arasında çoklu bağ ya da bağlar bulunduran hidrokarbonlara ise doymamış
hidrokarbonlar denir. Doymuş hidrokarbonlar düz zincir yapılı alkanlar, dallanmış alkanlar ve sikloalkanlar olmak
üzere üç gruptan oluşurlar. Düz zincirli ve dallanmış alkanların genel formülü CnH2n+2 , sikloalkanların genel
formülü ise CnH2n şeklindedir. 7 karbonlu düz zincirli alkanın molekül formülü C7H16 , 7 karbonlu sikloalkanın
molekül formülü ise C7H14 tür. Kimyacılar, C atomlarının tümünün düz bir zincir oluşturmasıyla oluşan alkanlara
normal alkan zinciri(düz zincirli alkanlar) demektedir.
Hidrokarbon dizilerinde her bir grup elemanı bir öncekinden metilen grubu(-CH2-) kadar farklılık gösteriyorsa,
homolog seri oluşturuyor demektir. Bir moleküller serisinde, moleküller bir C atomu ile farklılık gösteriyorlar ama
diğer özellikler bakımından benzerlikler taşıyorlarsa,homolog seri oluştururlar. Örneğin, ilk üç alkan
incelendiğinde, metan(CH3-H), etan(CH3CH2-H) ve propanın(CH3CH2CH2-H) birbirinin homologu olduğu görülür.
Kimyasal maddelerin sistematik bir biçimde adlandırılması ondokuzuncu yüzyılın sonlarında başlamıştır. Bundan
önceki adlandırmalarda maddelerin bazı özellikleri gözönüne alınarak adlandırma yapılıyordu. Örneğin formik asit
karıncaların bazı türlerinde rastlandığı için adını latincede karınca anlamına gelen formicae kelimesinden
almıştır. Kimyacılar günümüzde bile daha önceden oluşturulmuş isimleri kullanmaya devam etmektedirler. Birçok
kimyasal madde günümüzde de bu adlarla bilinirliklerini sürdürmektedirler. Genel adlandırmada madde adları
belirtilirken sayılar kullanılmaz. Sayıların kullanıldığı adlandırma sistemine sistematik adlandırma sistemi(IUPAC)
denir. Sık kullanılan bu kimyasal maddelerin geenel adları bugün bile değişmemiştir. Buna rağmen günümüzde
maddelerin sistematik adlandırmasının(IUPAC) öğrenilmesi gerekmektedir.
Sistematik adlandırmanın en önemli kuralı 'her farklı maddenin tek bir adı' nın olmasıdır. IUPAC sistemi
10 milyon civarında olduğu tahmin edilen ve her yıl binlerce yeni maddenin de bulunduğu organik maddelerin her
birine farklı bir ad verme üzerine kurulmuştur. IUPAC kuralları kullanılarak herhangi bir organik maddenin formülü
yazılabilir; ya da formülü verilen bir maddenin adı okunabilir. Kimyacılar birçok nedenle IUPAC adlandırma
sistemine uyum sağlamaktadırlar. Öncelikle, IUPAC sistemiyle heryerde maddeyi tanıyabilirler. İkinci olarak,
Kimya literatüründe maddelerin indekslenmesini daha kolay yapabilirler. Son olarak, bilgisayar sistemlerinde
literatür tarama işlemlerini daha kolay gerçekleştirebilirler.
IUPAC adlandırma sisteminde, düz zincirli alkanların adları esas alınarak adlandırma yapılır. Alkanlarda dört
karbondan fazla karbon içeren zincirlerdeki önekler yunan yada latin kökenlidir. Bu önekler met-, et-, prop-, büt-,
pent-, hekz-, hept-, okt-, non- şeklinde olur. Aşağıdaki tablo bazı düz zincirli(normal) alkanları göstermektedir.
ADI
C atomu sayısı
Yapısı
Metan
1
CH4
Etan
2
CH3CH3
Propan
3
CH3CH2CH3
Bütan
4
CH3CH2CH2CH3
Pentan
5
CH3CH2CH2CH2CH3
Hekzan
6
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
Heptan
7
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Oktan
8
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Nonan
9
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Dekan
10
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Undekan
11
CH3(CH2)9CH3
Dodekan
12
CH3(CH2)10CH3
Tridekan
13
CH3(CH2)11CH3
Tetradekan
14
CH3(CH2)12CH3
Pentakontan
50
CH3(CH2)48CH3
Hekzakontan
60
CH3(CH2)58CH3
Hektan
100
CH3(CH2)98CH3
Tablo 1.1. Bazı düz zincirli dallanmamış alkanların yapıları ve adları
Bir molekül formülündeki karbon atomlarının bir kısmının ya da tümünün halka yapısında bir araya gelmesiyle
oluşan, genel formülleri CnH2n olan doymuş hidrokarbonlara sikloalkanlar denir.
Yoğunlaştırılmış formül(yapı formülü)
Siklopentan
Bağ çizgili formül(çizgi gösterimi)
Siklopentan
Siklo alkanlar adlandırılırken alkan adının önüne yukarıda verilen örnekte olduğu gibi "siklo-" ön eki getirilir.
Halkalı yapı, düz zincirin iki ucundaki karbonların hidrojen kaybederek birbirine bağlanmasıyla oluşur. En küçük
üyesi üç karbonlu olan siklopropan'dır.
ORGANİK BİLEŞİKLERİN FORMÜLLERİ-HİBRİDLEŞME VE MOLEKÜL GEOMETRİSİ
Organik bileşiklerde temel element karbon olduğu için, organik kimyaya karbon kimyası da denir. Karbon
2
2
2
atomunun elektron dağılımı 1s 2s 2p şeklindedir. Değerlik elektron sayısı 4'tür. Periyodik cetvelin ikinci
periyodunda 4A grubundadır. Değerlik elektronlarını ortak kullanarak, aynı ya da farklı atom gruplarıyla dört tane
kovalent bağ yapar. Karbon başka C atomlarıyla tekli bağ, ikili bağ ya da üçlü bağ oluşturabilir. Aynı şekilde başka
atomlarla da bağ oluştururken bu şekilde bağlar oluşturabilir.
Organik bileşiklerin sayılarının çok olmasının nedeni karbonun çok bağ yapabilme yeteneğidir. Karbon atomları
diğer element atomlarıyla bağ yaparken, kendi aralarında da bağ yaparak uzun zincirler, halkalar şeklinde
bileşikler oluşturur.
Periyodik sistemde, C elementi çok sayıda bağ oluşturarak uzun zincirler oluştururken, periyodik sitemde C
elementine en yakın olan bor, azot, oksijen, silisyum, fosfor ve kükürt atomlarının zincir oluşturma özellikleri çok
azdır. C atomlarının çok sayıda bağ oluşturmaları ve diğer element atomlarından daha uzun zincirler
oluşturabilmeleri bağ enerjilerinin yüksek olmasından kaynaklanır. C-C bağının bağ enerjisi çok yüksektir. Başka
bir deyişle C-C bağının koparılması için gereken enerji çok yüksektir. Bu nedenle C-C bağı kararlı bir yapıdadır.
Karbon atomları birbirlerine sonsuz sayıda bağlanarak kararlı düz zincirli, dallanmış zincirli ve halkalı çok sayıda
bileşik oluşturabilir.
Periyodik cetvelde yer alan elementlerin bir kısmının elektronegativite değerleri yukarıdaki şekildeki gibidir.
Çizelgeye bakıldığında karbona en yakın olan B, Si ve P elementlerinin elektronegativite değeri, karbon atomunun
elektronegativite değerinden azdır. Bu durumda B, Si ve P element atomlarının birbirlerinin ve diğer atomları
çekme kuvvetleri, karbon atomlarının birbirlerini ve diğer atomları çekme kuvvetinden az olacaktır. Azot ve oksijen
atomlarının elektronegativite değeri ise C elementininkinden büyüktür; ama bağ yapmada kullanacakları elektron
sayısı daha az olduğu için ve bağ yapmayan değerlik elektronlarının da bulunması az sayıda bağ oluşturmalarına
ve az sayıda bileşik oluşturmalarına neden olur.
Lewis Formülleri
Lewis, bağ oluşumlarını inceleyebilmek için kendi adıyla anılan özel bir gösterim geliştirmiştir. Bu gösterimde
atomun değerlik elektronları, atomun simgesinin çevresine her bir elektron için bir nokta kullanılarak yerleştirilir.
Aşağıda bazı atomların elektron dağılımları ve Lewis gösterimleri yapılmıştır.
3Li
1s 2s
2
1
4Be
1s 2s
2
2
5B
1s 2s 2p
2
2
1
2
2
2
2
2
3
2
2
4
2
2
5
6C
1s 2s 2p
7N
1s 2s 2p
8O
1s 2s 2p
9F
1s 2s 2p
Lewis simgeleri kovalent moleküller için yazıldığı zaman Lewis formülü veya lewis yapısı diye adlandırılır. Lewis
formüllerinde iki elektron bir bağ oluşturur. Bağ elektron çifti(-) ile gösterilir.Aşağıda bazı bileşiklerin Lewis
gösterimleri yapılmıştır.
Yukarıda bağ yapısıyla gösterilmiş moleküllerde ortaklanmış(bağ yapımına katılan elektronlar) elektron çiftleri
atomlar arsındaki bağlarla gösterilmiştir. Ortaklanmamış elektron çiftleri ise yapısında yer aldığı atomun
çevresinde noktalarla gösterilmiştir. Lewis formülleri yazılırken atom sembolünün çevresine atomun değerlik
elektron sayısı kadar nokta konulur. Nokta tek ise ortaklanmamış elektron, iki tane ise ortaklanmış elektron çiftini
gösterir.
Örneğin,
vardır.
atomunda iki tane ortaklanmamış elektron, iki tanede bağ yapımına katılmayan elektron çifti
Kovalent bağ yapımında ortaklaşa kullanılan elektron çiftlerine ortaklanmış elektron çifti ya da bağlayıcı elektron
çifti denir.
Örnek:
Aşağıda kapalı formülü verilen bir maddenin Lewis formülünün yazılımı basamaklar halinde
gösterilmektedir.
Örnek:
Yukarıda yoğunlaştırılmış formülü verilen organik bileşiğin Lewis formülünü yazınız.
Yanıt:
Örnek: Aşağıda yoğunlaştırılmış formülleri verilen organik bileşiklerin Lewis formüllerini yazınız.
Organik moleküllerde Rezonans ve Tautomeri
Organik maddelerin birçoğu için tek Lewis formülü yazmak yeterlidir. Ancak, bazı organik bileşikler iki ya da daha
fazla Lewis formülüyle de ifade edilebilmektedir. Organik bileşikte, atomlar aynı şekilde yerleştiği halde
elektronların farklı yerleşmesi ile oluşan farklı yapıların karışımına rezonans denir. Rezonans olan moleküllerde
çoklu bağ karakteri vardır ve moleküle dağılmış durumdadır. Moleküldeki atomlarının yeri değişmeden,
elektronların yer değiştirmesiyle oluşan rezonans yapılar gösterilirken,Lewis formülleri arasına çift yönlü ok(↔)
çizilir. Molekül tek bir formülle ifade edilemez; oluşan farklı yapıların katkısıyla oluşan rezonans karışımıyla
gösterilir. Rezonans karışımının enerjisi, tek tek yapıların enerjisinden daha düşüktür; rezonans, toplam enerjiyi
azaltır ve bileşiğin daha kararlı hale gelmesini sağlar. Aşağıda benzenin(C 6H6) rezonans yapıları ve genel formülü
gösterilmiştir.
Yanda rezonans yapısı gösterilen format iyonunda, atomların
konumu aynı kaldığı halde elektron çiftleri yer değiştirmiştir.
İkili bağların farklı konumlarda yer aldığı bir başka durum daha vardır. Organik kimyada bunu açıklayan
tautomerilikte bir izomer şeklidir. Karbon atomu ile çift bağ yapabilen bir heteroatom(O, S, N gibi) üzerinde
hidrojen varsa ve de bunlar doğrudan -C=C- çift bağlı C atomlarından birine bağlı ise, C=C çift bağı karbon ile
heteroatom arasına kayarken, heteroatoma bağlı hidrojen çift bağın diğer tarafındaki C atomu üzerine geçerek
başka bir yapı oluşturur.
Yukarıda verilen örnekteki, keto-enol dönüşümünde enol formundaki yapıda yer alan hidroksil(-OH) den bir
+
proton(H ) ayrılır ve iki hidrojenin bağlı olduğu C atomuna göç eder. Karbon atomları arasındaki ikili bağ, tek bağ
haline gelirken, C atomu ile O atomu arasındaki tek bağ ikili bağ haline gelir. Keto ve enol karışımında ortamda
enol form yok denecek kadar azdır. Ortamda %100'e yakın keto formu bulunur. Aradaki oklar bunu anlatmak için
tek tarafı kısa olarak çizilmiştir. Keto formun daha kararlı olması ve fazla bulunması bağ enerjilerine bakıldığında
daha kolay anlaşılır. C=O bağ enerjisi 364 kJ/mol, C=C bağ enerjisi 250 kJ/mol'dür. C=O'da yer alan bağı daha
kararlı olduğu için bu formlardan keto formu daha kararlıdır.
İkili bağ bulunan C atomuna -OH grubu bağlıysa bu bileşiklere enol adı verilir. Kararsız olan enol bileşiği -OH'taki
hidrojenin yer değiştirmesiyle keto yapısına dönüşür. Birbirine dönüşebilen enol ve keto bileşiklerinin dengede
bulunmasına tautomeri denir. Tautomerler keto ve enol formunda oldukları için buna keto enol tautomerisi denir.
Aşağıda bazı keto enol tautomeri örnekleri verilmiştir.
Örnek:
Örnek:
Yukarıda verilen örnekte enol formu, keto formuna göre daha kararlı bir yapıya sahiptir.
Örnek:
Verilen örnekte, 3-pentanon'da keto ve enol formlarının dengede
olduklarını gösteren ok işaretleri her iki yöne dünüşümünde aynı
olduğunu göstermektedir.
Hibridleşme ve Molekül Geometrisi
Kovalent bağlar, son yörüngelerinde zıt spinli birer elektron taşıyan iki atom
arasında oluşur. Yandaki C atomunun elektronlarının enerji seviyelerindeki
orbitallere dağılımı görülmektedir. Elektron dağılımına bakıldığında C atomunun en
dış enerji seviyesindeki 2p orbitallerine iki tane ortaklanmamış elektron olduğu
görülür. Karbon atomu bu durumda(temel hal) dört bağ yapamaz. C atomu temel
haldeyken, enerji verilerek uyarılırsa 2s orbitallerinde ortaklanmış olarak bulunan
elektronlardan birisi 2p orbitallerinden boş olanına yerleşir. Bu durumda C atomunun ortaklanmamış elektron
sayısı dört olur. C atomu bu değişikliği kendi başına
iken yapmaz, başka atomlarla bağ yaparken
gerçekleştirir.
C atomu tek başına iken gerçekleşmeyen bu olay C
atomunun başka atomlarla bağ oluşturması sırasında
gerçekleşir. Bu değişimle ilgili buluşu yapan bilim
insanı Linus Pauling'dir. 1931 yılında, yaptığı
çalışmalarda metan gazındaki karbon atomunun
elektron dağılımının, serbest haldeki C atomunun
elektron dağılımından farklı olduğunu göstermiştir.
Pauling, bir tane 2s ve 3 tane 2p orbitalinin oluşan bir
değişimle 4 yeni birbirine benzer orbital gibi
davrandıklarını matematiksel olarak bulmuştur. Metan
gazının yapısında yer alan bu dört orbitale
hibridleşmiş atomik orbitaller adı verilmiştir. Hibrid
orbitaller merkez atomun orbitallerinin birbirlerine
karışması sonucu oluşur. Farklı enerjileri olan atom orbitallerinin etkileşerek aynı enerjiye sahip özdeş orbitallere
dönüşmesine hibridleşme denir. C atomunda bir s ve üç p orbitalinin yeniden düzenlenmesiyle oluşmuş yeni dört
3
orbitale de sp orbitalleri denir.
Yanda metan gazı oluşumu olayı şematize
edilmiştir. Normalde metan gazı oluşurken s
ve p orbitalleri birbirinden farklı olduğundan
bağlarında farklı uzunlukta ve özellikte
olması beklenir; ancak yapılan ölçümler bağ
yapımını katılan 4 orbitalin de özdeş
olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni
bileşik oluşumu sırasında karbon atomunun
orbitallerinde
gerçekleşen
hibridleşme
olayıdır. Bu durumda bağ yapımına katılan
3
orbitaller hibridleşmiş sp orbitalleridir.
Eten(etilen) molekülünün Lewis formülünde merkez atomu olan C'un
çevresinde üç doğrultu vardır. Bunlar bir tane yarım dolu s orbitali ile iki tane yarım dolu p orbitalinden oluşan
2
orbitallerle oluşur. Merkez atomu bu durumda sp hibridleşmesi yapmış olur. Bu durumda C atomunda bağ
2
2
yapımına üç tane sp orbitali ile bir tane p orbitali katılmış olur. C atomları arasındaki bağlardan biri sp orbitalleri
arasında olurken, diğeri p orbitalleri arasında olur.
İki atom orbitalinin ya da hibrid orbitalinin
bağ ekseni doğrultusunda uç uca
örtüşmesiyle oluşan bağ tipine sigma(
bağı denir. Bağ eksenine dik atomik p-p
orbitallerinin yan yana örtüşmesiyle oluşan
bağa pi( ) bağı denir. İki atom arasında
oluşan bağ sayısı bir ise bağın adı sigma,
iki atom arasında oluşan bağ sayısı birden
fazla ise bağlardan biri sigma diğerleri pi
bağı olur.
bağı,
bağından daha
kuvvetlidir.
bağı oluşmadan
bağı
oluşmaz. İki atom arasında sadece bir
tane
bağı oluşabilir.
bağı,
ortaklanmamış
elektron
çiftleriyle
molekülün geometrisini belirlerken,
bağları sadece bağ uzunluğunu kısaltır.
Yan da formülü verilmiş olan etin(asetilen molekülünde merkez atomu olan C'un
çevresinde iki doğrultu vardır. Bu doğrultudaki iki orbitaller bir tane s ve bir tane p
orbitalinin hibridleşmesi sonucunda oluşan sp orbitalleridir. Merkez atomunun bu
durumda hibridleşme türü sp'dir. Hibridleşmeye katılmayan her iki karbondaki p
orbitalleri, C atomları arasındaki üçlü bağdan ikisini oluşturur. p orbitallerinin
oluşturduğu bağlar
bağlarıdır.
C atomunun hibridleşme türü için bağ çeşitlerine bakarak karar verebiliriz.
3
C atomu 4 sigma bağı yapmışsa sp hibridleşmesi, 3 sigma bağı yapmışsa
2
sp hibridleşmesi, 2 sigma bağı yaparsa sp hibridleşmesi yapmıştır.
Örnek:
Yukarıda verilen organik madde örneğindeki C atomlarının hibridleşme türlerini bulunuz.
Yanıt:
Örnek:
Yanda formülleri verilen organik
bileşiklerdeki C atomlarının
hibridleşme türlerini bulunuz.
Örnek:
Yanda verilen organik bileşiklerdeki C atomlarının hibridleşme
türlerini bulunuz.
MOLEKÜL GEOMETRİSİ-VSEPR Teorisi
Küçük moleküllü bir bileşiğin geometrisini ortaya çıkarabilmek ve bir tahminde bulunmak için Değerlik Katmanı
Elektron Çifti İtme Teorisi(VSEPR Teorisi)'nden yararlanılır. Bunun için merkez atomunun sigma bağ sayısının ve
bağ yapmamış elektron çifti sayısının bulunması gerekir. Sigma bağ sayısı ile bağ yapmamış elektron çifti
sayısının toplamına sterik sayı adı verilir. Aşağıda üç maddenin sterik sayısının bulunması işlemleri gösterilmiştir.
(
(
(
__________________________________________________________________________________________
Sterik sayı = 4
Sterik sayı = 4
Sterik sayı = 4
Sterik sayı, birbirini iten toplam elektron çiftlerinin(bağ yapan ve yapmayan tüm çiftler) sayısını verir. Elektron
çiftleri birbirini ittiğinde üç boyutlu uzayda birbirilerinden en uzak olacak bölgelere yerleşecek şekilde
düzenlenirler. Sonuçta, merkez atomunun geometrisi sterik sayı kullanılarak bulunmuş olur. Şimdi yukarıda sterik
sayılarını hesapladığımız bileşiklerin geometrilerin inceleyelim.
3
Metan(CH4) bileşiğinde sterik sayı 4'tür. CH4 bileşiğinde C atomunun 4 sp orbitali, 4
tane H atomunun 1s orbitali ile örtüşerek dört tane kovalent bağ yapar. Bağ yapımına
katılan elektron çiftleri birbirini iter ve hidrojen atomları birbirlerine en uzak konumda
olacak şekilde bir düzgün dörtyüzlü(tetrahedral) yapının köşelerine yerleşir. H
o
atomları arasındaki bağ açıları 109,5 olur.
3
Amonyak(NH3) molekülünde sterik sayı 4'tür. sp hibridleşmesi yapmış azot atomunun çevresinde bağ yapımına
katılan üç tane ortaklanmış elektron çifti ve bir tane de bağ yapımına katılmayan elektron çifti vardır. Bağ
yapımına katılmayan elektron çifti, bağ yapımına katılan elektron çiftlerini iterek kendisinden en uzak kalacakları
o
noktaya itmeye çalışır. Bu durumda düzgün dörtyüzlü yapıdaki 109,5 'lik açı küçülür. Bağ yapımına katılmayan
elektron çiftinden dolayı molekülün geometrik yapısı düzgün dörtyüzlü değil, üçgen piramit şeklinde olur.Elektron
o
çiftleri arasındaki açı da 107,3 olur.
3
Su(H2O) molekülünde sterik sayı 4'tür. Oksijen oluşturduğu sp hibrid orbitalleri ile hidrojenin 1s orbitalleri
örtüşerek iki tane sigma bağı oluşturur. Bunun iki tanesi H elektronlarıyla bağ oluşturacak, kalan iki bağ yapımına
katılmayan elektron çifti ise bağlardaki elektronları iterek kendilerinden uzakta tutmaya çalışır. Bu durumda bağ
o
yapımında bulunan elektron çiftleri arasındaki açı biraz daha küçülür ve 104,5 olur. Molekülün geometrik yapısı
düzgün dörtüzlüden kırık doğru şeklinde bir yapıya değişir.
VSEPR gösteriminde A merkez atomunu, X merkez atomuna bağlı atom ya da atom gruplarını E'de bağ yapımına
katılmayan elektron çiftlerini gösterirse;
AX4 gösterimi, CH4, CCl4, ve SiF4 gibi molekülleri,
AX3E gösterimi, NH3 ve benzeri molekülleri
AX2E2 gösterimi, H2O ve benzeri molekülleri gösterir.
2
sp hibridleşmesiyle oluşan molekül geometrisi
2
Küçük moleküllü bir bileşikteki sterik sayı 3 ise merkez atomu sp hibridleşmesi yapıyor demektir. Atom numarası
5 olan bor element atomunun 9F ile oluşturduğu BF3 molekülünü inceleyelim. Bor'un, her biri bir bağ yapacak 3
tane değerlik elektronu vardır. B F ile molekül oluştururken üç bağ oluşturacak ve üzerinde bağ yapmayan
elektron çifti olmayacağından sterik sayısı 3 olur. Bor üç bağ oluşturacağı için dört değil üç orbitale ihtiyacı olacak;
2
2
bu nedenle sp hibridleşmesi yapacaktır. sp hibrid orbitallerinin birbirinden en uzak olacakları şekilde
o
yerleşebilmeleri gerektiği için düzlemsel üçgen bir yapıda yerleşecekler ve aralarındaki açılar 120 olacaktır.
Molekül şekline düzlemsel denmesinin nedeni moleküldeki tüm atomların aynı düzlemde bulunması, üçgen
denmesinin nedeni ise bor atomunun üç farklı atomla bağ yapmasıdır.
sp hibridleşmesiyle oluşan molekül geometrisi
Küçük bir bileşik molekülündeki merkez atomunun sterik sayısı 2 ise, merkez atomu sp hibridleşmesi yapıyor
demektir. 4Be ile 1H atomlarının oluşturduğu BeH2 molekülünde berilyum'un değerlik elektron sayısı 2 olduğu için ,
her elektron bir bağ oluşumunda kullanılacaktır. Bu nedenle berilyum kullanacağı iki orbitali için sp hibridleşmesi
yapacaktır. Bağ oluşumu sonucunda berilyum atomunun bağ yapmayan elektronları da olmadığı için sp
hibridleşmesi yapmış orbitallerin birbirinden en uzakta bulunacakları şekilde yerleşmeleri gerektiği için,
o
aralarındaki açı 180 olacaktır. Oluşan molekülün geometrisi doğrusal olacaktır.
sp hibridleşmesine bir başka örnek olarak CO2 molekülü verilebilir. CO2 molekülünde
merkez atomu olan C'nin sigma bağ sayısı 2 ve bağ yapmayan elektronu da
bulunmadığı için sterik sayısı 2'dir. Bu durumda merkezdeki C atomu sp hibridleşmesi
yaparak molekülü oluşturacak ve molekül geometrisi de doğrusal olacaktır.
3
2
sp , sp ve sp hibridleşmeleri ile oluşan moleküllerde ortaya çıkan geometriler aşağıdaki gibi özetlenebilir.
Örnek: Aşağıda molekül yapısı gösterilen bileşiğin H hariç, tüm atomlarının molekül geometrisini açıklayınız.
Yanıt:
ORGANİK MADDELERİN ADLANDIRILMASI
Organik kimya karbon atomlarının kimyasıdır; ancak organik maddelerden bazıları karbon atomlarının yanında
başka atomlarda içerirler. Organik maddelerin içerdiği bu farklı atomlar, organik maddenin fiziksel ve kimyasal
özelliklerini de belirler. Organik maddelerde bulunan karbon ve hidrojen atomları haricindeki böyle atomlara
kimyacılar hetero atomlar adını vermektedirler. Bu atomların oluşturduğu gruplara da fonksiyonel gruplar
denir. Burada organik maddelerin adlandırılması ile ilgili kurallar açıklanacaktır.
Organik bileşikler içerdikleri fonksiyonel gruplara göre sınıflandırılmaktadır. Aynı sınıfa giren organik
maddeler benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olmaktadırlar. Organik maddelerin adları içerdikleri
fonksiyonel gruba göre oluşturulmaktadır.
1.1 ORGANİK MADDELERİN YAPISI
Moleküller gerçekte 3 boyutlu yapıdadırlar. Moleküllerin bu yapıları onların fiziksel özellilerinin belirlenmesinde ve
başka bir molekülle etkileşimlerinde önemli rol oynamaktadır. Moleküller gözle görülemeyecek kadar küçük
yapılıdırlar. Kimyacılar böylesine küçük maddeleri molekül modelleriyle sembolize etmektedirler. Bu modellerden
birisi de iki boyutlu yapısal formül modelidir. İki boyutlu yapısal formül modelinde maddelerin bütün atomları ve
atomlar arasındaki bağlar sayfa düzlemi üzerinde gösterilmektedir. Aşağıda heptan molekülünün iki boyutlu
yapısal formülü görülmektedir.
Hidrokarbonlar bütün organik maddelerin iskeletini oluştururlar. Hidrokarbonlar C ve H atomlarından oluşurlar.
Bir hidrokarbonda her bir karbon atomu dört bağ yapar. Bu bağlar, bir karbon ve hidrojen atomu arasında tek, bir
karbon atomuyla diğer karbon atomları arasında tek ya da çok(en fazla üç) sayıda bağdan oluşur. Çok sayıda
atom içeren moleküllerde ya da kompleks yapılarda atomlar arasındaki bağları teker teker göstermek çok fazla
zaman alacaktır. Bu nedenle böyle moleküllerin yazımında yoğunlaştırılmış yapısal formül yazılır.
Karbon atomları arasındaki bağların da gösterilmemesi durumunda formül aşağıdaki şekle dönüştürülür.
Yukarıdaki formülde heptanın yapısında yer alan -CH2-(metilen) grubu beş kez tekrarlanmaktadır. Bu tekrarlar
organik maddelerin çoğunda bulunmaktadır. Bu nedenle, heptanın formülü aşağıdaki biçimde de yazılabilir.
Bağ çizgileri yapı formülü pek çok organik kimyacının organik moleküllerin gösterimi için kullandığı bir
formüldür. Bu yapıları çizmek oldukça kolaydır. Böylece organik maddenin iskelet yapısı yalnızca bağlarla ifade
edilmiş olur. Bağ çizgileri ile gösterilen molekül formülünde uç kısımlarda ve çizgilerin kesşme noktalarında
karbon atomları yer almaktadır. C-H bağları formülde gösterilmemektedir. Bağ çizgileri ile oluşturulmuş yapı
formülünde H ve C bağ sayıları baz alınarak moleküldeki H ve C atomları sayısı belirlenir. Heptan molekülünün
bağ çizgili molekül formülü aşağıdaki gibidir.
Hidrokarbonların tümü düz zincirli değildir. Hidrokarbonların halkalı yapıda olanları da vardır. Bunlar için de aynı
yapısal formül kuralları kullanılır. Ancak iki boyutlu yapısal formülde atomların ve bağların tümünün açık bir
şekilde gösterilmesi karışıklığa yol açabilmektedir. Aşağıdaki örnekte metil siklopentan bileşiğinin iki boyutlu
yapısal formülü görülmektedir.
Aynı bileşiğin yoğunlaştırılmış yapı formülü ve bağ yapılı formülü aşağıdaki gibidir.
Genelde, kimya anlatımlarında yoğunlaştırılmış yapı formülü ve bağ çizgili yapı formülü biraraya getirilerek
oluşturulmuş formüller, belirli özellikleri daha kolay açıklayabilmek için kullanımda daha ön plandadırlar.
Örnek: Aşağıda yoğunlaştırılmış yapı formülü verilen bileşiklerin bağ çizgili yapı formüllerini yazınız.
Aşağıda bağ çizgili yapı formülü verilen moleküllerin yoğunlaştırılmış formüllerini yazınız.
1.2 ALKANLAR
3
Alkanlar en basit yapılı organik maddelerdir. Alkanlarda karbon atomlarının tümü sp hibritleşmesi yapmıştır.
Her karbon atomu 4 ayrı atomla düzgün dörtyüzlü bir yapı oluşturur. Yapıdaki C atomlarının tamamı 4 ayrı atomla
bağlandığı için bu hidrokarbonlara doymuş hidrokarbonlar da denir. Aşağıdaki maddelerden yalnızca etan
doymuş hidrokarbondur.
Atomları arasında çoklu bağ ya da bağlar bulunduran hidrokarbonlara ise doymamış hidrokarbonlar denir.
Yukarıdaki örnekte görüldüğü gibi yapısında
bağı bulunduran etilen(eten) ve asetilen(etin) doymamış
hidrokarbon, benzen ise aromatik hidrokarbondur.
Doymuş hidrokarbonlar alkanlar ve sikloalkanlar olmak üzere iki gruptan oluşurlar. Alkanların genel formülü
CnH2n+2 , sikloalkanların genel formülü ise CnH2n şeklindedir. 7 karbonlu alkanın molekül formülü C 7H16 , 7
karbonlu sikloalkanın molekül formülü ise C7H14 tür. Kimyacılar, C atomlarının tümünün düz bir zincir
oluşturmasıyla oluşan alkanlara normal alkan zinciri demektedir.
Hidrokarbon dizilerinde her bir grup elemanı bir öncekinden metilen grubu(-CH2-) kadar farklılık gösteriyorsa,
homolog seri oluşturuyor demektir. Bir moleküller serisinde, moleküller bir C atomu ile farklılık gösteriyorlar ama
diğer özellikler bakımından benzerlikler taşıyorlarsa,homolog seri oluştururlar. Örneğin, ilk üç alkan
incelendiğinde, metan(CH3-H), etan(CH3CH2-H) ve propanın(CH3CH2CH2-H) birbirinin homologu olduğu görülür.
1.3 Yapısal İzomeri
Alkanlar atomlar arasındaki bağlar nedeniyle, üç karbonlu olanı da dahil olmak üzere düz zincirli bir dizilim
gösterirler. Dağılımı başka bir dizilişle gösterebilmek mümkün değildir. Üç karbondan fazla karbon içeren
alkanlarda ise birden fazla molekül yapısı çizebilmek mümkündür.
Örneğin, C4H10 molekül formülüne sahip iki farklı dizilim yazılabilir.
Aynı molekül formülüne, farklı molekül yapısına sahip olan maddelere izomer maddeler denir. İzomer maddeler,
stereoizomerler ve yapı izomerleri olarak iki grupta incelenirler. Stereoizomer maddelerin üç boyutlu yapıları
birbirinden farklıdır. Yapı izomerlerinde ise bağ dizilimleri farklıdır. Burada yapı izomerleri incelenecektir.
Formül
İzomer Sayısı
C5H12
3
C6H14
5
C7H16
9
C8H18
18
C9H20
35
C10H22
75
C15H32
4.347
C20H42
366.319
C30H62
4.111.846.763
Tablo. Alkanların bazılarının yapı izomeri sayısı
Yapı izomerleri aynı atomlardan oluşmasına rağmen, molekül içerisinde atomlar arasındaki bağ dizilimlerinin farklı
olması nedeniyle birbirlerinden ayrılırlar. C4H10 molekül formülüne sahip olan izomer maddeler aslında birbirinden
farklı özelliklere sahip olan maddelerdir. İzomer maddeler yalnızca bağ dizilimleriyle değil, farklı fiziksel
0
özellikleriyle de birbirlerinden ayrılırlar. Örneğin CH3CH2CH2CH3 maddesinin normal kaynama noktası -0.6 C
0
iken, CH(CH3)3 maddesinin normal kaynama noktası -10.2 C dir. Molekül formülündeki C atomları sayısı arttıkça,
aynı formüle sahip izomer madde sayısı da artmaktadır. C 5H12 molekül formülüne sahip izomer sayısı 3, C6H14
molekül formülüne sahip izomer sayısı 5, C10H22 molekül formülüne sahip izomer sayısı 75, C20H42 molekül
13
formülüne sahip izomer sayısı 300000, C40H82 molekül formülüne sahip izomer sayısı 6,35x10 tür. İzomeri
konusu bir sonraki bölümde daha detaylı olarak incelenecektir.
1.4 IUPAC ADLANDIRMASI
Kimyasal maddelerin sistematik bir biçimde adlandırılması ondokuzuncu yüzyılın sonlarında başlamıştır. Bundan
önceki adlandırmalarda maddelerin bazı özellikleri gözönüne alınarak adlandırma yapılıyordu. Örneğin formik asit
karıncaların bazı türlerinde rastlandığı için adını latincede karınca anlamına gelen formicae kelimesinden
almıştır. Kimyacılar günümüzde bile daha önceden oluşturulmuş isimleri kullanmaya devam etmektedirler. Birçok
kimyasal madde günümüzde de bu adlarla bilinirliklerini sürdürmektedirler. Genel adlandırmada madde adları
belirtilirken sayılar kullanılmaz. Sayıların kullanıldığı adlandırma sistemine sistematik adlandırma sistemi(IUPAC)
denir. Sık kullanılan bu kimyasal maddelerin geenel adları bugün bile değişmemiştir. Buna rağmen günümüzde
maddelerin sistematik adlandırmasının(IUPAC) öğrenilmesi gerekmektedir.
Sistematik adlandırmanın en önemli kuralı 'her farklı maddenin tek bir adı' nın olmasıdır. IUPAC sistemi
10 milyon civarında olduğu tahmin edilen ve her yıl binlerce yeni maddenin de bulunduğu organik maddelerin her
birine farklı bir ad verme üzerine kurulmuştur. IUPAC kuralları kullanılarak herhangi bir organik maddenin formülü
yazılabilir; ya da formülü verilen bir maddenin adı okunabilir. Kimyacılar birçok nedenle IUPAC adlandırma
sistemine uyum sağlamaktadırlar. Öncelikle, IUPAC sistemiyle heryerde maddeyi tanıyabilirler. İkinci olarak,
Kimya literatüründe maddelerin indekslenmesini daha kolay yapabilirler. Son olarak, bilgisayar sistemlerinde
literatür tarama işlemlerini daha kolay gerçekleştirebilirler.
1.5 ALKANLARIN ADLANDIRILMASI
Alkanların düz zincirli olanları için IUPAC adlandırma kuralları aşağıdaki gibidir:
1. Basamak : Zinciri oluşturan bileşiğin karbon sayısı bulunarak bu sayının öneki yazılır. 8 karbon için önek oktolur.
2. Basamak : Önekin sonuna -an eki getirilir. Yani yukarıda yazılan bileşiğin IUPAC adı oktan olur.
Alkanlarda dört karbondan fazla karbon içeren zincirlerdeki önekler yunan yada latin kökenlidir. Bu önekler met-,
et-, prop-, büt-, pent-, hekz-, hept-, okt-, non- şeklinde olur. Aşağıdaki tablo bazı düz zincirli(normal) alkanları
göstermektedir.
ADI
C atomu sayısı
Yapısı
Metan
1
CH4
Etan
2
CH3CH3
Propan
3
CH3CH2CH3
Bütan
4
CH3CH2CH2CH3
Pentan
5
CH3CH2CH2CH2CH3
Hekzan
6
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
Heptan
7
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Oktan
8
Nonan
9
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Dekan
10
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Undekan
11
CH3(CH2)9CH3
Dodekan
12
CH3(CH2)10CH3
Tridekan
13
CH3(CH2)11CH3
Tetradekan
14
CH3(CH2)12CH3
Pentakontan
50
CH3(CH2)48CH3
Hekzakontan
60
CH3(CH2)58CH3
Hektan
100
CH3(CH2)98CH3
Tablo 1.1. Bazı düz zincirli dallanmamış alkanların yapıları ve adları
Alkanların tümü düz zincirli yapıda değildir. Birçoğu dallanmış yapıdadır. Dallanma yapmış olan alkanlar
incelendiğinde, birçok alkan için farklı dizilişlerin ya da farklı molekül yapılarının olduğu görülür. IUPAC sistemi
farklı dallanmalar oluşturan alkanları adlandırırken aşağıdaki kuralları uygular:
Basamak 1 : Süreklilik gösterecek şekilde en uzun karbon zinciri seçilir. Bu zincir bileşiğin temel adını belirler.
Aşağıdaki örnekte verilen bileşikte en uzun karbon zinciri 4 karbondan oluşmaktadır. Kutuya alınmış kısım en
uzun karbon zincirini göstermektedir. Ana yapıya bağlı karbon ve hidrojenden oluşan gruba dal denir.
En uzun karbon zincirini bulmak her zaman verilen örnekteki gibi kolay olmayabilir. Aşağıda verilen örnekte en
uzun karbon zinciri 6 karbondan oluşmaktadır. Bu nedenle yapının ana adı hekzandır. Zincirdeki karbon atomları
sayılırken dikkatli olunmalıdır.
Basamak 2 : Zincirdeki karbon atomlarının numaralandırılması yapılır. Numaralar verilirken dallanmanın yakın
olduğu uçtaki karbon atomuna en küçük numara verilir.
Yanlış
Doğru
Örnek:
Doğru
Yanlış
Basamak 3 : Karbon atomlarına verilen numaralar kullanılarak alki grubu adı verdiğimiz dalın yeri belirlenir.
Hidrokarbonlarda karbon atomlarına bağlı hidrojenlerden biri ayrılırsa kalan kısma radikal denir.Doymuş
hidrokarbonlarda, karbon atomuna bağlı hidrojenlerden bir tanesinin ayrılmasıyla oluşan alkil grubu, alkan
molekülünün uç karbonlarından(dallanmamış olanlarda) birinden bir hidrojen koparılmasıyla oluşturulan gruptur.
Alkil grubunu adlandırırken alkandaki -an eki yerine -il eki getirilir. Örneğin, CH4 molekülünden(metan) bir H
koparıldığında CH3- (metil) grubu elde edilir. Aynı kuralı doymamış hidrokarbonlara uyguladığımızda, alkenil,
alkinlere uyguladığımızda alkinil, aromatik hidrokarbonlara uyguladığımızda aril grupları oluşur. Alkil grupları
kendi aralarında bağ yaparlarsa alkanlar, alkil grubu ile aril grubu biraraya gelirse arenler, alkil grubuyla alkenil
grubu biraraya gelirse alkenler, alkil grubuyla alkinil grubu biraraya gelirse alkinler oluşur.
Tablo 1.2. dallanmamış alkanlardan elde edilen birkaç alkil grubunu göstermektedir.
Alkan
Adı
Alkil grubu
CH3-H
Metan
CH3CH3CH2-H
Etan
CH3CH2CH3CH2CH2-H
Propan
CH3CH2CH2CH3CH2CH2CH2-H
Bütan
CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH2- Pentan
CH3CH2CH2CH2CH2H
Tablo 1.2. Alkil gruplarının adlandırılması
Adı
Metil
Etil
Propil
Bütil
Pentil
Basamak 4 : Şu ana kadar yapılan işlemlerle organik maddenin adı parça parça da olsa oluşturulmuştur. Bundan
sonraki işlemde parçaların birleştirilmesiyle maddenin adına ulaşılmış olur.
a. Yukarıdaki örnekte, dal yapmış karbon atomuna verilen numara yazılır. Burada dallanma uzun
zincirdeki 2 numaralı karbonda olmuştur.(2)
b. Numaradan sonra kısa çizgi(tire) kullanılır.(2-)
c. Kısa çizgiden sonra alkil grubunun adı yazılır.(2-metil)
d. alkil grubunun adından sonra ana zinciri oluşturan maddenin adı yazılır.(2-metilbütan)
Bir hidrokarbonun adlandırılmasında iki ya da daha fazla alkil grubu bulunduranlar aşağıdaki basamaklardaki gibi
adlandırılır. Basamak 5 : Birden fazla dallanmanın olduğu maddelerde şu sıra izlenir:
a. Ana zincirdeki C atomları numaralandırılırken her dalın numara verilen karbonlardan birine bağlı
olmasına dikkat edilir. Dallanma yapmış olan parçalar, başharfleri alfabetik olacak şekilde gruplandırılır.
C atomlarına verilen numaralarda dallanma yapan grupların alacakları numaraların küçük olmasına
dikkat edilir(kullanılan sayılar minimum, yazılan adlar alfabetik). Bir bileşik hem etil hem de metil grubu
içeriyorsa, adlandırmada etil grubu öncelikli yazılır. Adlandırmadaki genel yapı olan sayı-alkil-sayıalkilalkan yapılanması dikkate alınarak, alttaki bileşik adlandırıldığında, adı 4-etil-2-metilhekzan olur.
b. Dallanma yapmış iki alkil grubu aynı C atomuna bağlı ise, bu C atomundaki numara iki kez kullanılır.
Altta verilen örnektaki bileşiğin adı 3-etil-3-metilhekzan olur.
c. Dallanma yapmış alkil grupları birbirinin aynısıysa, bunlardan kaç tane olduğunu belirtmek için, alkil
grubunun önüne di-, tri-, tetra-, penta-, gibi ek getirilir. Aynı zamanda, bu alkil gruplarının numaraları
peşpeşe yazılırken aralarına virgül konulur. Adlandırmadaki bu yapılanma genel olarak sayı,sayıdialkilalkan ya da sayı,sayı,sayı-trialkilalkan şeklinde gösterilir. Bileşikler adlandırılırken alkilin önüne
gelen di-,tri-, tetra- gibi önekler dikkate alınmaz. Aşağıdaki bileşikler bu kurallara uyularak
adlandırıldığında, sırasıyla, 2,2-dimetilbütan, 2,2,3-trimetilbütan ve 2,2,3,3-tetrametilbütan olur.
Basamak 6 : Bir maddede en uzun karbon zinciri seçilirken birden fazla alternatif zincir seçimi yapılabiliyorsa,
minimum sayıların kullanıldığı C zinciri ya da basit alkil gruplarının dal yaptığı zincir ana zincir olarak seçilir. Basit
alkil gruplarının dallanma yaptığı zincir seçildiğinde alkil grubu sayısı diğer seçime göre daha fazla çıkabilir.
Örneğin, aşağıda verilen örnekte iki zincirde aynı sayıda C içermesine rağmen, alttaki seçimde daha fazla
dallanmış ama daha basit alkil gruplarıyla isim oluşturulabildiği için, alttaki zincirdeki bir seçimle adlandırma
yapılır.
Örnek: Aşağıdaki ana zincir seçimlerinden hangisi doğru olur?
(yanıt a)
Örnek: Aşağıda verilen örnekte ana zincir 7 karbonludur. Dallanmalar incelendiğinde daha çok dallanmanın
olduğu birinci yazım(a) doğru adlandırma için kullanılması gereken zincirdir.
Örnek: Aşağıdaki ana zincir seçimlerinden hangisi doğru olur?
Soru: Aşağıda verilen hidrokarbon bileşiklerinde ana zinciri belirleyiniz.
Örnek: Aşağıdaki hidrokarbon bileşiklerinden hangi ikisinin ana zincirinde yer alan karbon sayıları eşittir?
Basamak 7 : Dallanmaların olduğu uzun zincirli maddelerde, dallanma her iki uca da eşit uzaklıkta oluyorsa, bu
durumda ilk farklılaşma noktası en küçük sayı olacak şekilde adlandırma yapılır. Aşağıdaki örnek incelendiğinde
dallanmanın her iki uca da eşit uzaklıkta başladığı görülür. Bundan sonraki numaralar kontrol edildiğinde ilk
farklılaşmanın olduğu sayıda minimum sayının bulunduğu yapı doğru adlandırma olarak seçilir.
İlk metil grupları her iki uçtan da numaralandırma başladığında 3. karbona bağlıdır. Bundan sonraki numara
soldan gelindiğinde 5, sağdan gelindiğinde 4 olur. İşte ilk farklılaşma noktası dediğimiz bu noktada, daha küçük
sayı olan 4 için zincirin hangi tarafından başlanılmış ise doğru adlandırma da bu numaralandırmayla yapılmış olur.
Yukarıda verilen maddenin adı bu nedenle 3,5,6-trimetil-4-propiloktan değil, 3,4,6-trimetil-5-propiloktan olur.
Aşağıda verilen bir başka örnekte de, bileşiğin adı 2,4,5-trimetilhekzan değil, 2,3,5-trimetilhekzan olur.
Adlandırmada bileşiğin adını tek bir kelime olarak yazınız.
Yukarıda verilen kurallar bağ çizgili formüller için de geçerlidir.Örneğin aşağıda verilen bileşikte en uzun C zinciri
9 karbondan oluşmaktadır. Adlandırmayı daha kolay yapabilmek için uzun zincir düzleştirilerek çizim bir kez daha
yapılabilir.
Örnek:
Örnekler:
Soru 1. Aşağıda bağ çizgili molekül yapısı verilen maddelerin sistematik adlandırmadaki(IUPAC) adını bulunuz.
Soru . Aşağıda yapı formülü verilen maddelerin bağ çizgili yapılarını yazınız.
Soru 2. Aşağıda IUPAC adları verilen bileşiklerin yapı formüllerini ve bağ çizgili yapılarını yazınız.
a. 2,3-dimetilhekzan
b. 2,2-dimetil-4-propiloktan
d. 5-etil-2-metiloktan
e. 2,3,3,4-tetrametilheptan
c. 4,4-dietildekan
Soru 3. Aşağıda yapı formülleri verilen maddelerin sistematik adlandırmadaki(IUPAC) adlarını yazınız.
1.6 SİKLOALKANLARIN ADLANDIRILMASI
Bir molekül formülündeki karbon atomlarının bir kısmının ya da tümünün halka yapısında bir araya gelmesiyle
oluşan, genel formülleri CnH2n olan doymuş hidrokarbonlara sikloalkanlar denir.
Sikloalkan bileşiklerinin adlandırılması aşağıdaki gibi yapılır:
Basamak 1 : Bir halkada yer alan C atomları sayısı belirlenerek ana madde belirlenir.
Basamak 2 : Halka adının yanına aynı karbon sayılı alkanın adı yerleştirilerek adlandırma yapılır.
Basamak 3 : Halkaya bağlı dallanma yapmış alkil grubu varsa alkil grubunun adı belirlenir.
Basamak 4 : Alkil grubunun ya da gruplarının halkadaki yeri ya da yerleri belirlenir.
a. Halkada tek alkil grubunun bulunduğu sikloalkanlarda alkil grubunun bağlı olduğu C atomunun
numarasının adlandırmada kullanılmasına gerek yoktur. Bu durumda, halkaya bağlı alkil grubu hangi C
atomuna bağlı olursa olsun, bağlantı numarası
1 olacaktır.
b. Halkaya bağlı olan alkil grubu sayısı birden fazla olursa, halkada bağlanılan karbonların numaralarının
toplamı minimum değerde olmalıdır. Halkaya iki grup bağlıysa, alfabetik sıralamada önce gelen alkil
grubunun bağlı olduğu halkadaki karbona 1 numaralı karbon denir. İkinci dallanma yapmış gruba gidecek
en kısa yol belirlenerek ikinci alkil grubunun hangi C atomuna bağlı olduğu bulunur. Dallanma yapmış
grup sayısı üç ya da daha fazla olursa, sayıların toplamının minimum olduğu adlandırma tercih edilir.
Örneğin, aşağıdaki bileşik 1-etil-6-metilsiklohekzan olarak değil, 1-etil-2-metilsiklohekzan olarak
adlandırılır.
c. Halka numaralandırılırken her yönden elde edilen sayılar toplamı eşit çıkıyorsa, ikinci dallanmış
grubun alfabetik sıralamada önde olmasına dikkat edilir. Örneğin, aşağıdaki bileşik 1-etil-3-propil-5metilsiklohekzan olarak değil, 1-etil-3-metil-5-propilsiklohekzan olarak adlandırılır.
Örnek:
Basamak 5 : Bir hidrokarbonda alkan yapısını oluşturan zincir karmaşık ya da halkadaki C atomları sayısından
daha fazla C atomu içeriyorsa, halkayı bu zincirde dallanmış bir yapı olarak alınıp, adlandırma düz zincir yapılı
alkan molekülüne göre yapılabilir.Aşağıda buna uygun örnek bir adlandırma yapılmıştır.
Basamak 6 : Bir halkalı yapı başka bir halkalı yapıya bağlı olduğunda, ana yapı olarak büyük halka seçilir. Daha
önce anlatılan kurallar uygulanarak maddenin adlandırması yapılır.
Halkalı yapıya bağlı dal sayısı birden fazla ise ve bu dallardan biri sikloalkil grubu ise adlandırmada dalların
alfabetik sıralamasında siklo-(cyclo- c harfi) dikkate alınır.
Soru. Aşağıdaki bileşiklerin sistematlk adlandırmadaki(IUPAC) adlarını yazınız.
1.7. Kompleks Alkil Gruplarının Adlandırılması
Çok sayıda C atomu içeren alkil gruplarında karmaşıklık ta artar. Bu durumda adlandırma yapılırken birtakım
karışıklıklarda ortaya çıkar ve daha önce açıklanan adlandırma kurallarında karmaşa oluşur. Komplek zincir
yapısındaki bu alkil gruplarının nispeten basit olanlarının adlandırılmasında n-, iso, sek- ve ter- önekleri
kullanılır. Aslında bu önekler IUPAC sisteminde yer alan önekler değildir; ama kimyacılar tarafından genel
adlandırmada kullanılan öneklerdir. Adlandırmada bu önekler kullanıldığında aşağıdaki kurallar uygulanır.
Basamak 1 : Alkil grubunun yerini ve ana yapıyı belirlerken IUPAC kuralları uygulanır.
Basamak 2 : Kompleks alkil grubundaki C atomu sayısı bulunur ve uygun önek ile birlikte adı belirlenir.
a. n-(normal) öneki(dallanmamış zincir):
Bir ya da iki karbonlu alkil grupları yalnızca birer çeşit alkil grubu oluşturabilir. Bir karbonlu alkil grubu
metil, iki karbonlu alkil grubu ise etil olur. Üç ya da daha fazla sayıda C atomu içeren alkil gruplarında ise
iki yada daha fazla isomer yapısı oluşabilir. Bu alkil grubu izomerlerinden düz zincirli olanına(uçtaki C
atomundan H atomu kopmuş olanına) n-(Sonrasına tire geldiği için italik yazılır.) öneki getirilir. Düz
zincirli bu alkil grubunun genel formülü CH3(CH2)n- şeklinde olur. Buradaki n sayısı iki ya da daha büyük
bir sayı olabilir. Molekülün adlandırılması sırasında alkil gruplarının alfabetik sıralamasında önekler göz
önüne alınmaz. Aşağıda üç ve dört karbondan oluşan n-propil ve n-bütil alkil grupları örnek olarak
verilmiştir.
b. İzo öneki:
İzo öneki sonrasında tire bulundurmadığı için italik yazılmaz. İzo yapısı, ana zincire bağlı alkil grubunun
bağlantı yerinden en uzağa düşen kısmında iki metil grubunun alkil grubuna bağlantı yapmasıyla oluşur.
Aşağıdaki örnek bir izoalkil grubunun genel yapısını göstermektedir. Genel formüldeki n sayısı 0,1,2
bazen de 3 olabilir.
İzoalkil yapısını gösteren iki belirgin örnek izopropil ve izobütil gruplarıdır. Bir molekülün adlandırılması
sırasında izo öneki alfabetik sıralamada dikkate alınmalıdır.
c. sek- öneki :
Alkil zincirinin, ana zincire bağlantı yaptığı yerdeki alkil C atomuna bir metil grubu dal yaparak
bağlanmışsa, alkil grubunun ana yapıya bağlanan C atomu sekonder karbon özelliği kazanmış olur.
Aşağıdaki genel formül sek- alkil grubunun genel yapısını göstermektedir. Formüldeki n sayısı 1,2 bazen
de 3 olabilir.
Belirgin bir örnek olarak sek-bütil grubu verilebilir.
Adlandırmada sekonder alkil grubu kullanıldığında alfabetik sıralamada önek dikkate alınmaz. Sekonder
alkillerde n sayısı 0 olduğunda elde edilen alkil grubunun sek-propil olması gerekir. Ancak bu isim bu
grup için kullanılamaz çünkü alkil grubunun yapısı incelendiğinde grubun adının izopropil olduğu görülür.
Bu nedenle, sekonder alkil genel formülünde n sayısı 1'den başlar.
d. tert- öneki :
Alkil zincirinin, ana zincire bağlantı yaptığı yerdeki alkil C atomuna iki metil grubu dal yaparak
bağlanmışsa, alkil grubunun ana yapıya bağlanan C atomu tersiyer karbon özelliği kazanmış olur.
Aşağıdaki genel formül tert- alkil grubunun genel yapısını göstermektedir. Formüldeki n sayısı 0, 1, 2
olabilir.
Bu gruba tert-bütil ve tert-pentil grupları örnek olarak gösterilebilir. Adlandırmada alfabatik sıralamada
tert- öneki dikkate alınmaz.
Basamak 3 : Bileşiğin adı sayı-önek-alkilalkan düzeninde yazılır.
Aşağıda basamaklarla verilen iki adlandırma örneği, bu adlandırma sisteminin nasıl kullanıldığını açıklamaktadır.
Basamak 1: Ana zincir belirlenir.
Örneğimizde ana zincirimizi siklohekzan oluşturmaktadır.
Basamak 2 : Ana zincire bağlı dallanma yapmış zincir ya da zincirler belirlenir. Örnekte bir dallanma
vardır. Bu nedenle bağlantı birinci karbona yapılmıştır. Bileşiğin adı yazıldığında dallanmanın nasıl
yapıldığı da anlaşılmış olacaktır.
Basamak 3 : Dallanma yapmış zincirin çeşiti belirlenir. Dallanma yapmış olan grup bir izo grubudur çünkü
dallanmanın uç kısmında, ana zincire bağlanan C atomunun tam zıt tarafında bulunan uç karbona
bağlanmış iki metil grubu dal yapmış durumdadır.
Basamak 4 : Alkil grubunun adı belirlenir. Örneğimizdeki C atomu sayısı 4 olduğuna göre alkil grubu bütil
olur.
Basamak 5 : Bileşiğin adı alkil grubu öneki + alkil grubu adı + ana zincirin adı sırasıyla yazılır.
Örneğimizdeki maddenin adı izobütilsiklohekzan olur.
İkinci örnek daha karmaşık olmasına rağmen aynı basamaklar takip edilerek adlandırma yapılır.
Basamak 1 : Ana zincir belirlenir.
Örneğimizde ana zincir yapısı siklopentandır.
Basamak 2 : Dallanmalar ve adları tespit edilir. Bileşiğimizde iki dallanma vardır. Dallanmış grupların
adları alfabetik olarak kontrol edilir. Dallardan birisi metil grubu, diğeri ise daha önceki açıklamalardan da
anlaşılacağı gibi tert-bütil grubudur. Alfabetik sıralamaya göre numaralandırma yapılır. Daha önce de
belirttiğimiz gibi tert- alfabetik sıralamada göz önüne alınmaz. bütil alfabetik sıralamada önce geldiği için
tert-bütil gubunun bağlı olduğu C atomu 1 ile , metil grubunun bağlı olduğu C atomuna 2 ile(en kısa yol
seçildiği için) numaralandırılır.
Basamak 4 : Parçalar biraraya getirilerek madde adlandırılır. Bileşiğin adı 1-(tert-bütil)-2-metilsiklopentan
olur.
Soru. Aşağıdaki bileşiklerin sistematik adlarını(IUPAC) yazınız.
Soru. Aşağıdaki bileşikleri n-, izo, sek-, tert- öneklerini kullanarak adlandırınız.
Kimyacıların kullandığı n-, iso, sek-, tert- öneklerinin IUPAC sisteminde yer almadığı daha önce belirtilmişti.
Kompleks yapılı dallanma yapmış bu tür alkil gruplarının IUPAC kurallarına göre adlandırılmasında aşağıdaki
basamaklar uygulanır.
Basamak 1 : Ana zincire bağlı karmaşık alkil grubunun, ana zincire bağlanan C atomundan başlanarak en uzun
C atomlu zinciri seçilir.
Basamak 2 : Alkil grubundaki C atomları ana zincire bağlı ilk C atomundan başlanarak numaralandırılır.
Basamak 3 : Dallanma yapmış alkil grubunun içinde de ayrıca dal yapan dalların adları ve numaraları belirlenir.
Basamak 4 : Kendi içinde de dallanma yapmış ana zincire bağlı dalın adı parantez içinde yazılarak adlandırma
yapılır.
Aşağıda daha önce genel adları verilen bazı alkil gruplarının IUPAC sistemine göre adları altlarına yazılmıştır.
Aşağıda IUPAC kurallarına göre adlandırılması yapılan iki madde verilmiştir.
1.8. FONKSİYONEL GRUPLAR
Alkanlar diğer organik maddelerin de iskeletini oluşturan en basit yapılı ve tepkime istekleri az olan organik
maddelerdir. Alkan yapısına bir fonksiyonel grup bağlanması moleküllerin daha aktif olmasını da sağlar. Bir
moleküldeki aktiflik merkezini oluşturan gruba fonksiyonel grup denir. Bir fonksiyonel grup genellikle yapısında
ikili ya da üçlü bağ içerebilir ve/veya farklı atomların(azot, oksijen, fosfor, halojen) biraraya gelmesiyle oluşan bir
yapı içerir. Fonksiyonel grup moleküllerin hangi tür kimyasal tepkimelerini gerçekleştireceklerini belirleyen
yapıdır(kimyasal tepkimelere yatkındırlar). Fonksiyonel grup yapısında bulunduğu maddenin hangi fiziksel
özelliklere sahip olduğunu da gösterir. Tablo 1.3 başlıca fonksiyonel grupları örneklerini adlarıyla birlikte
göstermektedir.
Tablo 1.3 Organik kimyadaki temel fonksiyonel gruplar. R(C nH2n+1-) harfi ile alkil grupları gösterilmektedir.
Aşağıda verilen örnek eter, ketone ve ester fonksiyonel gruplarını içermektedir.
Soru. Aşağıda yapı formülleri verilmiş maddelerde bulunan fonksiyonel grupları yazınız.
Alken ve Alkin Adlandırılması
Alkenler ve sikloalkenler yapılarında bir ya da daha fazla çift bağ içeren hidrokarbonlardır. Alkenlerin genel
formülü CnH2n şeklindedir. Bu formül aynı zamanda sikloalkanların da genel formülü olduğu için alkenler ve
sikloalkanlar birbirinin yapı izomeridir.
Alkenlerde adlandırma, alkanlardaki adlandırma sistemindeki kuralların uygulanması ile kolayca yapılabilir.
1.
En uzun karbon zinciri seçilirken çift bağ ana zincir içerisinde yer almalıdır.
2.
Zincir, alkan zincirindeki adlandırmada kullanılan alkan adının sonundaki -an eki yerine -en eki getirilerek
adlandırılır.
3.
Ana zincir numaralandırırken, çift bağın bulunduğu karbonların yakın olduğu uçtan başlanarak
numaralandırma yapılır. 1979 yılına yayınlanmış olan çalışmalarda, çift bağın olduğu karbonlardan küçük
numaralı karbonun numarası ana zincir adından önce yazılıyordu. 1993 ve 2004 yılında yayınlanan çalışma
sonuçlarında ise numaranın -en ekinden hemen önce yazılması tavsiyesinde bulundu. Önceki adlandırmanın
yanlış olmadığını; ancak yeni kullanımın daha da uygun olacağı açıklandı. Aşağıdaki iki örnek bu kuralların
uygulanışını
göstermektedir.
Alkenlerde diğer
dallanmalara göre çift
bağın önceliği olduğu için, dallanma yapmış olan diğer gruplar daha yüksek rakamlara bağlanmış olabilirler.
Örneğin aşağıdaki maddede çift bağ
öncelikli numaralandırma yapmak gerektiğinden bileşiğin adı 3metil-4-hepten değil, 5-metilhept-3en(5-metil-3-hepten) olacaktır.
Birden fazla çift bağ içeren maddelerin genel adına Polien adı verilir . Bir molekül iki tane çift bağ içeriyorsa -dien,
üç tane çift bağ içeriyorsa -trien olarak adlandırılır. Dienlerin iki çeşiti vardır. İki çift bağ birbirinden yalnızca bir
tane tek bağ ile ayrılmışsa konjuge dien, çift bağların ikisi de aynı karbonda oluşmuşsa kümülatif dien adını alır.
Bir organik maddenin yapısında, dallanmış kısımda çift bağ kalıyorsa bu yapılara alkenil grubu adı verilir. Alkenil
dallanmış yapısı, ana yapıda fazla sayıda karbon içeren halkalı bir yapı varsa uygulanabilir. Adlandırma
aşağıdaki kurallara uygun olarak gerçekleştirilmelidir.
1.
Ana yapıya bağlı olan dallanmış çift bağlı alkenil karbonları, ana yapıya bağlı olandan başlanarak
numaralandırılır.
2.
Dallanmış kısım adlandırılırken -en eki yerine -enil eki kullanılır. Adlandırmada, alkenil grubunun çift bağının
numarasının dallanmış zincire ait olduğunun anlaşılması için parantez içinde gösterilmesi gerekir.
Organik maddelerin adlandırılmasında birçok alkenil dallanmış zincirinin genel adı, IUPAC adından daha çok
kullanılabilmektedir. Etenil(CH2=CH-) ve 2-propenil(CH2=CHCH2-) bu şekilde yaygın kullanımı olan iki alkenil
grubudur. Bu iki alkenil grubunun alkenil adları vinil ve allil'dir.
Örnek: Aşağıdaki bileşikleri adlandırınız.
Alkinler yapılarında bir ya da daha fazla üçlü bağ içeren hidrokarbonlardır. Alkinlere, en basit yapılı bileşiğinden
dolayı asetilenler(etin) de denir. bir alkinin IUPAC sistemine göre aşağıdaki şekilde bulunur.
1.
Ana zincir, üçlü bağ zincir içerisinde kalacak şekilde seçilir. Verilen örnekte en uzun zincir beş karbon
içermektedir.
2.
Ana zincir adlandırılırken aynı karbon sayılı alkanın -an eki yerine -in eki kullanılır. Örnekteki karbon sayısı 5
olduğuna göre ana zincir pentin'dir.
3.
Üçlü bağın yakın olduğu uçtan başlayarak karbonlar numaralandırılır. Üçlü bağın bağlı olduğu karbona
küçük sayı gelecek uçtan başlayarak zincir numaralandırılır. Burada üçlü bağ ikinci ve üçüncü karbonlar
arasındadır. Buna göre üçlü bağın yeri belirtilecek şekilde verilen maddenin adı pent-2-in(2-pentin) olur.
Bazen ana zincir hem üçlü bağ hem de çift bağ içerebilir. Bu durumda adlandırma için yine ana zincir seçilir. Zincir
içerisinde kalan çoklu bağlar belirlenir ve sırasıyla şu işlemler yapılır.
1.
En uzun zincir belirlenir.
2.
Çoklu bağlar alabilecekleri en düşük numaraları alacak şekilde karbonlar numaralandırılır.
3.
Zincirdeki ikili bağın yeri belirlenir. Örneğin, aşağıdaki maddede çift bağ birinci karbondadır.
4.
Ana zincirin adına -en eki eklenir. Örneğimizde ana zincir 6 karbonlu olduğu için adı hekzen'dir.
5.
Ana zincirdeki üçlü bağın yeri belirlenerek numarasıyla ana zincire eklenir. İkili ya da üçlü bağın öncelik
sırasına bakılmaksızın ana zincirdeki karbonlar küçük rakamlar kullanılacak şekilde numaralandırılır. Verilen
örneğimizde numaralandırma
yapıldığında bileşiğin adı Hekz-1-en-4-in(1-hekzen-4-in) olur.
Ancak her iki grupta aynı küçük numarayı alacak şekilde bir durum gerçekleşirse, -en öncelikli olarak küçük
numarayı alacak şekilde isimlendirme yapılır.
Arenler
6 karbonlu bir halkada karbonlar arasında üç tek bağ ve 3 çift bağ konjuge yapıda( çift bağlar, bir tek bağ ile
ayrılıyorsa) yerleşerek halkayı oluşturuyorsa oluşan hidrokarbona aren denir. Arenler genellikle benzenden
türetilirler. Arenler için genellikle kullanılan isim ise hoş kokularından dolayı, aromatik hidrokarbonlardır.
Aromatik bileşiklerin adlandırmasında aşağıdaki basamaklar kullanılır.
Basamak 1 : Aromatik hidrokarbonlar benzen türevi olarak adlandırılırlar. Örneğin, etilbenzene benzen halkasına
bir etil bağlanarak oluşturulmuştur.
Basamak 2 : Bütün benzen türevi maddelerde benzen adı kullanılmaz. Bu maddelerin bazılarının kendi özel
isimleri vardır.
Örneğin, metilbenzenin özel adı toluendir.
Aşağıda bazı benzen türevi aromatik hidrokarbonların özel adları verilmiştir.
Basamak 3 : Bir benzen halkasına iki grup dal yaparak bağlanmışsa, bu bağlantılar numaralarla gösterilebilir veya
bu durumda adlandırma için orto-, meta-,para- önekleri kullanılır. orto önekinin kısaltması o-, meta önekinin
kısaltması m-, para önekinin kısaltması p- şeklindedir. Orto-, benzen halkasına dal yapmış grupların 1,2 bağlantı
yaptığını, meta-, dalların 1,3 bağlandığını, para- ise dalların 1,4 olduğunu gösterir. Benzen halkasındaki C
atomları numaralandırılırken rezonans yapıdan dolayı, çift bağların yerleri gözönüne alınmaz. Numaralandırmada
toplam sayının minimum olması gerektiğini unutmayınız.
Örnek:
Benzen halkası kendisinden daha uzun zincirli,büyük bir molekülle birlikteyse bir fonksiyonel grup gibi davranır.
Bu durumda oluşan yapı fenil(C6H5-)'dir. Fenil grubu, benzen halkasının bir ana zincire dal olarak bağlandığında
oluşan yapının adıdır.
Örnek:
Benzen bu şekilde dal yaparak fonksiyonel grup gibi davrandığında adının fenil olarak okunması gerekir. Bu
durumda, okumada yapılan en büyük yanlışlık bu yapıya benzil adının verilmesidir. Benzil(C6H5CH2-) grubu,
halkaya bağlı CH3 grubundan bir H kopmasıyla oluşan yapıdır ve fenille benzerliği yoktur.
Aromatik bir halkaya üç ya da daha fazla dallanmanın olduğu durumlarda orto-, meta-, para- önekleri
kullanılamaz. Bu durumda her grubun yerleştiği karbonun numarasının kullanılması gerekir. Çok sayıda dallanma
yapmış benzen halkası adlandırılırken aşağıdaki basamaklar takip edilir.
1.
Ana zincir belirlenir.
2.
Dallanmış grupların belirlenmesi ve adlandırması yapılır.
3.
Dallanmaların herbirinin numaraları dallanmış grubun adının önüne getirilir.
4.
Dallanmalar alfabetik olarak sıralanır.
Ana zincir belirlenirken genel olarak kabul edilen adları kullanmak daha uygun olur.
Örnek:
Halojenli Organik Bileşikler(R-X)
Bu bölüme kadar yalnızca karbon ve hidrojen içeren organik bileşiklerin adlandırılması ile ilgili bilgiler verildi. Bu
bölümde C ve H haricindeki heteroatomları içeren organik bileşiklerin adlandırılması ile ilgili bilgiler verilecektir. Bir
ya da daha fazla sayıda halojen içeren organik maddelere organohalojenler denir. Halojenlerden Flor(F),
klor(Cl), Brom(Br), iyot(I) elementleri; çokça da Cl ve Br elementleri kullanılarak adlandırma yapılacaktır.
Halojenli organik bileşikler adlandırılırken aşağıdaki basamaklar uygulanır.
Basamak 1 : Halojenli organik bileşikler, dallanmış hidrokarbonlar olarak ele alınırlar. Adlandırmada halojenlerle
alkil gruplarının alfabetik sıralamada birbirine karşı bir öncelikleri yoktur. Alkil grupları ve halojenler, alfabetik
sıralamaya sokularak adlandırma yapılır.
Alkollerin Adlandırılması(R-OH)
Alkoller yapısında hidroksil grubu(-OH) içeren organik maddelerdir. Alkoller adlandırılırken organik maddenin
adının sonuna -ol eki getirilir. Doğada çok sayıda hidroksil grubu içeren organik bileşik bulunur.
Daha önceki adlandırma kurallarına uyularak alkollerin adlandırması aşağıdaki basamaklar izlenerek yapılır.
1.
2.
3.
4.
Yukarıda verilen basamaklar izlenerek aşağıdaki işlemlerle alkollerin adlandırması tamamlanır.
a)
Ana zincirdeki alkan adının sonuna hidroksil grubunun varlıını belirtmek için -ol eki getirilir.
b)
Ana zincir oluşturulurken,hidroksil grubu ile bağ yapmış karbon atomu zincirde bulunmalıdır.
c)
Alkolün ana zinciri
numaralandırılırken, alkil grupları ve
numaralandırma yapılır.
bağına göre alkol grubunun numarası en küçük olacak şekilde
d) alkol isimlendirmesi yapılırken ana zincir adının sonuna, numarayla birlikte -ol eki getirilir. 1993 ve 2004
yıllarında IUPAC'ın tavsiyesi olan bu adlandırma sistemiyle aşağıdaki bileşiğin adı eski adı ile yeni adı şu şekilde
olur. İki adlandırmada doğru kabul edilmektedir.
Halkalı yapıya bağlı alkol grubu varsa, numaralandırma hidroksil grubundan başlanarak yapılır. Numaralandırma
alkolden başladığı için alkol numarası hep 1 olacağından, adlandırma yaparken yazılmasına gerek olmaz.
IUPAC, bazı alkollerin genel kullanımda kabul görmüş adlarının kullanılmasını kabul etmektedir. Aşağıda bu
alkollerden üçü örnek olarak verilmiştir.
Alkoller, hidroksil grubunun bağlı olduğu karbon atomundaki alkil grubu(R) sayısına göre, primer, sekonder ve
tersiyer alkol gruplandırılabilirler.
Fenol kelimesi özel bir bileşik olan hidroksibenzen için kullanılırken, yapıda dallanma olunca ana yapı adı olarak
ta kullanılmaktadır.
Örnek: Aşağıdaki bileşiklerin IUPAC adlandırmasını yapınız.
Yapısında iki -OH grubu içeren bileşiklere dioller(glikoller), üç -OH grubu içerenlere trioller, çok sayıda -OH grubu
içerenlere ise polialkoller denir.
Eterlerin adlandırılması(R-O-R)
Bir oksijen atomuna iki radikal grubun(alkil, aril, vinil gibi) doğrudan bağ yaptığı bileşiklerdir. Genel formülleri
aşağıdaki gibidir.
IUPAC kuralları, eterlerin adlandırılmasında iki yöntemin kullanılmasına izin vermektedir.
1.
Eterdeki alkil gruplarının tümü belirlendikten sonra alfabetik sıraya konulur ve sonuna eter eki getirilir.
Yukarıdaki örnekler incelendiğinde O atomuna bağlı olan alkil gruplarının dimetil eter'de aynı diğerlerinde farklı
olduğu görülür. Alkil grupları aynı ise eter'e simetrik(basit) eter, farklı ise simetrik olmayan eter(karışık) eter denir.
2.
Sistematik diğer adlandırma yönteminde, oksijene bağlı alkil gruplarından büyük olanı ana yapı olarak seçilir
ve küçük grup dallanmış yapı olarak(alkoksi) olarak adlandırılır.
Örnekler:
Aldehit(R-CHO) ve Ketonların(R-CO-R) adlandırılması
Aldehitler ve ketonlar, yapılarında karbonil(-C=O) grubu içeren maddelerdir.
Aldehitte karbonil grubuna en az bir H bağlanırken, ketonda karbonil grubuna R grupları bağlanır.
Aldehit ve Ketonların adlandırması yapılırken aşağıdaki kurallar uygulanır.
1.
2.
3.
4.
Bu kurallar uygulandıktan sonra adlandırmada şunlara dikkat edilir.
a)
Aldehit adlandırılırken ana zincir adına -al eki eklenir.
b) Aldehit adlandırmasında ana zincir seçilirken aldehit grubunun bu zincirde seçilmesi gerekir. Zincir
numaralandırılırken, aldehit grubunun karbonuna bir numara verilir.
c)
Bir molekülün yapısında aldehit grubu haricinde, hidroksil grubu ve bağı da varsa, aldehit grubunun
karbonu 1 numaralı C olarak alınır. Adlandırma yapılırken aldehit karbonunun numarasının 1 olduğu bilindiği için
kullanılmasına gerek yoktur.
d) Aldehit grubunun karbonu doğrudan bir halka yapısına bağlanmışsa, oluşan halkalı yapı karbaldehit olarak
adlandırılır.
IUPAC basit aldehitlerin genel kullanımdaki adlarını da adlandırmada kabul etmekte ve kullanmaktadır. Aşağıda
bu yapıdaki bazı aldehitlerin genel adları verilmiştir.
Ketonlarda da adlandırma işlemleri aldehitlerinkine benzerlik gösterir. Ketonların adlandırmasında ayrıca
aşağıdaki işlemlere dikkat etmek gerekir. Ketonlarda ana yapıdaki alkanın sonuna -on eki getirilir.
Adlandırma yapılırken keton grubunun olduğu karbonun numarasının belirtilmesi gerekir. IUPAC, 1979 yayınladığı
kurallarda, bu numaranın ana zincirden önce yazılması gerektiğini belirtmişti. 1993 ve 2004 yıllarında yaptığı
değişiklikle, numaranın -on ekinden önce yazılmasının daha uygun olacağını belirtmiştir; ancak daha önceki
kuralla gerçekleştirilen adlandırmanın da doğru olduğunu kabul etmektedir.
IUPAC basit ketonları genel kullanımdaki adlarını da adlandırmada kabul etmekte ve kullanmaktadır. Aşağıda bu
yapıdaki bazı ketonların genel adları verilmiştir.
IUPAC, nadiren kullanılıyor olsa da alkil alkil keton şeklindeki adlandırmayı da basit ketonlar için kabul
etmektedir. Örneğin hekzan-3-on bileşiği etil propil keton olarak ta adlandırılabilir.
Örnek:
Karboksilli asitler ve Türevlerinin adlandırılması
Karboksilli asitler yapılarında karboksil grubu içeren asitlerdir.
Bir tane karboksil grubu içeren asitlerin adlandırılmasında ana zincirin adının sonuna -oik asit eki getirilir.
Ana zincir seçilirken karboksil grubu bu zincirin içerisinde yer almalıdır. Karboksil grubu uçta yer aldığı için,
gruptaki C atomu 1 numaralı karbon olur.
Karboksil grubu halkalı bir yapıya bağlanmışsa, halka adının sonuna karboksilli asit eklenerek adlandırma yapılır.
Basit yapılı karboksilli asitlerin genel adları IUPAC tarafından da kabul görmüştür. Adlandırmada bu genel adlar
kullanılmaktadır.
Asitin yapısında iki tane karboksil grubu varsa adının sonuna -dioik asit eki getirilir.
Pek çok dikarboksilli asitin IUPAC tarafından da kabul görmüş genel adları vardır.
Asit halojenürlerin adlandırılması(R-COX)
Asit halojenürler adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -oik asit eki yerine -il halojenür eki
getirilir.
Asit anhidritlerin adlandırılması(R-COOOC-R)
Asit anhidritler adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -asit eki yerine -anhidrit eki getirilir.
Esterlerin adlandırılması(R-COO-R)
Esterler adlandırılırken, önce karboksil grubuna bağlı olan oksijene bağlanmış alkil grubunun adı söylenir;sonra
karboksilli asitin ismi söylenirken -ik(-oik) asit eki yerine -at(-oat) eki getirilir.
Amitlerin adlandırılması(R-CONH2)
Amitler adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -oik asit eki yerine -amit eki getirilir.
Nitrillerin adlandırılması(R-C N)
Nitriller adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -oik asit eki yerine -onitril eki getirilir.
Aminlerin Adlandırılması(R-NH2)
Aminlerin adlandırılması iki şekilde gerçekleştirilir. Burada basit yapılı aminlerin adlandırılması kısaca
açıklanacaktır. Kompleks yapılı aminlerin adlandırılmasına girilmeyecektir.
Primer aminler, alkil grubuna bağlı -NH2 grubu içerirler. Bir aminin primeramin olabilmesi için N atomuna 2
hidrojen haricinde bir tane R grubu bağlanmalıdır. Amindeki H atomlarından birinin yerine daha R grubu
geçerse(N atomuna iki R grubu bağlanırsa sekonder amin, N atomuna 3 tane R grubu bağlanırsa tersiyer amin
oluşur.
Aromatik aminler(aril aminler) adlandırılırken anilin türevi olarak adlandırma yapılır.
Heteroatom içeren organik bileşiklerin fiziksel ve kimyasal özellikleri
Alkil gruplarına heteroatomlar bağlandığında oluşan bileşiğin kütlesinde ve hacminde bir artış olur. Bu da fiziksel
özelliklerin değişmesine neden olur. Heteroatomun katılmasıyla molekül polar yapıya sahip olabilir. Polar
moleküllerin birarada durmasını sağlayan etkileşimlere dipol etkileşim denir. Bu etkileşimler nedeniyle,
heteroatomlu maddelerin erime ve kaynama noktaları aynı sayıda C atomu içeren hidrokarbonlara göre daha
yüksek olur. Alkoller, aldehitler, asitler diğer heteroatomlu yapılardan farklı olarak kendi tanecikleri arasında
hidrojen bağları oluştururlar. Hidrojen bağları dipol etkileşimlerinden daha kuvvetli olduğu için erime ve kaynama
noktaları aynı C sayılı hidrokarbonlara göre çok yüksek olur.
Alkil gruplarına hidroksil(-OH) ve karboksil(-COOH) grubu gibi heteroatomlar bağlı ise molekülün hidrofil(suyu
seven) kısmı polar olduğundan suda çözünmeyi kolaylaştırır.
Aynı sayıda C içeren hidrokarbonlar, apolar ve hidrofob oldukları için suda çözünmezler. Örneğin, yukarıdaki
bileşiklerle aynı sayıda karbon içeren pentan(C5H8) yalnızca hidrofob özellik gösterdiği için suda çözünmez.
Alkil gruplarına heteroatomlar bağlandığında oluşan bileşiklerin kimyasal tepkimeye girme istekleri, aynı sayıda C
içeren hidrokarbonlardan daha fazladır. Örneğin, doymuş hidrokarbonların tepkimeye girme istekleri azdır.
Heteroatom içeren bileşikleri ise daha fazla tepkimeye girme isteğinde olurlar. Heteroatomların moleküllerindeki
tepkime yatkınlığından(polar kısımdan) dolayı çok farklı türde tepkimeler gerçekleşebilir. Alken ve alkinler, ikili ve
üçlü bağlarındaki pi bağları nedeniyle biraz daha aktiftirler.
ORGANİK BİLEŞİKLERDE İZOMERLİK
Bir organik bileşiğin molekül formülünün bilinmesi, o bileşik hakkında yeterli bir bilgiye ulaşmayı sağlamaz. Bazı
bileşiklerin molekül formülleri aynı olduğu halde yapısal formülleri birbirinden farklıdır. Bu bileşiklerin fiziksel ve
kimyasal özellikleri farklı olur. Kapalı formülleri aynı, açık(yapısal) formülleri birbirinden farklı olan, aynı cins
ve sayıda atom bulunduran; ancak atomları farklı düzenlenen ve birbirinden farklı fiziksel ve kimyasal
özellik gösteren maddeler birbirinin izomeridir. Organik bileşiklerde değişik izomerler vardır. İzomerler, yapı
izomerliği ve stereoizomerler olmak üzere ikiye ayrılır.
Yapısal İzomerlik
Molekül formülleri aynı, yapısal formülleri birbirinden farklı olan maddeler yapı izomeri'dir. Yapı izomerleri
atomların birbirlerine bağlanma durumlarına göre üç ayrı grupta incelenebilir.
a) Zincir ve dallanma izomerliği:Doymuş hidrokarbonlarda zincir ve dallanma izomerliği görülür. Zincir
izomerliğinde, atomların farklı düzenlenmesi karbon zincirinde gerçekleşir. Alkanlarda metan, etan ve propanın
izomerleri yoktur. Atomların farklı düzenlenmesi bu üç madde için geçerli değildir. Bütan ve pentan, alkanların 4
karbonlu ve 5 karbonlu üyeleridir va zaman zaman düz zincirli alkanlar olarak ta adlandırılırlar. Bu bileşiklerde C
atomları birbirlerine tek bağ ile, bir zincir oluşturacak şekilde bağlanarak üç boyutlu uzayda düz zincirli bir dizilim
gösterirler. Başka bir deyişle, bu bileşiklerde dallanma olmamış olur. Dallanmamış alkanlarda, bir C atomu en
fazla iki farklı C atomuna bağlanabildiği için, bu tür alkanlar yalnızca primer(C atomu yalnızca başka bir C
atomuna bağlanır) ve sekonder C atomları(C atomu farklı iki C atomuna bağlanır) bulundururlar.
İzobütan(C4H10) , izopentan(C5H12) ve neopentan(C5H12) bileşikleri incelendiğinde, dallanmış zincirli alkanlar
oldukları görülür. Bütan ve izobütanın formülleri aynı olmasına rağmen, atomlar iki yapıda farklı dizilmiştir. Bu
nedenle bütan ve izobütan birbirinin yapı izomeridir. Aynı şekilde, pentan, izopentan ve neopentan da birbirlerinin
yapı izomeridir. Bu maddelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirinden farklıdır.
Bütan ve izobütanda dallanmadan dolayı zincir değişmiştir. Aynı zincir değişimi pentan, izoopentan ve
neopentan'da da gerçekleşmiştir. Zincirde değişmelere neden olan bu dallanmalar nedeniyle bu izomerliğe zincir
ve dallanma izomerisi denir.
Birbirinin yapı izomeri olan bileşiklerin fiziksel ve kimyasal özellikleri de farklıdır. Hekzan(C6H14) bileşiğinin yapı
izomeri sayısı dallanmalar nedeniyle 5 tanedir. Bu maddelerin çeşitli özelliklerinin karşılaştırması aşağıdaki
tabloda verilmiştir.
o
Tablodan da görüleceği gibi izomer maddelerde dallanma arttıkça erime ve kaynama noktaları düşmektedir. 20 C
sıcaklıkta ölçülen özkütleler, dallanma arttıkça küçükte olsa azalmaktadır.
Alkanlarda C sayısı arttıkça izomer sayısı da artar. Aşağıdaki tabloda C sayısı arttıkça yazılabilecek izomer sayısı
ile ilgili örnekler görülmektedir.
Zincir yapısına sahip moleküllerin, aynı molekül formülüne sahip halkalı yapıdaki bazı moleküllerle izomer olduğu
görülür. Örneğin, büt-2-en bileşiğiyle, siklobütan bileşiği aynı kapalı formüle sahip olmalarına rağmen, yapısal
formülleri birbirinden farklıdır. Aynı şekilde, pent-1-en, pent-2-en, 2-metilbüt-1-en, 2-metilbüt-2-en ve siklopentan
birbirinin yapı izomeri olarak görülebilirler.
b) Konum izomerliği: Maddeye fonksiyon katan atom ya da atom gruplarının, farklı C atomlarına bağlanmasıyla
oluşan izomerlere konum izomerisi denir. Örneğin, bütan-1-ol bileşiği ile bütan-2-ol bileşiğinde (-OH) fonksiyonel
grubu farklı C atomlarına bağlanarak farklı iki konum izomeri oluşturmuştur.
Aromatik bileşiklerde de konum izomerliğinden söz edilebilir. Benzen halkasına iki atom yada atom grubu üç farklı
konumda bağlanabilir. Bu durumda üç çeşit konum izomeri oluşur. Adlandırma yapılırken atom ya da atom
grupları 1 ve 2 numaralı C atomlarına bağlanıyorlarsa orto(o-), 1 ve 3 numaralı C atomlarına bağlanıyorlarsa
meta(m-), 1 ve 4 numaralı C atomlarına bağlanıyorlarsa para(p-) ön ekleri kullanılarak adlandırma yapılır ve orto,
meta ve para izomerleri oluşur.
Aşağıda benzen halkasıyla oluşturulmuş çeşitli konum izomeri örnekleri verilmiştir.
c) Fonksiyonel grup izomerliği: Atomların farklı şekilde düzenlenmeleri sırasında fonksiyonel grup türü de
değişebilir. Bu durumda oluşan izomerlere fonksiyonel grup izomerleri denir. Bu izomerlerin fiziksel ve kimyasal
özellikleri birbirinden farklıdır.
Aynı C sayısına sahip alkoller ve eterler birbirlerinin fonksiyonel grup izomeridir. Genel formülleri C nH2n+2O
şeklindedir.
Aynı C sayısına sahip aldehitler ve ketonlar birbirinin fonksiyonel grup izomeridir. Genel formülleri C nH2nO
şeklindedir.
Aynı C sayısına sahip karboksilli asitler ve esterler birbirinin fonksiyonel grup izomeridir. Genel formülleri CnH2nO2
şeklindedir.
Stereo İzomerlik(Üç boyut izomerliği)
Birbirinin izomeri olan moleküllerde atomların birbirine bağlanma düzeyleri aynı, uzaydaki yönelişleri farklı
olabilir.Bu tür izomerlere stereoizomerler denir. Stereoizomerlik geometrik izomeri ve optik izomeri olmak üzere iki
türlüdür.
Geometrik izomerlik
Geometrik izomerleri cis-trans izomerisi ve konformasyon izomerisi olmak üzere iki alt grupta incelenebilir.
a) Cis-Trans izomerliği: Bu izomerlik daha çok alken ve sikloalkanlarda görülür. Alkanlarda C ile C arasında tek
bağ olduğundan ve tek bağ bir dönme ekseni olabileceğinden atom grupları bu eksen etrafında kolaylıkla
dönerler. Alkenlerde ise karbonlar arasındaki ikili bağ, bağ etrafındaki dönmeleri engeller. Bu durum alkenlerde
cis-trans izomerliğinin ortaya çıkmasına neden olur.
Aşağıda formülleri verilmiş olan iki dikloreten bileşiğini inceleyelim.
Yukarıda verilen iki madde aynı kapalı formüle ve mol kütlesine sahip olmasına rağmen birbirinin izomeridir.Cistrans izomerliğinin varlığı için ikili bağdaki benzer grupların durumunun karşılaştırılması gerekir. Yukarıda verilen
iki bileşikten birincisinde Cl atomları düzlemin aynı tarafıda yer almışlardır. Benzer grupların düzlemin aynı
tarafında yer alması durumunda bu izomere cis izomeri, zıt tarafında yer alıyorsa, bu izomere trans izomeri denir.
Yukarıdaki örnekler incelendiğinde,
aynı cins atomların veya grupların çift bağın aynı tarafında kalmaları durumunda cis, zıt tarafında kalmaları
durumunda trans izomeri oluşur. Yukarıda verilen örneklerde ikili bağdaki H atomlarının durumuna bakılarak da
cis-trans izomerisi belirlenebilir. H atomları çift bağın aynı tarafında kalıyorlarsa cis, zıt tarafında kalıyorlarsa trans
izomeri oluşur.
İkili bağdaki C atomlarından birine iki aynı grup bağlanmışsa bu durumda cis-trans izomerisinden söz edilemez.
2-metilprop-1-en bileşiğinde ikili bağdaki C atomlarından birine iki metil grubu ya da diğerine iki hidrojen
bağlanmıştır. Bu durumda grupların yeri değişse bile elde edilen madde aynı olacaktır. Aynı şekilde 1,1diklorprop-1-en bileşiğinde de değişme olmayacağı için yukarıda verilen iki maddede de cis-trans izomerliği
yoktur(geometrik izomerliği yoktur).
Sikloalkan molekülleri düzlemseldir. Karbon atomlarına bağlı atom veya atom grupları bu düzlemin dışında
kalırlar. Bu durumda cis-trans izomeri oluşabilir. Düzlem dışında kalan atom ya da gruplar uzayda farklı yönelim
göstermiş olurlar. Aşağıda 1,2-dimetil siklopropan bileşiğinin cis-trans izomerleri gösterilmektedir.
cis-1,2-diklorpropan'da metil grupları aynı tarafta yer alırken, trans-1,2-diklorpropan'da farklı tarafta yer alır.
Aşağıda siklohekzan bileşiklerindeki cis-trans izomerlerine örnekler verilmiştir.
Cis izomeri polar, trans izomeri apolardır. Cis izomerlerinde moleküller arası çekim kuvvetleri polar yapıda olduğu
için daha büyüktür. Cis izomerleri polar oldukları için erime ve kaynama noktaları trans izomerlerine göre daha
yüksektir. Trans izomerlerinin kararlılığı daha fazladır. Cis izomerleri uygun koşullarda ısıtıldıklarında trans
izomerlerine dönerler.
b) Konformasyon izomerliği: Bir molekülde sigma bağı etrafında grupların serbestçe dönmesi, çok sayıda
molekül şekilleri elde edilmesini sağlar. Bu şekillere molekülün konformasyonları ve bu izomeriye konformasyon
izomerisi denir. Bağ çevresindeki dönmeler nedeniyle oluşan bu yapılara konformer(rotamer) denir. Tek bağ
etrafında dönme gerçekleşebildiği için konformerler birbirine dönüşebilir. Konformasyonlar farklı şekillerde
gösterilebilirler, Bunlar üç boyutlu formüller, top çubuk modeli şeklinde olabilirler. Konformerler farklı bileşikler
değildirler. Tek bir molekülün uzaydaki farklı şekilleridir. Aşağıda siklohekzanın farklı şekillerde gösterimi
verilmiştir.
Aşağıda siklohekzan molekülünün koltuk ve kayık konformasyonları örnek olarak verilmiştir.
Optik İzomeri(Optikçe Aktiflik)
Aynada görüntüsü oluşan bir cismin, kendisiyle aynadaki görüntüsü özdeştir. Örneğin bir güneş gözlüğünün
kendisi ile aynadaki görüntüsü özdeş olacaktır. Güneş gözlüğü aynadaki görüntüsü ile üstüste getirildiğinde bire
bir örtüşecektir. Ancak gözlüğün camlarından biri çıkarılırsa, bu durumda bir farklılık oluşacaktır. Gözlükteki sağ
cam çıkarıldığında görüntüdeki sol camın çıkmış olduğu görülecektir. Bu durumda görüntü ile cisim üstüste
konulduklarında örtüşmeyeceklerdir.
Aynadaki görüntüsüyle bire bir örtüşemeyen bu cisimlere asimetrik(chiral) cisimler denir. Bütün üç boyutlu cisimler
simetrik veya asimetriktir.Sol elimiz ile görüntüsü üst üste çakışmaz. Sol elimize giydiğimiz eldiveni sağ elimize
giyemeyiz. Çünkü sol elimiz ve görüntüsü; sol elimiz ve
sağ elimiz asimetriktir.
Aynadaki
görüntüsüyle
üst
üste
getirildiklerinde
çakışmayan moleküllere asimetrik moleküller denir. Bir
3
molekülün asimetrik olması için genellikle sp hibridleşmesi
yapmış C atomuna, dört farklı atom ya da atom grubu
bağlanmış olmalıdır. Moleküldeki dört değişik atomun ya
da grubun bağlı olduğu karbon atomuna asimetrik karbon
atomu denir ve üzerine (*) işareti koyulur. . Asimetrik C
atomu
içeren
moleküllere
Asimetrik-Kiral(chiral)
moleküller denir. Asimetrik C atomu taşımayan dolayısıyla
ayna görüntüleri kendileri ile çakışan moleküllere simetrik-Akiral(achiral) moleküller denir.
Şimdi anlattıklarımızı aşağıdaki örnekle pekiştirelim. Aşağıda 2-klorpropan ve 2-klorbütan bileşikleri ve aynadaki
görüntüleri verilmiştir. Şekil 5.2'ye bakıldığında, 2-klorpropan'ın kendi görüntüsüyle örtüştüğü, bu nedenle
görüntüsüyle simetrik(akiral) olduğu görülür. 2-klorpropan kendi görüntüsüyle örtüştüğü için bir çeşit yapısının
olduğu görülür. Diğer taraftan 2-klorbütan bileşiği ile aynadaki görüntüsünün birbiriyle örtüşmediği, bu nedenle
asimetrik(kiral) olduğu görülür. Bu durumda 2-klorbütan bileşiği asimetrik C atomu taşımaktadır ve kendi
görüntüsüyle örtüşmemektedir. Asimetrik C atomu taşıyan ve görüntüsüyle birebir örtüşmeyen bu moleküllere
enantiyomer adı verilir. Her molekülün aynada bir görüntüsü olmasına rağmen, yalnızca görüntüsüyle
örtüşemeyenler enantiyomer'dir. Enantiyomerlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri büyük ölçüde aynıdır. Tek fark
polarize olmuş ışığı çevirme yönlerinin zıt olmasıdır.
Bir organik bileşiğin optik izomerlerinden birbirinin ayna görüntüsü olmayanlarına diastereomerler denir.
Diastereomerlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirinden farklıdır. Örneğin, cis-2-büten ve trans-2-büten
bileşikleri incelendiğinde stereoizomer oldukları görülür. Bu iki bileşikten biri diğerinin ayna görüntüsü değildir. Bu
nedenle, iki bileşik diastereomerlerdir. Enantiyomer olmayan stereoizomerler diastereomerdir.
Aşağıdaki şekilde verilen gliseraldehit molekülü ve aynadaki görüntüsünün birbiriyle örtüşmediği görülür. Bu
durumda gliseraldehit'te asimetrik C atomu içermektedir. Aşağıda gliseraldehit'in enantiyomerleri hem şekille hem
de yapı formülleriyle verilmiştir.
Örnek: 3-metilhekzan bileşiğinin enantiyomerlerini çiziniz.
Çözüm: Öncelikle 3-metilhekzanda, 3 numaralı karbon atomu etrafında dört bağı gösterecek şekilde merkeze
yazalım.
Daha sonra atom ya da grupları yerleştirerek enantiyomerleri bulalım. İki farklı şekilde dizilim aşağıdaki
gibi olur.
Enantiyomerlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri büyük ölçüde birbirinin aynısıdır. Fakat enantiyomerler diğer
asimetrik moleküllerle tepkimelerinde ve polarize ışık ile etkileşimlerinde farklılıklar gösterir. Enantiyomerlerden
birisi polarize ışığın düzlemini sağa çevirirken, diğeri sola çevirir. Polarize ışığın titreşim düzlemini değiştiren
maddelere optikçe aktif maddeler denir. Bu nedenle enantiyomerler birbirinin optik izomeri'dir.
Doğal ışık, her doğrultuda titreşerek yayılır. Doğal ışık, kalsit(CaCO3) kristalinden geçirildiğinde tek bir düzlem
boyunca titreşen bir ışık elde edilir. Bir düzlem boyunca yayılan bu ışığa polarize ışık denir. Polarize ışık optikçe
aktif bir maddenin bulunduğu bir çözeltiden geçirilirse ışığın yayılma düzlemi sağa ya da sola çevrilir. Polarize
ışığın titreşim(yayılma) düzlemini sağa çeviren maddeler adlandırmada (+) işareti ile, sola çeviren maddeler ise (-)
işareti ile gösterilir.
Bir maddenin optikçe aktifliğini bulmak için kullanılan aletlere polarimetre adı verilir. Işık kaynağından gelen doğal
ışık polarize prizmada polarize olduktan sonra boş bir tüpten geçirilirse ve çıktıktan sonra polarize prizmaya dik
yerleştirilmiş bir analiz prizmasına geldiğinde tümüyle bloke olur ve gözlemci ışık göremez. Aradaki tübe optikçe
aktifliği aranacak madde konulursa, polarize ışığın titreşim düzlemi değişeceğinden, ışık α açısı kadar saparak
analiz prizmasından geçecek ve gözlemci ışığı görecektir. Bu tüp içerisine konulan maddenin optikçe aktif
olduğunu gösterecektir. Madde optikçe aktif değilse gözlemci yine bir şey göremeyecektir. Madde optikçe aktifse
gelen ışığı görmemesi için gözlemcinin, analiz prizmasını alfa açısı kadar çevirmesi gerekecektir. Prizmayı sağa
çevirirse(saat yönüne(+)), optikçe aktif madde dekstrorotatori(dextrorotatory-sağ) D-(+) ya da, sola
çevirirse(saat yönünün tersine(-)), optikçe aktif madde levorotatori(levorotatory-sol) L-(-) sembolüyle gösterilir.
Polarimetredeki analiz prizmasındaki çevirme açısı, optikçe aktif maddenin molekül yapısına,tüp içerisindeki
optikçe aktif maddenin tanecik sayısına, tüpün uzunluğuna, polarize ışığın dalga boyuna ve sıcaklığa bağlıdır.
Alman kimyacı Hermann Emil Fischer, optikçe aktif maddelerin yapılarının belirlenmesinde (+)-gliseraldehit'in
temel bileşik olarak alınmasını ve D-, L- sembollerinin kullanılmasını önerdi. Buna göre gliseraldehit
enantiyomerleri D-gliseraldehit ve L-gliseraldehit olarak yazıldı.
D- ve L- gösteriminin, çevirme açısı (+) ve (-) ile bir ilgisi yoktur. D- ve L- gösterimi bileşiğin yapısı ile ilgilidir. Dyapısına sahip olup polarize ışığı sağa(+) çeviren maddeler olduğu gibi, sola(-) çeviren maddeler de vardır.
Örneğin D-gliserladehit polarize ışığın titreşim düzlemini sağa çevirirken, D-laktik asit sola çevirir. Bir molekülün
biçimi D ve L sembolleriyle, polarıze ışığı sağa veya sola çevirmesi ise (+) ve (-) sembolleriyle gösterilir.
Optikçe aktif bileşiklerin D- ve L- sembolleriyle gösterimi karbonhidratlar ve aminoasitlerde çok görülmektedir.
Günümüzde D- ve L- gösterimi bazı bileşikler için yetersiz kalabilmektedir. Örneğin, tartarik asitin formülü
incelendiğinde kesikli çizginin altında kalan asimetrik C atomuna göre D-, üst kısmındaki asimetrik C atomuna
göre L- öneki alması gerekmektedir.Böyle bir durumda ortada bir belirsizlik oluşur.
Aynı şekilde bakıldığında bütan-2-ol
bileşiğinin de iki enantiyomeri vardır.
IUPAC kurallarının bu bölüme kadar öğrenilen kısmı uygulandığında her iki maddeye de aynı adın verilmesi
gerekir. Bu durumda iki maddenin de adı bütan-2-ol(2-bütanol) ya da tert-bütil alkol olacaktır. Ancak IUPAC, her
maddenin adının farklı olduğu kuralından yola çıktığı için, yukarıda verilen maddelerin adlarının birbirinden farklı
olması gerekir. Başka bir kural uygulamadan, I ve II maddelerinin adı, kim tarafından görülürse görülsün bütan-2ol olacaktır.
Bu durumu önlemek amacıyla İngiliz organik kimyacılar R. S. Cahn, C. K. Ingold ve Nobel ödüllü İsveçli kimyacı
V. Prelog yeni bir adlandırma sistemi üzerinde çalışarak R(latince Rectus-Sağ)-S(Latince Sinister-Sol) ya da
Cahn-Ingold-Prelog adlandırma sistemi'ni oluşturmuşlardır. R-S sistemi IUPAC tarafından kullanılmaktadır..
Bu sisteme göre, bütan-2-ol bileşiğinin enantiyomerlerinden biri (R)-2-bütanol olarak, diğeri ise (S)-2-bütanol
olarak adlandırılacaktır. Bu moleküllerin adlarındaki bu farklılık asimetrik C atomundaki(ana zincirdeki 2. C atomu)
zıt düzenlenmiş atom ya da gruplardan kaynaklanmaktadır.
R-S sisteminde şu esaslara göre düzenleme yapılır.
1.
Asimetrik karbon atomuna(kiral merkez) bağlı dört grubun her biri belirli bir önceliğe göre a, b, c, d harfleri ile
işaretlenir. Öncelik, kiral merkeze doğrudan bağlı olan atomların atom numaralarına göre düzenlenir. Atom
numarası en küçük olanın önceliği en az olur ve d harfiyle gösterilir. Atom numarası en büyük olanın önceliği en
fazla olur ve a harfiyle gösterilir. Başka bir deyişle atom numarası en büyük olan a, daha sonraki b, sonraki c ve
en küçük atom numaralı olan d harfi ile gösterilir. Eğer bağlı olan atomlar birbirinin izotopuysa, atom kütlesi büyük
olan daha öncelikli seçilir. Bu kural 2- bütanolün II numaralı enantiyomerine uygulandığında(I numaraya da
uygulanabilir) aşağıdaki durum oluşur.
Kiral merkeze bağlı atomlardan oksijenin atom numarası en büyük olduğu için öncelik sırasında en başta olur ve a
harfi ile gösterilir. H en küçük atom numaralı olduğu için en az önceliklidir ve d harfi ile gösterilir. Metil ve etil
gruplarında, kiral merkeze aynı atom(C) bağlı olduğu için öncelik belirlenemez.
2.
Kiral merkeze bağlı atomlar aynı ise öncelik belirlemek için zincirde bu atoma bağlı ikinci atomun atom
numarasına bakılarak öncelik belirlenir. Asimetrik C atomuna bağlı atom gruplarının ilk atomu aynı ise bağlı
gruplardaki ikinci veya üçüncü atomların atom numaraları dikkate alınır. Bu da olmazsa zincire bağlı diğer
atomlarda öncelik bulununcaya kadar arama devam eder. 2-bütanol örneğinde, metil grubundaki C atomuna
bağlı olan zincirdeki atom H( üç tarafta da H bağlı), etil grubunda ise CH3'teki C atomudur. Bu durumda etil
grubunun bulunduğu taraf atom numarası toplamında daha büyük olacağından öncelikli olacak ve b harfi ile
gösterilecektir.
3.
Bu tespitler yapıldıktan sonra formül, en az öncelikle grup gözden en uzak noktaya gelecek şekilde
döndürülür ve bu grup kiral merkezin arkasına getirilir.
Bundan sonra a'dan b'ye, b'den c'ye gidilecek yol, a→b→c şeklinde çizilir. Ok işaretlerinin izlediği yol saat
yönünde ise enantiyomer (R) ile, saat yönünün tersine ise enantiyomer (S) ile gösterilir. Yukarıdaki örneğimizde
2-bütanol bileşiğinin adı, saat yönünün tersine bir yol izlendiği için (S)-2-bütanol olur.
Örnek:
Bir molekülün döndürülerek en az öncelikli atomun sayfa düzleminin içine doğru getirilmesi(örneklerimizde kesikli
çizgilerin olduğu bağa bağlanması) zaman zaman sorun olabilmektedir. Bunu önlemek için izlenecek pratik bir yol
vardır.
Kiral merkeze bağlı olan gruplardan herhangi ikisinin yerleri değiştirilirse
konfigürasyonda ters dönmüş olur. Hangi iki grubun yer değiştirdiğinin hiçbir
önemi yoktur. Daha sonra kalan iki grupta birbiriyle yer değiştirirse
başlangıçtaki molekül yeniden elde edilmiş olur. Bu yöntemi kullanarak en
az öncelikli grubu sayfa düzleminin içini gösteren kesikli bağa
yerleştirdiğimizde kalan grupları öncelik sırasına göre daha kolay
sıralayabiliriz. Aşağıdaki örnekle okumanın nasıl gerçekleşeceğini görelim.
Yanda verilen konfigürasyonda yer alan en az öncelikli grubu(4) kesiklerle gösterilen bağdaki
grupla yer değiştirelim(3). Daha sonra kalan iki grubun yerlerini birbirleriyle değiştirelim.
Son durumdaki konfigürasyon başlangıçtaki konfigürasyonun aynısıdır. Şimdi en az öncelikli grup sayfa
düzleminin içinde kalacak şekilde maddeye bakılırsa R ve S sistemi daha kolay uygulanmış olur. Örneğimizde
sıra saat yönünde olduğu için konfigürasyon R
olarak ele alınır.
Örnek: Aşağıda bromklorfloriyotmetan bileşiğinin enantiyomerlerinden biri gösterilmektedir. Bu bileşiği R-S
sistemine göre adlandırınız.(9F, 17Cl, 35Br, 53I)
Cahn-Ingold-Prelog sisteminin ilk üç kuralı genel olarak tek bağ içeren bileşikler için bir öncelik sırası
belirlenmesini sağlar. Çoklu bağ içeren bileşikler için bir kural daha belirlenmiştir.
4.
Yapısında ikili ya da üçlü bağ bulunan moleküllerde atom numarası toplamı bulunurken ikili bağda atomların
iki defa, üçlü bağda bulunan atomların üç defa bağlanmış olduğu düşünülür. Aşağıda bu açılımlar sembolik olarak
gösterilmiştir.
Örneğin, vinil grubu(-CH=CH2) bu durumda izopropil(-CH(CH3)2) grubuna göre öncelikli olacaktır.
İki grupta da birinci atomlar aynı olduğu için ikinci atomlara geçebilmek için vinil grubundaki çift bağ açılarak C
atomlarının iki kez bağlandığı gösterilir . İkinci atomlarda benzer olduğu için ilk farklılık oluşana kadar atomlar
kontrol edilir. Vinil grubunda daha sonraki bağlantıda yer alan atomlar C,H,H olurken izopropil grubunda
bağlantıdaki atomların H, H, H olduğu görülür. Bu durumda öncelik vinil grubunun olur.
Daha karmaşık yapıdaki maddelerin sıralaması burada incelenmeyecektir.
Aşağıdaki örnekte bazı bileşiklerin R ve S yapılarıyla adlandırılışı verilmiştir.
Örnek: R-S sisteminde aşağıdaki bağlantı yapacak grupları önceliklerine göre büyükten küçüğe sıralayınız.
A)
-Cl, -OH, -SH, -H
B)
-CH3, -CH2Br, -CH2Cl, -CH2OH
D) -CH(CH3)2 , -C(CH3)3 , -H, -CH=CH2
-CHO
C)
-H, -OH, -CHO, -CH3
E) -H, -N(CH3)2 , -OCH3 , -H, -CHO
F) -OH, -OPO3H2 , -H ,
Polarıze ışığı sağa ve sola çeviren iki enantiyomerin eşit mollerde karıştırılmasıyla oluşan karışımlara rasemik
karışımlar denir. Rasemik karışımlara R- ve S- enantiyomerleri polarize ışığın titreşim düzlemini eşit açılarda ama
zıt yönlerde döndüreceği için, net bir dönmeden söz edilemez. Başka bir deyişle rasemik karışımlar polarize ışığın
titreşim düzlemini değiştirmez. Rasemik karışımlar ( ) öneki ile gösterilir.
ORGANİK TEPKİMELER
Organik tepkimelerde, organik maddelerin yapısında çokça bulunan karbon elementi oldukça önemli bir yer
kaplamaktadır. Karbon atomu, başka karbon atomlarıyla kuvvetli kovalent bağlar oluştururken, hidrojen, oksijen,
azot gibi elementlerle de bağ oluşturarak çok çeşitli organik bileşiklerin oluşmasını da sağlar.
Organik bileşiklerin gerçekleştirdikleri tepkimelerde, kovalent bağlarda gerçekleşen değişimler üzerinden gidilerek
organik tepkimeler aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir.
1.
2.
3.
4.
5.
İndirgenme Yükseltgenme Tepkimeleri
Yer Değiştirme Tepkimeleri(Substitisyon Tepkimeleri)
Katılma Tepkimeleri
Ayrılma Tepkimeleri(Eliminasyon Tepkimeleri)
Kondenzasyon Tepkimeleri
Organik İndirgenme Yükseltgenme Tepkimeleri
Bir organik maddenin indirgenmesi sırasında ya hidrojen içeriğinde artış; ya da oksijen içeriğinde bir azalma olur.
Örneğin, Bir karboksilli asitin aldehide dönüşmesi tepkimesinde indirgenmeriğindee gerçekleşir; çünkü, aşağıda
görüldüğü gibi oksijen kapasitesinde azalma olur.
Bir aldehitin alkole dönüşmesi sırasında da indirgenme gerçekleşir.
Bir alkolün alkana dönüştürülmesi sırasında da indirgenme gerçekleşir.
Yukarıdaki örneklerde kullanılan [H] sembolü organik maddenin indirgendiğini göstermektedir. Organik
maddelerin indirgenme tepkimelerinde indirgen madde gösterilmeksizin indirgenen maddelerin genel gösterimi
yapılırken tepkime [H] sembolü kullanılarak gösterilir.
İndirgenme tepkimelerinin tersi yükseltgenmedir. Bir maddenin oksijen içeriğinin artması; ya da hidrojen içeriğinin
azalması o maddenin yükseltgendiğini gösterir. Yukarıda verilen indirgenme tepkimelerinin tersi yazıldığında
yükseltgenme tepkimeleri yazılmış olur. Yükseltgenme tepkimelerinin genel gösteriminde ok işaretinin üstüne [O]
sembolü konularak tepkime yükseltgenme tepkimesi olarak sembolize edilmiş olur.
Organik bileşiklerin yükseltgenme tepkimelerinde, bileşiğin içeriğinde, elektronegativitesi karbonun
elektronegativite değerinden daha yüksek bir atomun katılmasıyla artma olmaktadır.
Örneğin, aşağıdaki genel örnekte görüldüğü gibi hidrojenlerin yerine geçen klorun elektronagativite değeri C
atomunun elektronegativite değerinden yüksek olduğu için gerçekleşen tepkimeler yükseltgenmedir.
Bir organik bileşik indirgendiğinde, bir başka maddenin de onu indirgiyor olması(indirgen) gerekir.
Organik Kimyada Yükseltgenme Basamakları
Organik bileşiklerin gerçekleştirdiği indirgenme yükseltgenme tepkimelerinde, karbon atomlarının yükseltgenme
basamakları birbirinden farklıdır. Kovalent bağlarda atomlar elektronları ortaklaşa kullanırlar. Karbon atomunun
yükseltgenme basamağı bulunurken, elektronların paylaşıldığı atomun elektronegativite değerine bakılarak karar
verilir. Elektronegativitesi C atomunun elektronegativitesinden büyük bir atomla elektronlar paylaşılıyorsa,
elektronegativitesi büyük atomun bağ elektronlarına sahip olduğu kabul edilir ve yükseltgenme basamağı buna
göre bulunur. Karbon atomunun yükseltgenme basamağı, elektronegativitesi karbondan küçük atomlarla(H gibi)
yaptığı her bağ için 1-, elektronegativitesi karbondan büyük olan atomlarla(N, O, Cl gibi) yaptığı her bağ için 1+
etkilenir. Karbonun bir başka karbonla bağ yapması durumunda yükseltgenme basamağında bir değişme olmaz.
Bu yöntemi kullanarak CH4 bileşiğinde C'nin yükseltgenme basamağı 4-, CO2 bileşiğinde ise 4+ bulunur.
Örnek: Aşağıdaki metanol bileşiğinde C atomunun yükseltgenme basamağını bulalım. C atomuna üç hidrojen ve
bir oksijen atomu bağlanmıştır. Bağ yapan atomlardan hidrojenin elektronegativitesi C atomundan küçük olduğu
için her H atomuyla yapılan bağ için, yükseltgenme basamağı 1- etkilenir. C atomu, elektronegativite değeri
kendinden yüksek olan O atomuyla bir bağ yaptığı için yükseltgenme basamağı 1+ etkilenir.
C atomunun bağları
3 tane H atomu ile = -3
1 tane O atomu ile = +1
Toplam = -2 (C atomunun yükseltgenme basamağı)
Örnek: Formik asitte C atomunun yükseltgenme basamağını bulunuz.
Karbonun yaptığı bağlar
1 tane H ile = -1
3 tane O ile = +3
Toplam = +2 (C atomunun yükseltgenme basamağı)
Örnek: Formaldehit bileşiğinde C atomunun yükseltgenme basamağını bulunuz.
Karbonun yaptığı bağlar
2 tane H ile = -2
2 tane O ile = +2
Toplam = 0(C atomunun yükseltgenme basamağı)
Örnek: Etanol, asetik asit ve asetaldehit bileşiklerindeki her bir C atomunun yükseltgenme basamaklarını bulunuz.
Örnek: Aşağıda verilen organik tepkimeler indirgenme yükseltgenme tepkimeleri midir?
Örnek:
CH4, CH3OH, HCHO, HCOOH ve CO2 bileşiklerini karbonun artan yükseltgenme sayısına göre sıralayınız.
Çözüm:
CH4 = -4 < CH3OH = -2 < HCHO = 0 < HCOOH = +2 < CO2 = +4
Karbonun en düşük
Karbonun en yüksek
yükseltgenme sayısı
yükseltgenme sayısı
Organik İndirgenme Yükseltgenme Tepkimesi Örnekleri
Organik kimyada indirgenme, genellikle bileşiklere hidrojen katılması ya da bileşiklerden oksijen çekilmesi
şeklinde gerçekleşir.
İndirgenmede C atomu üzerindeki elektron yoğunluğu aşağıdaki şekillerde artırılabilir:
a)
C-H bağı oluşturularak elektron yoğunluğu artırılmış olur ve indirgenme gerçekleşir.
b)
C-O, C-N, C-X gibi bağların kopmasıyla C atomunun elektron yoğunluğu azaltılmış olur ve indirgenme
gerçekleşir.
Herhangi bir organik bileşikte bulunan C atomlarının yükseltgenme sayıları birbirinden farklı olabilir. Bu tür
bileşikler indirgenme yükseltgenme tepkimelerine girdiklerinde yükseltgenme sayısı değişen karbon çoğu zaman
bir tanedir(birden fazla C atomunun yükseltgenme sayısının değiştiği tepkimeler de vardır). Bu durumda sadece
yükseltgenme sayısı değişen karbon atomu dikkate alınarak tepkimeler üzerinde gerekli işlemler yapılabilir.
Organik bileşiklerin indirgenme yükseltgenme tepkimelerine örnek olarak aşağıdaki tepkimeler verilebilir.
1.
Alkenlere hidrojen katılması
CH2 = CH2 + H2 →
CH3 - CH3
CH2 = CH2 bileşiğinde her bir C atomunun yükseltgenme basamağı -2'dir. CH3 - CH3 bileşiğinde ise her bir C
atomunun yükseltgenme basamağı -3 olmuştur. Bu durumda bileşik indirgenmiştir.
2.
Alkinlere hidrojen katılması
CH ≡ CH + H2 →
CH2 = CH2
CH ≡ CH bileşiğinde her bir C atomunun yükseltgenme basamağı -1'dir. CH2 = CH2 bileşiğinde ise her bir C
atomunun yükseltgenme basamağı -2 olmuştur. Bu durumda bileşik indirgenmiştir.
3.
Alkil halojenürlere(R-X) metalik sodyumun etkisiyle alkanların elde edilişi(Wurtz sentezi) sonucunda Alkil
halojenürdeki C indirgenir ve alkan oluşur.
Örnek: 2 CH3-I + 2 Na → C2H6 + 2 NaI
2 CH3CH2Cl + 2 Na → C4H8 + 2 NaCl
4.
Bazik ortamda KMnO4 veya asidik ortamda K2Cr2O7 gibi yükseltgenler kullanılarak primer alkoller aldehitlere,
aldehitler karboksilli asitlere, sekonder alkoller ketonlara yükseltgenirler. Başka bir deyişle alkollerin
yükseltgenmeleri için asidik ortamda
iyonu ile bazik ortamda
iyonu gerekir. Primer alkoller iki
kademe yükseltgenirler. Sekonder alkoller bir kademe yükseltgenirler. Tersiyer alkoller
yükseltgenemezler. Aldehitler de alkollerde olduğu gibi permanganat ve dikromat iyonlarıyla hızlı
+
tepkimeler sonucunda yükseltgenerek karboksilli asitleri oluştururlar. Aldehitler alkollerden farklı olarak Ag
2+
ve Cu iyonlarıyla da yükseltgenirler. Ketonlar yükseltgenemezler. Aldehit ve ketonlar birbirinin fonksiyonel
+
grup izomerleridir. Aldehitleri ketonlardan ayırt etmek için Ag (AgNO3 bileşiğinin NH3 içerisinde
2+
çözünmesiyle hazırlanan Tollens ayıracı) ve Cu ( tartarik asititn bir tuzunun alkali çözeltisinde CuSO 4
bileşiğinin çözünmesiyle hazırlanan fehling ayıracı) iyonlarıyla verdikleri yükseltgenme tepkimeleri kullanılır.
Organik maddelerin indirgenme yükseltgenme tepkimelerinde denklemin tamamının yazılması her zaman
gerekmeyebilir. Bu nedenle indirgenme ve yükseltgenmeler daha önce de açıklandığı gibi ok işareti üzerine
semboller konularak ifade edilirler.
Karboksilli asitler indirgenirse aldehitler, aldehitler indirgenirse primer alkoller, ketonlar indirgenirse sekonder
alkoller oluşur. Görüldüğü gibi yükseltgenme sonucunda oluşan maddeler indirgendiklerinde kendilerini
oluşturan maddelere dönüşmektedir.
5.
Alkil halojenürlerin metalik Mg ile etkileşerek Grignard bileşiklerini oluşturmaları indirgenmedir. Bu tepkimede
halojenin bağlı olduğu C atomunun yükseltgenme basamağı -2'den -4'e değişir ve indirgenme gerçekleşir.
R-Cl + Mg → R-MgCl
CH3-Cl + Mg → CH3MgCl
6.
Alkenlerin, bazik ortamda soğuk ve seyreltik KMnO4 ile etkileşmeleri sonucunda diollerin oluşması sırasında
organik maddedeki C yükseltgenir. Alkenin çift bağında yer alan C atomları -2 yükseltgenme
basamağındayken diol oluşunca OH gruplarının bağlandığı C atomları -1 yükseltgenme basamağına sahip
olurlar ve yükseltgenirler.
Organik bileşiklerin indirgenme yükseltgenme tepkime denklemlerinin denkleştirilmesi bir örnekle anlatılacaktır.
Tepkime denklemlerinin denkleştirilmesinde 11. sınıfta öğrendiğiniz yarı tepkime yöntemi kullanılarak denklem
denkleştirilecektir.
Yandaki asit çözeltisindeki redoks tepkimesini yarı
tepkime yöntemi ile denkleştiriniz.
1.Tepkimedeki atomların tümünün yükseltgenme
basamakları belirlenir ve indirgenen ve
yükseltgenen madde işaretlenir.
2.Tepkime denklemini indirgenme ve
yükseltgenme yarı tepkimeleri olarak ayırınız.
→
3.Her iki yarı tepkimeyi de kütle korunumunu
sağlamak için aşağıdaki kuralları uygulayarak
denkleştiriniz.

H ve O hariç diğer element atomlarını
denkleştiriniz.

Oksijeni gereken taraflara H2O ekleyerek
denkleştiriniz.
+

H atomlarını H ekleyerek denkleştiriniz.
4.Her iki yarı tepkimeyi de yük denkliği bakımından
denkleştirmek için elektron ekleyiniz.(
Denklemlerde her iki tarafında yükleri toplamının
eşit olması için gereken sayıda elektron eklemesi
yapılır.)
5.Her iki yarı tepkimedeki elektron sayılarını
eşitlemek için denklemleri en küçük tamsayılarla
çarpınız. ( Alınan elektron sayısını verilen elektron
sayısına eşitleyiniz.)
6. Gerekli sadeleştirmeleri yaparak her iki yarı
tepkime denklemini toplayınız.
7.Kütlenin(atom sayısının) ve yükün korunduğunu
kontrol ediniz.
→
Yanma tepkimeleri de bir tür redoks tepkimesidir. Yanma sonucunda C yükseltgenir. Organik bileşiklerin yanma
tepkimeleri genellikle çok hızlı bir şekilde gerçekleşir. Laboratuvarda gerçekleştirilen yükseltgenme tepkimeleri ise
yavaş gerçekleşir. Organik bileşikler yandıklarında genellikle karbondioksit ve su oluşurken, laboratuvarda
gerçekleştirilen yükseltgenme tepkimelerinde ürünler, kullanılan katalizörlere ve tepkimeye giren maddelere bağlı
olarak değişiklik gösterebilir. Örneğin, alkoller yandıklarında CO2 ve H2O oluşurken, primer alkoller
yükseltgendiğinde karboksilli asitler oluşur.
C3H8O(s) + O2(g)
→
3 CO2(g) + 4 H2O(s)
Propanol
C3H8O →
C2H5COOH
Propanol
Propanoik asit
Primer alkollerin yükseltgenmesinde kullanılan yükseltgen madde değiştirilirse elde edilen son ürün aldehit
olabilir. Bu nedenle primer alkollerde kullanılan yükseltgen maddeye bağlı olarak oluşan son ürün de farklı
olabilmektedir.
+
C3H8O + C5H5NH CrO3Cl
-
→
Propanol
C2H5CHO
Propanal
Yükseltgenme tepkimeleri içinde karbon atomu bulunan her organik bileşik için geçerli değildir. Karbon atomunun
yükseltgenme basamağının 4+ olması durumunda, C en yüksek yükseltgenme basamağı değerine ulaşmış
olduğu için yükseltgenemez. 4+ yükseltgenme basamağına sahip olduğu için CO 2, CCl4 ve CF4 gibi bileşiklerin
yanma özelliği de yoktur.
Yer Değiştirme Tepkimeleri(Substitisyon Tepkimeleri)
Organik bileşiklerin tepkimeleri, atomlar arasında kovalent bağların oluşumu ve kopması üzerinden gerçekleşir.
Bir organik molekülde kovalent bağ genel olarak iki farklı yoldan kopabilir.

Kopma, atomlardan birinin ya da bir grubun, bağ elektronlarını üzerine alarak, karbon atomunu bağ
elektronlarından yoksun bırakması şeklinde olur. Bunun sonucunda artı yüklü karbokatyon oluşur.
Oluşan karbokatyon, elektron çifti içeren atom veya grup ile etkileşirse, tepkimeler nükleofilik
mekanizmalar üzerinden gerçekleşir. Karbokatyonlar elektron eksikliği olan maddelerdir. Son
yörüngesindeki 6 değerlik elektronu bulundururlar(oktet tamamlamak için iki elektron gerekmektedir) . Bu
şekilde, radikaller gibi kullanılacak elektronu olmayan ve oluşan gruptaki atomlardan birisinin son
yörüngesinde iki elektron eksikliği olan atom veya atom gruplarına Lewis asiti adı verilir. Karbokatyonlar
Lewis asitidir. Bütün Lewis asitleri elektrofiliktir. AlCl3, BF3, FeCl3 bileşiklerinde merkezdeki atom, iki
elektron eksiği olduğu için Lewis asitidir.
Kopma, atomlardan birinin ya da bir grubun bağ elektronlarını karbon üzerinde bırakması ile eksi yüklü
karbanyon oluşur. Karbanyon, elektron eksikliği olan bir atom veya grupla etkileşirse tepkimeler
elektrofilik mekanizmalar üzerinden yürür. Elektrikçe nötr veya yüklü olan, elektron eksikliği olan atom
veya gruplarla bağ yapmak için fazladan elektron bulunduran maddeler Lewis bazıdır. H 2O, NH3, OH , Cl
Lewis bazına örnek olarak verilebilir. Karbanyonlar da Lewis bazıdır.
Elektronca fakir olan ve tepkimelere bir çift elektron kazanmak için(son yörüngelerindeki elektron
sayılarını 8 yapmak için) giren yapılara elektrofilik grup adı verilir. Lewis asitleri bu sınıfın
+
+
içerisindedir. Elektrofilik, elektron arayan ya da elektron seven anlamında kullanılmaktadır. CH3, H ,
+
Br , BF3, AlCl3 elektrofilik gruplara örnek olarak gösterilebilir.
Elektrofil grup(Lewis Asiti), Lewis bazından elektron çiftini kabul ederek dış kabuğunu doldurarak kararlı
bir yapıya ulaşır.
Bağ polarlığından dolayı elektronca fakir olan C atomları da elektrofil grup davranışı göstererek dış
kabuğundaki elektron sayısını tamamlar ve kararlı yapıya ulaşır.
Elektronca zengin olan, tepkimelere bir çift elektron vermek üzere giren yapılara nükleofilik grup
adı verilir. Lewis bazları bu sınıfın içerisindedir. Nükleofilik çekirdek arayan anlamında kullanılmaktadır.
I , HS , HO nükleofilik gruplara örnek olarak gösterilebilir.

İkinci kopma şeklinde, atomlar bağ elektronlarından birer tanesini alarak en az biri karbon olan iki adet
yüksek enerjili, kararsız radikal oluşturur.
Oluşan serbest radikaller, yine radikal olan başka bir atom ya da grupla etkileşirse bu tepkimeler radikal
mekanizmaları üzerinden yürür. Radikallerin oluşması için UV ışınları, X ışınları veya yüksek sıcaklıklara
gereksinim vardır. Radikaller, yüksek enerjili ve kararsız oldukları için çok etkindirler. Tepkimelerde
başka taneciklerle çarpışarak onlardan bir elektron alır ve tek elektronunu eşleştirerek tepkimeye girerler.
Yukarıdaki gösterimlerde elektronların hareketini göstermek için ok işaretleri kullanılmaktadır. Tepkimelerde
kullanılan okların yönü, tepkime mekanizmasında elektronların hareket yönünü göstermektedir. Başka bir deyişle,
okun yönü elektronların, elektron yoğunluğunun fazla olduğu taraftan az olan tarafa hareketini göstermektedir. Ok
işaretleri atomların hareket yönünü göstermemektedir. Atomların elektronların hareketleri sırasında atomları takip
ettiği varsayılacaktır.
Bir atom veya atom grubu yerine bir başka atom veya grubunun geçmesine yer değiştirme tepkimesi adı
verilir.
Alkanların halojenlerle yer değiştirme tepkimeleri
Alkanların, moleküler halojenlerle ışık veya ısı etkisiyle alkil halojenürlere dönüşmeleri tepkimeleri yer değiştirme
tepkimelerine örnek olarak verilebilir. Alkanların halojenlerle verdikleri radikal halojenle yer değiştirme
tepkimesinin genel gösterimi aşağıdaki gibidir.
R - H + X2
→ R - X + HX
Yukarıdaki tepkime bir nükleofilik yer değiştirme tepkimesi değildir. Tepkime radikaller üzerinden yürüyen bir yer
değiştirme tepkimesidir.
Halojenlerle alkanların verdiği yer değiştirme tepkimelerinde halojen atomu bir ya da daha fazla hidrojen atomuyla
yer değiştirir. Alkanların halojenlerle yer değiştirme tepkimelerinde flor, klor ve Brom kullanılır. İyot tepkimeye
girme isteği az olduğu için kullanılmaz.
Alkanların halojenlenmesi tepkimelerinde birden fazla yer değiştirme aynı süreçte gerçekleşebilir. Örneğin, eşit
mollerde metan ve klor gazlarının oluşturduğu karışım UV ışınları etkisi altında kalırlarsa tepkime başlar ve
aşağıdaki ürünlerden oluşan bir karışım elde edilir.
Tepkimenin başlangıcında ortamda yalnızca metan ve klor gazları vardır. Tepkime başladığında öncelikle klor
metan oluşmaya başlar tepkime ilerledikçe oluşan klormetanlardaki H atomlarından biri daha klor ile yer
değiştirmeye başlar ve karışımda diklormetanların sayısıda çoğalır. Oluşan diklormetanlardaki hidrojenlerle klorlar
yer değiştirir ve trilormetanlar oluşur. Triklor metanlar da yeterli sayıya ulaşınca bulundurdukları hidrojen de klorla
yer değiştirmeye başlar. Böylece tepkimenin gerçekleştiği ortamda dört üründen oluşan bir karışım bulunur.
Alkanların klorla halojenlenmesi tepkimelerinde, oluşan ürün birden çok maddeden oluşan bir karışımdır. Bu
nedenle tek ürün elde edilmek istendiğinde alkanların klorla halojenlenmesi uygun bir yöntem değildir. Yalnızca
her tarafında eşdeğer hidrojen bulunduran alkanların(Neopentan gibi) aşırı miktarlarının klorla halojenlenmesinde
yalnızca bir ürün(neopentilklorür) elde edilebilir.
Alkanların halojenlerle yer değiştirme tepkimeleri radikal oluşumu ile başlar ve bir dizi zincirleme tepkime ile
sonlanır. Tepkimelerin gerçekleşmesi sırasındaki değişimleri daha iyi anlayabilmek için metanın klorla
gerçekleştirdiği yer değiştirme tepkimesinin basamaklarını ve mekanizmasını inceleyelim.
Tepkime:
CH4 + Cl2 →
CH3Cl + HCl
Tepkime mekanizması:
Tepkimelerde çift çengelli ok(
) bir elektron çiftinin hareket yönünü, tek çengelli ok(
ortaklanmamış bir elektronun hareket yönünü gösterir.
I. Basamak
Klor molekülü ayrışırken klor atomlarının her biri bağ elektronlarından birini alır ve klor radikalleri oluşur.
II. Basamak
Klor radikali metan molekülünden bir hidrojen atomunu koparır ve hidrojen klorürle metil radikali oluşur.
) ise
III. Basamak
Metil radikali, klor molekülünden bir klor atomu kopararak metil klorür ve klor radikali oluşur.
Elektrofilik Aromatik Yer Değiştirme Tepkimeleri
Elektrofilik yer değiştirme tepkimeleri birçok önemli bileşiğin sentetik olarak elde edilmesinde gerçekleşir. Örneğin,
naylon üretiminde kullanılan adipik asit ve ambalaj malzemesi olarak kullanılan polistiren bu yöntemle üretilir.
Aromatik bileşiklerin önemli tepkimelerinden bazılarında bir elektrofilik madde, aromatik halkadaki hidrojenlerden
biriyle yer değiştirir.
Elektrofilik yer değiştirme tepkimelerinde yer değiştiren grup elektron eksikliği olan ve elektronca zengin bir
madde arayan elektrofillerdir. Aromatik hidrokarbonların verdiği elektrofilik yer değiştirme tepkimelerini öncelikle
benzenin elektrofilik gruplarla vermiş olduğu tepkimelerin genel mekanizmaları üzerinden aşağıdaki gibi
gerçekleşir.
Gerçekleşen tepkimenin mekanizması iki basamaklıdır.
I. Basamak
Arenyum iyonu
veya
Birinci basamakta arenyum iyonu oluşur.
II. Basamak
veya
İkinci basamakta ise birinci basamakta oluşan arenyum iyonundan bir proton çıkar ve tepkime tamamlanır.
Aşağıdaki tablo, beş farklı elektrofilik aromatik yer değiştirme tepkimesini göstermektedir.
Benzenin halojenlenmesi
Benzen halkası, Lewis asitinin(FeCl3 veya FeBr3 gibi) bulunduğu ortamda klor ve bromla, elektrofilik yer
değiştirme tepkimesi verir. Bu tepkimelerde Lewis asiti, halojeni kuvvetli elektrofil hale getirmek için kullanılır.
Benzenin Nitrolanması
Benzenin, derişik H2SO4 ve derişik HNO3 karışımıyla tepkimeye girmesi sonucunda nitrobenzen elde edilir.
Katalizör olarak kullanılan derişik sülfürik asit, bir elektrofil olan
derişimini artırarak tepkimeyi hızlandırır.
Mekanizma
I. Basamak
Bu basamakta nitrik asit, H2SO4 bileşiğinden bir proton yakalar.
II. Basamak
Protonlanmış nitrik asit nitronyum iyonunu oluştururken su açığa çıkar.
III. Basamak
Arenyum iyonu
Elektrofilik nitronyum iyonu benzen ile tepkimeye girerek, rezonans dengesine sahip arenyum iyonuna dönüşür.
IV. Basamak
Arenyum iyonu Lewis bazına proton vererek nitrobenzene dönüşür.
Net tepkime denklemi aşağıdaki gibidir.
Nitrolama yöntemi endüstride nitrogliserinin eldesinde kullanılır. Nitrogliserin oldukça kararsız ve patlayıcı bir
sıvıdır. Gliserinin nitrik asit ile tepkimesinden elde edilir.
Aromatik Bileşiklerin Alkillenmesi
1877 yılında Fransız kimyacı Charles Friedel ve Amerikalı ortağı James M. Crafts alkilbenzen(ArR) ve
açilbenzen(ArCOR) bileşiklerinin eldesinde yeni bir yöntem geliştirdiler. Geliştirdikleri bu tepkime yönteminin
adına Friedel-Crafts alkillemesi(açillemesi) denir. Friedel-Crafts tepkimesinin genel denklemi aşağıdaki gibidir.
Tepkime mekanizması bir karbokatyon oluşumuyla başlar. Karbokatyon elektrofil olarak davranır ve benzen
halkasına bağlanarak arenyum iyonu oluşturur. Arenyum iyonu proton kaybeder ve tepkime tamamlanmış olur.
Açil grubunun(
) grubunun benzenle olan tepkimesi de bir elektrofilik yer değiştirme tepkimesidir.
+
Tepkimede oluşan elektrofil açilyum(RCO ) iyonudur. Tepkimede benzen, açil halojenürlerle aluminyum klorürlü
ortamda aromatik yapıdaki ketonları oluşturur.
Benzenin Sülfolanması
Benzenin sıcak ve derişik sülfürik asitle tepkimesi sonucunda benzensülfanoik asit oluşur.
Benzenin sülfolanması tepkimesi tersinirdir. Benzen halkasının sülfolanması ve tepkimenin sağa kayması
isteniyorsa derişik sülfürik asit kullanılır. Sülfolanmış halkanın kaybolması isteniyorsa seyreltik sülfürik asit
kullanılır ve karışımdan yüksek sıcaklıkta buhar geçirilir. Sülfolama tepkimeleri deterjan üretimiminde de
kullanılmaktadır. Günümüzde en çok kullanılan deterjanlar, düz zincirli alkilbenzen sülfanoatlardır.
Nükleofilik Yer Değiştirme Tepkimeleri
Nükleofilik yer değiştirme tepkimelerinde, nükleofil madde tepkimeye giren maddedeki ayrılacak grup(AG) ile yer
değiştirir.
Nükleofilik yer değiştirme tepkimelerinde, nükleofil bir Lewis bazıdır ve ya negatif yüklü ya da yüksüzdür. Ayrılan
grup ise ayrılma sırasında bir çift elektronu alarak ayrılan maddedir. Başlangıç maddesi bir alkil halojenür ise
ayrılan grup bir halojen iyonu olur. Aşağıda bu durumu açıklayan genel bir denklem ve örnekler görülmektedir.
Aromatik halojen bileşikleri alkil halojenürlerin verdiği yer değiştirme tepkimelerini kolayca vermez. Bu bileşiklerin
nükleofilik yer değiştirme tepkimelerini kolay bir şekilde vermesi için aromatik halkanın etkinleştirilmesi gerekir.
Bunun için halkadaki halojen atomunun bulunduğu konuma göre kuvvetli elektron çekici gruplar da halkada
olmalıdır. Bu koşullar gerçekleştirildiğinde aromatik halojen bileşikleri nükleofilik yer değiştirme tepkimelerini
gerçekleştirebilecek duruma gelir. Aşağıdaki örnekler bu durumu açıklamak için verilmiştir.
Benzen Halkasına İkinci Bir Grubun Bağlanması
Benzen halkasına bağlı olan bir grup(substituent), elektrofilik yer değiştirmede hem halkanın tepkimeye girme
isteğini, hem de gelen grubun halkanın hangi C atomuna(konumuna) bağlanacağını belirler.
Benzen halkasının etkinliğini(aktifliğini) artıran ve tepkimenin daha hızlı gerçekleşmesini sağlayan gruplara
elektron sunucu(etkinleştirici) gruplar; halkanın etkinliğini azaltan ve tepkimenin hızını düşüren gruplara ise
elektron çekici(etkinlik azaltıcı) gruplar denir.
Deneyler ve araştırma sonuçları benzen halkasına ikinci bir grubun bağlanmasını etkileyen ve halkada bağlı olan
grubun yönlendirmeyi, elektronlarını halkaya göndererek, ya da halkadan elektron çekerek gerçekleştirdiğini
göstermektedir.
Yandaki şekilde görüldüğü gibi, Z elektronlarını halkaya yönlendirmiştir. Bu durumda halka
elektron bakımından zenginleşmekte, bir elektrofil yaklaştığında halka daha aktif tepkimeye
girmekte ve tepkime daha hızlı gerçekleşmektedir.
Yandaki şekilde görüldüğü gibi, Y halkadan elektron çekmektedir. Bu durumda halka elektron
bakımından fakirleşmekte, bir elektrofil yaklaştığında halkanın aktifliği azaldığı için tepkimeye
daha az istekli girmekte ve tepkime daha yavaş gerçekleşmektedir.
Orto-Para yönlendirici gruplar ve Meta yönlendirici gruplar
Halkaya bağlı olan grup, gelen ikinci grubun hidrojenle yer değiştirerek, hangi konuma yerleşeceğini de
belirlemektedir.
Orto-para yönlendiriciler
Bazı gruplar gelen ikinci grubu kendilerine göre orto ya da para olarak yönlendirirler.
Toluen, elektrofilik yer değiştirme tepkimelerinde benzen halkasına göre daha aktiftir ve aynı zamanda bir ortopara yönlendiricisidir.
Aromatik halkaya bağlanmış atomunun üzerinde paylaşılmamış elektron çifti içeren amino, hidroksil, alkoksil ve
amitler veya oksijeniyle halkaya bağlanmış esterler gibi gruplar, güçlü aktifleştirici gruplardır ve aynı zamanda
kuvvetli orto-para yönlendiricileridir.
Fenol ve anilin, oda sıcaklığında bromla su içerisinde tepkimeye girdiklerinde, orto ve para pozisyonlarına
bağlanmış bromları içeren ürünler oluştururlar.
Genelleme yapılırsa, Halkaya bağlı atomunda paylaşılmamış elektron çifti içeren gruplar, halkaya bağlı atomunda
elektron çifti içermeyen gruplara göre daha aktif gruplardır.
Meta yönlendiriciler
Bazı gruplar, gelen ikinci grubu kendilerine göre meta yönlendirirler.
Nitro(NO2) grubu kuvvetli bir etkinlik azaltıcı gruptur; çünkü grubu oluşturan azot ve oksijenin elektronegativite
değerleri çok yüksektir ve halkadan elektronları dışarı çekme eğilimi çok fazladır. Nitro benzen yukarıda açıklanan
nedenle, iyi bir meta yönlendiricidir. Nitrobenzen, nitrik asit ve sülfürük asitle nitrolanırsa üründe ikinci grubun %93
oranında meta bağlandığı görülür.
Karboksil grubu(-CO2H), sülfonil asit grubu(-SO3H) ve triflormetil grubu(-CF3) etkinlik azaltıcı gruplardır ve meta
yönlendiricileridir.
Klor ve brom paylaşılmamış elektron çiftleri içerdikleri için elektrofilik yer değiştirme tepkimelerinde,
elektronegativite değerleri yüksek olduğu için benzenin etkinliğini azaltırlar ve tepkimenin gerçekleşmesini
zorlaştırırlar. Bu durumda meta yönlendirici olmaları düşünülebilir ama deneyler tam tersini söylemektedir. Brom
ve klor orto-para yönlendiricileridir.
Bazı maddelerin elektrofilik yer değiştirme tepkimelerindeki yönlendirici etkileri aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.
KATILMA TEPKİMELERİ
Organik bir bileşiğe atom veya atom gruplarının bağlanmasıyla gerçekleşen tepkimelere katılma tepkimeleri adı
verilir. Genel olarak katılma tepkimesi iki molekülün bir araya gelerek daha büyük molekül oluşturmasıdır. Katılma
tepkimesi, bir organik bileşiğin ikili(C=C, C=O gibi) veya üçlü bağ(C≡C, C≡N) içermesi gereklidir.
Alkenlerde ve alkinlerde bulunan pi bağları bu gruplara nükleofilik bir özellik kazandırır. Bu nedenle alkenler ve
alkinler elektrofilik gruplarla veya radikallerle kolay tepkime verirler. Alkinlerin katılma tepkimeleri, üçlü bağın ikili
bağdan daha kararlı olması nedeniyle, alkenlerin katılma tepkimelerine göre daha yavaş gerçekleşir. Alkinlerin,
elektrofillere karşı alkenlerden daha az duyarlı olması karbon-karbon arasındaki üçlü bağın nükleofilik
karakterlerinin az olmasıdır.
Alkenlerin katılma tepkimelerinde, çift bağdaki C atomlarına iki grup bağlanır ve pi bağı kırılır ve katılma tepkimesi
gerçekleşir.
Pi bağları sigma bağlarından zayıf oldukları için tepkimeye katılan gruplar pi bağı elektronlarını etkiler. Katılma
tepkimelerinde moleküle katılan grupların elektrofilik, nükleofilik ya da radikal olmalarına göre gruplandırma
yapılır.
Aşağıdaki tabloda özel adlarıyla iki grubun katılımını gösteren bazı katılma tepkimelerinin genel denklemleri
verilmiştir.
Tablo. Bazı Genel Katılma Tepkimesi Denklemleri
Hidrohalojenür katılması(X= Cl, Br veya I)
Hidrasyon(Su katılması)
Hidrojen katılması
Halojenleme(Halojen katılması)
Halohidrür oluşumu(X= Cl, Br veya I)
Dihidroksilasyon
Elektrofilik Katılma Tepkimeleri
a)
Hidrojen Halojenür(H-X) Katılması
Alkenlere hidrojen halojenür katılması tepkimesinin mekanizması aşağıdaki gibidir.
Yukarıdaki tepkime mekanizmasında görüldüğü gibi tepkime, katılan grubun elektrofilik kısmı ile başladığı için
elektrofilik katılma tepkimesi adını alır. Tepkimede ilk olarak hidrojen bromürün hidrojeni(elektrofilik kısım)
maddeye bağlanarak karbokatyon oluşumunu neden oluyor. Oluşan karbokatyon daha sonraki aşamada
ortamdaki nükleofilik yapı ile birleşiyor ve katılma tepkimesi tamamlanıyor. Böyle katılmalarda tepkime bir
elektrofilik atak ile başladığı için elektrofilik katılma olarak bilinir.
Alkinlere hidrojen halojenür katılması da alkenlerdeki katılma mekanizmasına benzer bir şekilde gerçekleşir.
Alkinlerde gerçekleşen katılma tepkimesinde kullanılan hidrojen halojenürün mol sayısına bağlı olarak
haloalkenler veya dihalojenürlüalkanlar oluşur.
Doymamış hidrokarbonlara hidrojen halojenür katılması bazı durumlarda iki olasılık üzerinden yürümektedir.
Fakat gerçekleştirilen deneysel uygulamalarda genellikle bir ürünün daha fazla oluştuğu görülür. Örneğin
propen(CH3CHCH2) bileşiğine HBr katılmasında ürün olarak çok miktarda 2-brompropan ve çok az miktarda 1brompropan oluşur.
Yapılan deneysel çalışmalarda ana ürünün 2-brompropan olduğu, diğer ürünün ise çok az oluştuğu görülmüştür.
Tepkimede farklı iki ürünün ortaya çıkmasını tepkimede ara ürün olarak ortaya çıkan karbokatyonlar
belirlemektedir. Tepkimede hangi ürünün daha fazla oluşacağı tepkimenin karbokatyon oluşumu aşamasında
belirlenir.
Yukarıda verilen tepkimede oluşan karbokatyonlardan tersiyer karbokatyon daha kararlı bir yapıya sahiptir. Bu
nedenle, onunla nükleofilik grubun birleşmesiyle oluşacak ürün daha fazla olacaktır. Bu tepkimeler sonucunda
oluşacak ürünün fazlalığını daha kararlı olan karbokatyon belirlemektedir. Bu durum Rus kimyacı Vladimir
Markovnikof tarafından açıklanmıştır. Katılma tepkimeleri, tepkimede oluşacak en kararlı karbokatyon
üzerinden gerçekleşir. Karbokatyonlar pozitif karbon atomuna bağlı gruplarının sayısına göre birincil, ikincil ve
üçüncül olmak üzere sınıflandırılır. Karbokatyonların kararlılık sırası aşağıdaki gibidir.
Yukarıdaki açıklamalara göre, simetrik olmayan alkenlere hidrojen halojenürler gibi asimetrik grupların(HCl, HBr,
H2O gibi) katılması Markovnikov kuralına göre gerçekleşir. Bu kurala göre ikili bağa, simetrik olmayan bir reaktif
katılırken, katılan reaktifin pozitif kısmı, ikili bağda en çok hidrojeni bulunan karbona bağlanır; negatif kısmı ise
diğer karbona bağlanır.
Belirli koşullarda alkenler, serbest radikal katılma tepkimesi verebilirler. Peroksitler varlığında HBr katılması bu tür
tepkimelere bir örnektir. Peroksitler, kırıldığında serbest radikal zincir tepkimesini başlatabilecek O - O bağlarını
içeren bileşiklerdir. Bu tür bir tepkimede hidrojen bromür, Markovnikov kuralına zıt yönde(anti-Markovnikov) bir
yer seçiciliği ile bileşiğe katılır. Hidrojen bromürün peroksitler eşliğinde katılmasında yer seçiciliği peroksitsiz
ortamda gerçekleşen seçicilikten farklı gerçekleşir, çünkü bu katılma tepkimesinde mekanizma farklıdır.
Peroksitlerin varlığında gerçekleşen katılma tepkimesinde, serbest radikal oluşumunun gerçekleştiği basamakta
ikili bağa ilk katılan ilk atom brom olmakta ve tepkime Markovnikov kuralına zıt yönde gerçekleşmektedir.
Peroksitsiz ortamda ise ilk katılan tür proton olduğu için Markovnikov kuralına uygun bir tepkime gerçekleşir.
b)
Halojen Katılması
Alken ve alkinlere halojen katılması elektrofilik katılma tepkimesidir. Halojenlerin katılması radikaller üzerinden
yürüyen mekanizmalar aracılığıyla gerçekleşir. Alkenlerin halojenlenmesi tepkimesinde en uygun halojenler Cl2 ve
Br2 dur. Bir tane çift bağ içeren alkenin bir molüne 1 mol halojen katılırsa bileşik doymuş hale gelir.
Tepkimenin gerçekleşmesi için, halojen önce tepkimeye girmeyeceği bir çözücüde çözünür ve daha sonra oluşan
çözelti damla damla alken bileşiğinin üzerine damlatılır. Tepkime oda sıcaklığında kendiliğinden gerçekleşir. Yer
değiştirme tepkimelerindeki gibi ısı ve ışığa gereksinim yoktur.
Alkenlere ve alkinlere halojen katılması tepkimesi radikaller üzerinden yürürken X 2 gibi bir molekülden elektrofilin
nasıl oluştuğu önemlidir. Aşağıda bu oluşumun gerçekleştiği bir katılma tepkimesinin mekanizması
gösterilmektedir.
Yukarıda görüldüğü gibi, bir nükleofilin Br2 molekülüne yaklaşması sonucunda Br atomları kısmi olarak yüklenerek
atomlardan biri elektrofilik hale gelir.
Alkenin pi bağı nükleofilik olduğu için, bağdaki elektronların etkisiyle polarlanan brom molekülünde Br - Br bağı
zayıflar ve kırılır. Sonuçta bir bromür ve bromonyum iyonu oluşur. Oluşan artı yüklü bromonyum iyonu alkene
bağlanır ve bromonyum iyonu oluşturur.
Birinci basamakta oluşan bromür iyonu bromonyum iyonunda bulunan karbokatyona bağlanır ve katılma
tepkimesi tamamlanmış olur.
Bu mekanizma çok inandırıcı görünmesine rağmen katılma sırasında gerçekleşen birleşmeler tam da böyle
olmamaktadır. Bu durumu daha iyi açıklayabilmek ve gerçekleşen katılmayı daha iyi açıklayabilmek için bir
sikloalkende gerçekleşen katılma tepkimesini ele alalım. Siklopenten bileşiğine halojen katılması sırasında oluşan
ürün yalnızca trans-1,2-dibromsiklopentan olmaktadır. Yani bromlar katılırken siklopentene zıt taraflardan
yanaşarak katılmaktadırlar. Bromlardan biri üst taraftan bağlanırken diğeri alt taraftan bağlanmaktadır. Tepkime
gerçekleşirken oluşan bromonyum iyonunda, karbokatyon yerine halkalı bir yapı oluşur. Br iyonu bu halkalı
yapıya yanaşarak halkanın açılmasına neden olur ve katılma gerçekleşir.
Örnek: Aşağıdaki bileşiklerin oda sıcaklığında brom ile oluşturacakları bileşiklerin formülünü yazınız.
a) Propen
b) 4-metilsiklohekzen
Alkenlere halojen katılma tepkimeleri oda sıcaklığında ve daha düşük sıcaklıklarda hızlı bir şekilde gerçekleşir.
Brom katılması tepkimeleri, doymamış organik bileşiklerin varlığının anlaşılabilmesi için kullanılan bir kimyasal
testtir. Bromun karbontetraklorür içinde çözünmesiyle oluşturulan çözelti kırmızı-kahverenklidir. Katılma tepkimesi
sonucunda çözeltinin rengi kaybolur. Bu tepkimeden yararlanılarak doymamış organik bileşikler doymuş organik
bileşiklerden ayırt edilebilir.
Alkinlerde de, alkenlerde olduğu gibi halojen katılması gerçekleşir. Alkinlere halojen katılmasında, katılan
halojenin mol sayısına bağlı olarak dihaljenür alkenler veya tetrahalojenür alkanlar oluşur.
c)
Hidrojen Katılması
Alkenlere ve alkinlere hidrojen katılmasıyla alkan oluşması, katılma tepkimelerine en iyi örnektir. Bu tepkimeler
radikaller üzerinden yürüyen elektrofilik katılma tepkimeleridir. Tepkimelerde nikel(Ni), paladyum(Pd) ve platin(Pt)
gibi metal katalizörler kullanılır. Kullanılan katalizör eşilğinde hidrojen moleküllerinin atomları ikili veya üçlü bağın
karbon atomlarına bağlanarak alkeni veya alkini, alkana dönüştürürler. Alkenlere ve alkinlere hidrojen katılması
tepkimeleri ekzotermiktir. Hidrojen katılma tepkimelerinin gerçekleşmesi için gereken aktifleşme enerjisi yüksek
olduğu için tepkimeler katalizör kullanılmadığında çok yavaş gerçekleşir. Katalizör kullanımıyla gerçekleştirilen
tepkimelerin hızı ise oldukça yüksektir.
Alkenlere veya alkinlere hidrojen katılması tepkimeleri, yukarıda görüldüğü gibi metal katalizörün yüzeyinde
gerçekleşir.
Alkinlere hidrojen katılma tepkimelerinde karbon karbon üçlü bağına, uygun şartlarda ve kullanılan katalizöre bağlı
olarak bir veya iki mol hidrojen katılabilir. Platin ve nikel katalizörlüğünde bir alkinin üçlü bağına iki mol hidrojen
katılırsa alkan oluşur.
kullanılan katalizör tepkimeyi kısmen katalizliyor ve alken oluşumundan sonra tepkimenin devamının oluşmasını
gerçekleştirmiyorsa, kullanılan katalizöre zehirli katalizör adı verilir. Bu katalizörlere Lindlar katalizörü örnek olarak
gösterilebilir.
Hidrojenin alken ve alkinlerle katılma tepkimeleri aynı zamanda indirgenme yükseltgenme tepkimeleridir.
d)
Su katılması
Alkenlere su katılması elektrofilik bir katılmadır. Su molekülü nükleofilik özellikte olduğu için katılma ancak asit
katalizörlüğünde gerçekleşir. Kullanılan asitler genellikle H 2SO4 ve H3PO4 çözeltileridir. Tepkimelerde ikili bağa
suyun katılması Markovnikov kuralına göre gerçekleşir. Aşağıda suyun katılma tepkimesini gösteren mekanizma
ve basamaklar verilmiştir. İlk basamakta alken protonlanır ve karbokatyon oluşur. Oluşan karbokatyon su ile
tepkimeye girerek protonlanmış alkol oluşturur. Son aşamada ise protonlanmış alkolden bir protonun ayrılmasıyla
alkol oluşur.
Aşağıda 2-metil-2-penten bileşiğine su katılması sonucunda oluşan 2-metil-2-bütanol bileşiğinin oluşma denklemi
verilmiştir.
Alkinlere su katılması tepkimelerinde, su katılırken kuvvetli bir asitin yanında üçlü bağı zayıflatacak Hg(II) veya
Cu(I) iyonlarını içeren katalizörler kullanılır. Alkinlerdeki üçlü bağa su katılması, alkenlerdeki su katılması
tepkimesine benzer ancak oluşan alkoller farklı özelliktedir. Kullanılan katalizörler üçlü bağ ile kompleks
oluştururlar ve katılmada önce kararsız bir yapı olan enol oluşumu gerçekleşir. Hidroksil grubu, karbon-karbon ikili
bağına bağlı durumda olduğundan, kararsız yapıdaki bu alkol formuna enol adı verilir. Oluşan enol yapısı hızlı bir
şekilde kararlı bir yapı olan tautomerisine yani keto şekline dönüşür. Bu katılmalarda da Markovnikov kuralı
geçerlidir ve hidrojen atomu en fazla sayıda hidrojen içeren karbon atomuna bağlanır. Enollerin, aldehit ya da
ketonlara dönüştükleri bu işleme keto-enol izomerisi ya da keto-enol tautomerisi denir.
Alkinlere su katılma mekanizması aşağıdaki gibidir.
Alkinlerden asetilene su katıldığında aldehit, diğer alkinlere su katıldığında ise keton oluşur.
Arenlerin Katılma Tepkimeleri
Benzen molekülü, düzlemsel yapılı, simetrisi yüksek, doymamış bir moleküldür. Doymamış yapısına rağmen,
katılma tepkimelerini değil, yer değiştirme tepkimelerini daha kolay gerçekleştirir. Benzen halkası bu özelliği
nedeniyle oldukça sağlam yapılı bir maddedir.
Benzen molekülü, katalizör, yüksek basınç ve yüksek sıcaklıkta H 2 ile katılma tepkimesi verir. Benzen, Cl2,
Br2 veya I2 ile özellikle ışıkta katılma tepkimesi verir. Benzen halojen asitleriyle katılma tepkimesi vermez.
Nükleofilik Katılma Tepkimeleri
C=O yapısındaki C ve O arasındaki ikili bağda bulunan C atomunun kısmen + yüklü olması nedeniyle bu karbon
atomuna katılım nükleofilik katılma olarak adlandırılır. Pi elektronları, oksijen atomunun elektronegativite değerinin
yüksek olması nedeniyle oksijen atomuna daha çok yönelirler. Bu durumda C atomu kısmi olarak pozitif yüklü
hale gelir. Nükleofilik katılma tepkimesi alkol ya da sulu bir çözeltide gerçekleşirse, tepkime bir protonun oksijene
katılmasıyla tamamlanır. Net tepkime incelendiğinde ise karbonil grubunda yer alan C atomuna da bir nükleofilin
katıldığı görülür.
Aşağıda verilen örnek tepkime incelendiğinde, tepkimeye katılan grubun(H-OH) yapısının daha çok nükleofilik
olması bu bileşiklere katılmaların nükleofilik bir katılma olduğunu gösterir.
Bu bileşiklerden aldehit ve ketonların alkol içerisinde LiAlH 4(lityum aluminyum hidrür) ve NaBH4(sodyum boro
hidrür) ile indirgenmeleri bir nükleofilik katılma tepkimesidir. Bu tepkimenin en önemli basamağı, metal
bileşiğinden karbonil karbonuna bir hidrür iyonunun aktarılmasıdır. Bu aktarma işlemi sırasında hidrür iyonu(H: )
nükleofil olarak davranır. Çünkü metal hidrür bağları, metal iyonu artı, hidrojen iyonu eksi olacak şekilde
polarlanmıştır. Karbonil bileşiklerinin metal hidrürlerle olan tepkimelerinin mekanizması aşağıdaki gibidir.
Yukarıdaki tepkimenin sonuna doğru arada oluşan alkoksit iyonu, su, asit ve alkolü verecek şekilde hidroliz olur.
Aldehitlerin LiAlH4 ve NaBH4 ile tepkimeleri sonucunda primer alkoller, ketonların tepkimeleri ile de sekonder
alkoller elde edilir. Aşağıda bir ketonun nükleofilik katılma tepkimesi sonucunda oluşturduğu ürün denklemle
verilmiştir.
Karbonil gruplarının verdiği nükleofilik katılma tepkimelerinde metal hidrür bileşiklerinin yanında Grignard
bileşikleri de önemli rol oynar.
Yukarıda görüldüğü gibi, karbonil grubunun C=O bağındaki elektronlar, elektronegativitesi yüksek olan oksijene
doğru çekilirken, artı yükle yüklenmiş karbon atomuna grignard bileşiği, nükleofilik olarak katılır. Tepkimede etersu karışımı ve seyreltik asit çözeltisi kullanılır.
Alkol üretimindeki tepkimelerde Grignard bileşikleri kullanılarak alkoller elde edilebilir. Formaldehitin Grignard
bileşikleri ile tepkimesinden primer alkol elde edilirken, diğer aldehitlerin Grignard bileşikleri ile tepkimesinden
sekonder alkoller, ketonların Grignard bileşikleri ile tepkimesinden tersiyer alkoller elde edilir.
AYRILMA(ELİMİNASYON) TEPKİMELERİ
Yer değiştirme tepkimelerinde bileşiğin yapısında yer alan grup ya da atom bir nükleofille yer değiştiriyordu.
Ayrılma tepkimelerinde ise, aşağıdaki örnekte gösterildiği gibi β pozisyonunda yer alan proton ile ayrılacak grup
birlikte maddeden kopar ve kopmanın gerçekleştiği C atomları arasında çift bağ oluşur. Bu tür tepkimelere beta
ayrılması veya 1,2-azalması adı verilebilir. Kimyasal tepkimelerde ayrılma tepkimeleri ayrılan grubun adına göre
çeşitlendirilebilir. Örneğin, ayrılan grup bir halojen ise, tepkime dehidrohalojenasyon, su ise dehidrasyon
biçiminde adlandırılabilir. Bütün ayrılma tepkimeleri sırasında, ayrılma olayları bir mekanizmaya bağlı olarak
gerçekleşir.
Ayrılma tepkimelerinin genel mekanizması aşağıdaki gibidir.
Ayrılma tepkimeleri iki aşamada ve çok hızlı gerçekleşir.
a) Proton transferi
b) ayrılacak grubun yapıdan kopması
Ayrılma tepkimeleri yüksek sıcaklıklarda ve kuvvetli bir bazın katalizörlüğünde tek basamakta gerçekleşir.
Kullanılan bazın(Lewis bazı) sudan daha az polar bir çözücü içerisinde hazırlanması gerekir(örneğin, etanol
içerisinde çözünmüş KOH çözeltisi). Tepkimede kullanılan baz, halojen atomuna komşu olan karbon atomundaki
hidrojeni koparır. Açıkta kalan elektron çifti halojenin bağlı olduğu karbon atomuna baskı yaparak halojenin
ayrılmasını ve karbonlar arasında bir pi bağının oluşmasını sağlar. Tepkime sırasında bu iki olayın
gerçekleşmesinin çok hızlı olması nedeniyle, tepkimede önce grubun kopup sonra proton transferinin
gerçekleşmesi de söz konusu olabilir.
Alkil halojenürlerden hidrojen halojenür ayrılması ile alkenler sentezlenebildiği gibi alkinler de sentezlenebilir.
Alkinlerin sentezinde önce bir alken herhangi bir halojenle(Cl, Br gibi) tepkimeye girerek alkil dihalojenürü
oluşturur. Oluşan alkil dihalojenür kuvvetli bir baz(lewis bazı) olan sodyumamit(NaNH2) ile tepkimeye girerek alkini
oluşturur. Tepkime aşağıdaki gibi gerçekleşmektedir.
Alkil dihalojenürlerin kuvvetli bir baz(lewis bazı) olan sodyumamit(NaNH 2) ile tepkimeye girerek alkini oluşturma
tepkimelerinin genel denklemi ve mekanizması aşağıda gösterilmiştir.
Alkollerin kuvvetli asit katalizörlüğünde ısıtılması sonucu(yüksek sıcaklıkta) su kaybederek(dehidrasyon) alkene
dönüşmesi de bir ayrılma tepkimesidir. Alkollerdeki OH grubu kolay ayrılabilen bir grup değildir. Tepkimede
kullanılan asit hidroksil grubunu protonlayarak alkolleri kolay ayrılan bir gruba sahip hale getirir. Alkollerin
protonlanması sırasında tepkime çok hızlı gerçekleşir. Alkoller bu tepkimelerde, oksijen atomunun ortaklanmamış
iki çift elektron içermesi nedeniyle bir Lewis bazı gibi davranırlar.
Alkollerden suyun ayrılma tepkimesinde, sıcaklık ve asit derişimi kullanılan alkolün çeşidine göre farklılık gösterir.
o
Alkol primer ise, suyun ayrılması çok zor gerçekleşeceği için kullanılan asitin derişik ve sıcaklığın 180 C üzerinde
olması gerekir.
o
Sekonder alkollerden su ayrılması sırasında ise %85'lik H3PO4 çözeltisi ve 165-170 C sıcaklık aralığı yeterli
olmaktadır.
Tersiyer bütil alkollerde ise suyun ayrılması daha kolay gerçekleşmektedir. Kullanılan asit %20'lik sulu H2SO4
o
çözeltisi ve sıcaklık 85 C olduğunda suyun ayrılması kolayca gerçekleşmektedir.
Yukarıdaki açıklamalardan sonra alkollerden suyun ayrılmasında alkolün çeşitine göre(tersiyer en kolay, sonra
sekonderden ayrılmak kolay olmakta; primer alkolden suyun ayrılması zor gerçekleşmektedir), suyun ayrılmasını
kolaydan zora aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.
Alkollerden suyun ayrılması tepkimesinin mekanizmasını aşağıdaki örnekte görebiliriz.
Birinci basamakta Lewis bazı gibi davranan alkol molekülü, protonlanarak alkiloksonyum iyonunu oluşturur.
İkinci basamakta protonlanmış alkolden su ayrılır ve C - O bağı kırılır. Basamak sonunda karbokatyon oluşur.
+
Son basamakta, karbokatyondaki C 'ya komşu olan karbona bağlı hidrojenlerden biri, bağ elektronlarını bu karbon
üzerinde bırakarak ayrılır ve alken oluşur.
Alkil halojenür ve alkol gibi organik bileşiklerin vermiş olduğu ayrılma tepkimeleri incelendiğinde tepkime
sonucunda genellikle bir ürün oluştuğu görülmektedir.vAyrılma tepkimelerinin bazıları gerçekleştiğinde oluşan
ürün sayısı birden fazla da olabilmektedir. Örneğin, 2-brom-2-metilbütan bileşiğinin KOH ile vermiş olduğu ayrılma
tepkimesinde meydana gelen alken karışımında 2-metil-2-büten ve 2-metil-1-büten bulunmaktadır.
Yukarıda mekanizması verilen ayrılma tepkimesinde oluşan ürünlerden birisi diğerine göre daha kararlı ve daha
düşük enerjilidir. Alkenlerin kararlılıkları, ikili bağa bağlı karbonlar üzerinde bulunan alkil gruplarının sayısına bağlı
olarak artar. Alkil gruplarının elektron itici özellikte olmaları bu kararlılığın başlıca nedenidir. Bu yüzden ayrılma
tepkimeleri en kararlı alkeni oluşturacak şekilde gerçekleşir. Bu tepkimelerin gerçekleşmesinde Zaitsev Kuralı
geçerlidir. Bileşikten hidroksil veya halojen atomu ayrılırken hidroksil veya halojen atomunun bağlı olduğu
karbona komşu olan karbonlardaki hidrojeni az olan karbondan da bir hidrojen ayrılır. Aşağıdaki örnek
birden fazla ürünün oluştuğu bu tür bir ayrılma tepkimesini ve ürünlerin oluşma yüzdelerini göstermektedir.
Yüksek sıcaklıkta alkanların birbirine komşu iki karbon atomundan birer hidrojen çekilmesiyle alkenlerin oluşması
da bir ayrılma tepkimesidir. Tepkimede katalizör olarak Al 2O3 kullanılır.
R - CH2 - CH3
→
R - CH = CH2 + H2
Komşu karbon atomlarına bağlı dihalojenli alkanların çinko tozu ile ısıtılmasından alkenlerin oluşması da ayrılma
tepkimelerine örnek olarak gösterilebilir. Tetra halojenürlü alkanların çinko tozu ile tepkimesinden de ayrılma
yoluyla alkinler elde edilebilir.
KONDENZASYON TEPKİMELERİ
İki ya da daha fazla molekülün biraraya gelerek daha büyük bir molekül oluşturmaları ve su, NH3 ve HCl gibi
küçük bir molekülü açığa çıkarması tepkimelerine kondenzasyon tepkimeleri adı verilir. Eter oluşumu, esterleşme,
proteinlerin oluşumu, poliester oluşumu bu tür tepkimelere örnek olarak verilebilir.
Alkollerden su çekilmesi sonucunda alken oluşma tepkimelerini daha önce görmüştük. Primer alkollerden su
çekilmesi tepkimeleri sonucunda eter de oluşabilir(eter oluşumu tepkimelerinde yalnızca primer alkoller kullanılır).
Çünkü alkollerin sülfürik asit ile olan tepkimelerinde kullanılan alkollerin yapısına(primer, sekonder, tersiyer),
derişimine ve tepkimenin sıcaklığına bağlı olarak elde edilen ürünler değişir(bakınız ayrılma tepkimeleri).
Eterlerin elde edildiği tepkimelerde moleküller arasında kondenzasyon tepkimesi gerçekleşmektedir. Alkollerden
su çekilmesi sonucunda eterin elde edilebilmesi için, sıcaklığın alken elde edilen sıcaklıktan daha düşük bir
o
sıcaklık olması gerekir. Örneğin etanolden su çekilmesiyle dietil eter elde edilirken sıcaklığın 140 C olması
o
gerekir. Sıcaklığın 170 C'nin üstüne çıkması durumunda ise alken elde edilmektedir.
o
Etanolün sülfürik asitle 170 C üstündeki bir sıcaklıkta ısıtılması durumunda molekül içi ayrılma gerçekleşir ve eten
o
elde edilir. 140 C sıcaklıkta ise moleküller arası kondenzasyon tepkimesiyle dietil eter elde edilir. alkollerin asit
katalizörlü bu tür tepkimelerinde birden fazla ürün oluşabilmektedir. Bu tür tepkimelerde eter oluşumu ile alken
oluşumu yarışma halindedir. Tepkimede oluşan ürünler, tepkime kabında karışım halinde bulunurlar. Hangi
o
tepkimenin daha çok oluşacağı tepkime için gerekli olan koşullara bağlı olarak değişir. Örneğin, 170 C üstü
sıcaklıklarda oluşan alken yüzdesi(%80 ve üstü) eter yüzdesine(%20 ve altı) göre çok fazladır.
Etanolden dieter oluşumu ile sonlanan kondenzasyon tepkimesi ve mekanizması aşağıda gösterildiği gibidir.
Mekanizmanın ilk basamağı bir asit baz tepkimesidir. Alkol baz gibi davranarak sülfürik asitten bir proton alır ve
protonlanmış alkole dönüşür.
Diğer alkol molekülü protonlanmış alkole nükleofilik etki yaparak protonlanmış eter ve su oluşturur.
Protonlanmış eterdeki protonun, su molekülüne veya başka bir alkol molekülüne aktarılmasıyla eter oluşur.
Eter eldesinde sekonder alkol veya tersiyer alkol kullanıldığında eter oluşumu başarısızlıkla sonuçlanır, çünkü
sekonder alkoller hızlı bir şekilde alkene dönüşürler.
Moleküller arası kondenzasyon tepkimesiyle simetrik olmayan eterlerin elde edilmesi de uygun değildir. Tepkime
sonucunda ortamda çok fazla çeşitte eter oluşumu gerçekleşir. Elde edilmek istenen eterin bu yöntemle elde
edilmesi uygun değildir.
Karboksilli asitlerin kuvvetli asitler(genellikle HCl veya H2SO4) eşliğinde alkollerle verdiği esterleşme tepkimeleri
de bir kondenzasyon tepkimesidir. Tepkimede iki molekül, daha büyük bir molekül(ester) oluşturmak üzere
tepkimeye girerken, tepkimeden su ayrılır.
Ester oluşumu ile ilgili tepkime mekanizması ve açıklamaları aşağıdaki gibidir.
1. Basamak : Bu basamak asit katalizörün nasıl çalıştığını açıklar. Karboksilli asitteki karbonil grubu katalizör
olarak kullanılan asitten bir proton alır. Proton alınması karboksil karbonunun pozitif yükünü artırarak nükleofile
doğru aktivitesini artırır. Karbonil oksijeni de protonlanır.
2. Basamak : Alkol bu basamakta nükleofil olarak protonlanmış asite katılır Bu basamakta yeni bir C - O
bağı(ester bağı) oluşur.
3. ve 4. Basamak : Oksijen atomu üzerindeki proton başka bir oksijen atomu tarafından alınır. Protonun hangi
oksijen atomu tarafından alındığının hiçbir önemi yoktur, çünkü iki grupta şu anda eşdeğer konumdadır.
5. Basamak : Bu basamakta suyun açığa çıkması işlemi gerçekleştirilir. Suyun ayrılmasının gerçekleşebilmesi için
-OH grubu protonlanarak ayrıma kapasitesini artırmış olur. Bu basamak ikinci basamakta gerçekleşen olayın tersi
gibidir.
6. Basamak : Tepkime sonunda ester oluşumu gerçekleşirken, katalizör olarak kullanılan asit yeniden elde edilir.
Bu basamakta birinci basamağın tersi gibidir.
Yukarıda gerçekleşen tepkimeye aynı zamanda asit katalizörlüğünde gerçekleşen nükleofilik katılma-ayrılma
tepkimesi de denebilir. Tepkimede suyu oluşturan asitin -OH grubu ile alkolün -H atomudur.
İki veya daha fazla amino asitten oluşan peptitlerde eterlerin ve esterlerin oluşum mekanizmalarına benzeyen
kondenzasyon tepkimeleriyle oluşur. Amino asitlerin kondenzasyon tepkimelerinde, bir amino asitin karboksil
grubu ile diğer amino asitin amino grubu arasında peptit bağı oluşurken su ayrılır.
Peptitler moleküldeki amino asit biriminin sayısına göre adlandırılırlar. İki amino asit içeren peptit molekülüne
dipeptit, üç amino asit molekülü içerenine tripeptit, çok sayıda amino asit içerenine ise polipeptit adı verilir.
Amino asitler, proteinlerin temel yapıtaşlarıdır ve yapılarında hem bazik(-NH2), hem de asidik(-COOH) grubu
içerirler. Bu bakımdan amfoter özellik gösterirler. Amino asitlerin sayısı ve kullanılan çeşidi arttıkça oluşan
molekülün yapısında yer alan peptit bağı sayısı da artar. Peptit bağı bir amino asitin karboksil grubundaki C
atomuyla diğer amino asitin yapısındaki azot atomu arasında oluşur. Proteinler, amino asitlerin farklı sayıda
karakteristik diziler halindeki peptit bağlarıyla bağlanmış polipeptit zincirleridir. Bir proteinin çeşidini, yapısında
kullanılan amino asitlerin sayısı, çeşiti ve diziliş sırası belirler.
Kondenzasyon Polimerleşmesi
Proteinler doğal olrak elde edilen polimerlerdir. Polyester(poli(etilen tereftalat)), naylon(poliamit) gibi ürünler ise
yapay olarak elde edilen polimerlerdir. Yapay polimerler kondenzasyon polimerleşmesi sonucunda elde edilirler.
Aşağıda poli(etilen tereftalat) polimerinin elde ediliş denklemi gösterilmiştir.
PET(poli(etilen tereftalat)) en önemli polyesterlerden birisidir. Tekstilde, kağıt endüstrisinde ve manyetik bant
üretiminde kullanılır. PET, tereftalik asit ve etilen glikolün doğrudan kuvvetli asit katalizörlüğünde ısıtılması ve
suyun ayrılmasıyla elde edilir. Yukarıdaki tepkime bir kondenzasyon polimerleşmesi tepkimesidir ve oluşan ürün
dikkatle incelenirse birbirini tekrarlayan ester yapısından oluştuğu görülür.
Aşağıda yine kondenzasyon polimerleşmesine örnek olarak gösterebileceğimiz, adipik asit ve 1,6-hekzandiamin
kullanarak hazırlanan naylon 6,6 oluşumunun denklemi verilmiştir.
Bir kondenzasyon polimerleşmesinden sözedilebilmesi için iki işlevlel grubun olması yeterlidir. Bu tür tepkimelerde
su çekici katalizörlerle su veya alkol gibi polar moleküllerin ayrılması gerekir.
Polikarbonatlarda kondenzasyon polimerleşmesi sonucunda oluşurlar. Örneğin, Lekzan polimerinin üretimi
tepkimesi de bir kondenzasyon polimerleşmesidir.
Lekzan polimeri, sera uygulamalarında, bisiklet ve motorsiklet kasklarının yapımında, trafik ışıklarında, cephe
kaplamalarında, otoban ses bariyerleri yapımında kullanılan camdan daha hafif ve %90 oranında ışık
geçirgenliğine sahip bir polimerdir. Polikarbonatlar son yıllarda CD ve DVD yapımında da sıklıkla kullanılmaktadır.
ALKANLAR
Doymuş hidrokarbonlara alkanlar denir. Parafinler(tepkimeye ilgisi az) veya alkanlar olarak adlandırılan doymuş
hidrokarbonlar doğada doğal gaz ve petrolde bulunur. Yapılarındaki C - C ve C - H dayanıklı sigma bağlarından
dolayı kolay tepkime vermezler.
Alkanların genel formülü CnH2n+2 dir. Halkalı olan alkanlara sikloalkanlar denir. Sikloalkanların genel formülü
CnH2n dir.
Alkanların en basit üyesi metandır. Metandan sonra gelen alkanlar -CH2- farkıyla düzenli bir sıra oluştururlar. Bu
sıraya homolog sıra denir. Alkanların bir hidrojeni eksik olan hallerine alkil grupları adı verilir. Bu gruplarda bir C
atomunda ortaklanmamış bir elektron bulunmaktadır. Bundan dolayı alkil grupları birer radikaldir. R harfi ile
gösterilirler ve genel formülleri CnH2n+1 - dir.
Alkanların en küçük üyesi metan(CH4)'dır. Petrol yataklarında, doğal gazda, taş kömürü yataklarında,
bataklıklarda ve hava gazı karışımında metan bulunur. Bataklıklarda bitkisel artıklardaki selülozun anaerobik
fermentasyonu ile oluşur. Taş kömürü yataklarında bulunan metan gazının hava ile oluşturduğu hacimce %5-15
o
oranındaki karışımına grizu gazı denir. Metan gazı 1200 C sıcaklıkta elementlerinden ya da su gazından(CO+H2)
elde edilir.
(
→
Örnek:
2 CH3 - Br + 2 Na
→
CH3 - CH3 + 2 NaBr
Wurtz senteziyle metan(CH4) gazı elde edilemez. Çünkü bu yöntemde en az iki alkil gubu birleşeceğinden, alkil
grupları metil (CH3) gupları olsa bile, oluşan alkanda karbon sayısı iki tane olur.
Wurtz senteziyle çift karbonlu alkan elde edilecekse, elde edilecek alkanın karbon sayısının yarısı sayıda karbon
içeren alkil halojenür kullanılmalıdır. Bir tür alkil halojenür kullanıldığı zaman saf alkan elde edilir .
Örnek:
2C2H5 - Cl + 2 Na → C2H5-C2H5 + 2NaCl
Wurtz sentezinde iki farklı alkil halojenürün Na ile etkileşmesinden de alkan elde edilebilir. Ancak burada üç ürün
meydana gelme olasılığı bulunduğundan oluşan alkan saf değildir. Wurtz sentezi verimi düşük bir yöntem
olduğundan, oluşan yan ürünler nedeniyle tepkimenin verimi daha da düşecektir.
→
Örnek:
İkiden fazla karbon içeren alkil halojenürlerde halojenin bağlı olduğu karbon atomunun bilinmesi gerekir. Çünkü
alkil gupları birbirlerine halojenin ayrıldığı karbon atomundan bağlanacağından farklı izomerler elde edilir.
Örnek: Wurtz sentezi ile
I.
Propan
II. 2-metilpropan
III. 2,3-dimetilpropan
bileşiklerinden hangileri saf olarak elde edilebilir?
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) Yalnız III
D) I ve III
E) II ve III
Çözüm: Propan bileşiği(CH3CH2CH3) simetrik olarak parçalanamaz. Bir alkanın wurtz senteziyle saf olarak elde
edilebilmesi için simetrik olarak parçalanabiliyor olması gerekir. Bu durumda propan saf olarak elde edilemez.
2- metil propan bileşiği de simetrik olarak bölünemediği için saf olarak elde edilemez.
2,3-dimetil bütan bileşiği simetri içerdiği için wurtz sentesiyle saf olarak elde edilebilir.
R - MgX bileşiğine Grignard bileşiği denir. Alkil halojenür susuz (kuru) eterli ortamda magnezyum metaliyle
etkileştiğinde, alkil magnezyum halojenürleri verir.
→
Alkil halojenür
Grignard bileşiği(alkil magnezyum halojenür)
Grignard bileşiğinin halojenli asitler veya su ile etkileşmesinden alkanlar elde edilir.
(
→
Grignard bileşiği
Alkan
Magnezyum hidroksit halojenür
veya
→
Grignard bileşiği
Alkan
Magnezyum halojenür
Örnek:
C2H5 - Br + Mg →
C2H5 - MgBr
etilbromür
etil magnezyum bromür
C2H5 - MgBr + HBr →
etil magnezyum bromür
c)
C2H6 + MgBr2
etan
Karboksilli Asitlerin Metal Tuzlarının Isıtılması
Karboksilli asitlerin sodyum tuzlarının katı sodyum hidroksitle ısıtılmasından alkanlar elde edilir. Bu
olay sonucunda karboksilli asitin sodyum tuzundan CO2 gazı ayrılır. Organik bileşiklerden CO2
ayrılmasına dekorbaksilasyon denir.
→
Karboksilli asit tuzu
Alkan
Örnek:
Örnek:
CH3 - COONa + NaOH →
CH4 + Na2CO3
Sodyum asetat
Metan
CH3CH2 - COONa + NaOH →
CH3CH3 + Na2CO3
Sodyum propiyonat
Etan
Karboksilli asitlerin alkali tuzlarının sudaki derişik çözeltilerinin elektrolizinden alkanlar elde edilir. Bu
elde ediliş yöntemine Kolbe sentezi denir.
Kolbe sentezinde karboksilli asitlerin alkali hidroksitlerle reaksiyona girmesinden karboksilli asit
tuzları meydana gelir. Oluşan karboksilli asit tuzlarının elektrolizlenmesiyle anoda giden karboksilat
anyonu önce elektron, arkasından da karbondioksit kaybeder. Böylece alkil radikaller oluşur ve alkil
radikallerin birleşmesinden de alkanlar meydana gelir. Kolbe sentezinin genel deklemi aşağıdaki
gibidir.
2 R - COONa + H2O →
Karboksilli asit tuzu
Örnek:
2C2H5 - COONa + 2 H2O →
R - R + 2 CO2 + H2 + 2 NaOH
Alkan
C4H10 + 2 CO2 + H2 + 2 NaOH
propanoik asitin sodyum tuzu
d)
Bütan
Doymamış Hidrokarbonların Katalitik indirgenmesi
Doymamış hidrokarbonlar nikel, platin, palladyum gibi metallerin katalitik etkisiyle hidrojen katarak
doymuş hidrokarbonlara dönüşürler.
a)
Alkenlere hidrojen katılması
R - CH = CH2 + H2 →
Alken
R - CH2 - CH3
Alkan
1 tane ikili(çift) bağa 1 tane H2 katılır. Bu nedenle 1 mol alkene 1 mol H2 katılır ve 1 mol alkan
oluşur.
Örnek:
CH3 - CH2 - CH = CH2 + H2 →
1-büten
CH3 - CH2 - CH2 - CH3
bütan
b)
Alkinlere hidrojen katılması
R-C
CH + 2 H2 →
Alkin
Örnek:
CH3 - C
R - CH2 - CH3
Alkan
CH + 2 H2 →
Propin
CH3 - CH2 - CH3
Propan
Alkanların Fiziksel Özellikleri
Doymuş hidrokarbonlar genel olarak etkileşmeye yatkın değildirler. Bir çok bileşiğe karşı ilgisizdirler.
Bu nedenle alkanlara parafinler de denir.
Alkanların molekülleri apolar yapıdadır. Moleküller arasında çekim kuvveti olarak London kuvvetleri
bulunur. Bu nedenle molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri karbon sayısına bağlı olarak değişir.
Alkanların erime noktaları, kaynama noktaları ve özkütleleri karbon sayısına bağlıdır. Moleküllerdeki
karbon sayısı arttıkça moleküller arası etkileşimlerde artar. Bu nedenle, karbon sayıları arttıkça erime
noktaları, kaynama noktaları, viskoziteleri ve yoğunlukları artar. Karbon sayısı 1-4 arasında olanlar
oda koşullarında gaz, 5-17 karbonlu olanlar sıvı ve 18 karbondan daha yüksek olanlar katı halde
bulunurlar. Alkanlarda dallanmış izomerlerin kaynama noktası, düz zincirli izomerlerinin kaynama
noktasından daha düşüktür. Dallanma arttıkça London kuvvetleri azalır. Çünkü tanecikler arasındaki
etkileşim için gerekli olan yüzey azalmış olur. Örneğin, 2-metil propan bileşiğinin kaynama noktası
bütan bileşiğinin kaynama noktasından düşüktür. Birbirinin izomeri olan 2-metilpropan ve bütandan,
yüzeyi fazla olan bütan molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri, dallanma yapmış olan 2-metil propan
molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinden daha fazladır.
Alkanların Kimyasal Özellikleri
Alkanlar doymuş hidrokarbonlarıdr. Tepkimeye yatkınlıkları oldukça azdır. Normal koşullarda kuvvetli
asit ve kuvvetli bazlardan, yükseltgen ve indirgen özellikteki maddelerden etkilenmezler. Bazı koşullar
sağlandığında alkanlar yanma, halojenlerle yer değiştirme, parçalanma tepkimelerini verirler.
a)
Yanma Tepkimeleri
Alkanlar havada yeterli oksijenle yakılırlarsa karbondioksit ve suya dönüşürler. Yanma tepkimeleri
ekzotermiktir.
O2 →
CnH2n+2 +
Örnek:
n CO2 + (n+1) H2O
C3H8 + 5 O2 →
3 CO2 + 4 H2O
Örnek: Bir alkanın 8 gramının yakılmasından en çok 18 gram su oluşmaktadır. Buna göre alkan
bileşiğinin formülü aşağıdakilerden hangisidir?(C=12 g/mol, H=1 g/mol, O=16 g/mol)
A) CH4
B) C2H6
C) C3H8
D) C4H10
E) C5H12
Çözüm:
1 mol H2O = 2 mol x
18 gram H2O
= 18 gram
= 1 mol H2O
CnH2n+2 +
O2 →
n CO2 + (n+1) H2O
(14n + 2) gram
(n+1) mol su oluşturuyor
8 gram
1 mol su oluşturuyor
_______________________________________________________
14n + 2 = 8n + 8
6n = 6
n=1
Bu durumda n sayısı yerine yazılırsa alkanın formülü CH4 olur.
b)
Yer Değiştirme Tepkimeleri
Alkanlar ışık etkisinde halojenlerle(Cl2 veya Br2) yer değiştirme tepkimesi verirler. Oda sıcaklığında ve
karanlıkta bu tepkime gerçekleşmez. Tepkime yüksek sıcaklıkta ve güneş ışığında veya ultraviyole
ışığın katalitik etkisinde gerçekleşebilir. Güneş ışığı ile gerçekleşen tepkime çok hızlı olur ve patlama
ile sonuçlanır. İyot elementi bu tepkimeleri vermez. Flor ile gerçekleşen tepkimede ise florun yüksek
elektron ilgisi nedeniyle tepkime çok şiddetli ve patlama şeklinde gerçekleşir.
R - H + Cl2 →
Örnek:
R - Cl + HCl
CH4 + Cl2 →
CH3Cl + HCl
Metan
metilklorür
Ortamdaki klor gazının yeterli olması durumunda, yeteri kadar CH3Cl oluşunca tepkime devam eder.
CH3Cl + Cl2 →
CH2Cl2 + HCl
metilklorür
diklormetan(metilenklorür)
Yeteri kadar CH2Cl2 biriktiğinde yapıda yer alan hidrojenlerden biri daha klor ile yer değiştirir.
CH2Cl2 + Cl2 →
CHCl3 + HCl
diklormetan(metilenklorür)
Triklormetan(kloroform)
Oluşan CHCl3 yeterli seviyeye geldiğinde kalan hidrojen de klorla yer değiştirir.
CHCl3 + Cl2 →
CCl4 + HCl
Triklormetan(kloroform)
Tetraklormetan(karbontetraklorür)
Tepkimede hangi aşamada tepkime durdurulmak isteniyorsa oluşan ürün hemen ortamdan çekilmeli
veya ortamdaki ışık kesilmelidir.
c)
Parçalanma
Büyük moleküllü alkanlar havasız ortamda 500oC sıcaklıkta parçalanırlar. Alkanların bu şekilde
parçalanması, kraking termik parçalanması olarak bilinir.
C16H34 →
C4H8 + C3H6 + C8H16
C16H34 →
C4H10 + C4H8 + C6H12 + C2H4
Alkenler
Alkenler, C sayısı aynı olan alkanın adının sonundaki -an eki yerine -en eki konularak adlandırılırlar.
Alkenlerin ilk iki üyesi eten(etilen) ve propen(propilen)'dir. Alkenler doymamış hidrokarbonlardır. Bir
tane çift bağ içeren alkenlerin genel formülü CnH2n şeklindedir. Alkenlerin 1 tane çift bağ içeren
halkali olanlarına sikloalkenler denir. Genel formülleri CnH2n-2 şeklindedir.
Alkenlerin Elde Ediliş Yöntemleri
Alkenler ayrılma tepkimeleri ile elde edilirler. Laboratuvar koşullarında alken elde etmede alkollerden
su çekilmesi(alkollerin dehidrasyonu) ve alkil halojenürlerden hidrojen halojenür çekilmesi(alkil
halojenürlerin dehidrohalojenlenmesi) kullanılır. Bunun yanında alkanlardan hidrojen
çıkarılması(dehidrojenasyon), dihalojenli alkanlardan halojen çıkarılması(dehalojenasyon) ile de alken
elde edilmektedir.
a)
Alkollerden Su Çekilmesi
Alkol moleküllerinin komşu iki karbon atomundan bir su molekülü ayrılmasıyla alken molekülleri
oluşur. Teknikte alkol buharının sıcak Al2O3 üzerinden geçirilmesiyle, laboratuvarda ise alkolün derişik
H2SO4 ile ısıtılmasından su çekilir.
Etilen, etil alkolün sülfürik asit ile ısıtılmasından elde edilir.
Sülfürik asit ve fosforik asit alkollerin dehidrasyonunda en sık kullanılan asitlerdir.
Tepkimelerde -OH'nın koptuğu karbon atomuna komşu karbon atomlarından hangisi hidrojence fakir
ise hidrojen ondan ayrılır(Zaitseff kuralı). Başka bir deyişle ikili bağ karbonlarına bağlı alkil grupları
sayısı fazla olan(hidrojeni az) alken ana ürün olarak oluşur.
Örnek:
b)
Alkil Halojenürlerden Hidrojen Halojenür Çekilmesi
Alkil halojenürlerden hidrojen halojenür çekilmesine dehidrohalojenasyon denir. Bir alkil halojenür
bileşiği NaOH veya KOH gibi kuvvetli bazlarla ısıtıldığında moleküllerinin komşu iki karbon atomundan
bir HX ayrılır ve alken oluşur. Alkil halojenürlerin çoğu suda çözünmediklerinden etkileşme KOH'ın
alkoldeki derişik çözeltisiyle gerçekleştirilir.
Alkil halojenürlerinden hidrojen halojenür çekilmesinde, ayrılma, en fazla alkil grupları
taşıyan karbona doğru çift bağ oluşacak şekilde gerçekleşir. Başka bir deyişle,
halojen atomunun bağlı olduğu karbona komşu iki karbon atomu varsa,
komşu karbonlardan hangisinin hidrojeni azsa hidrojen ondan ayrılır.
Yanda görülen molekülde haljenin koptuğu karbon ile 1, 2 ve 3 numaralı karbon
atomları arsında çift bağ oluşabilir. Buradaki ana ürün en fazla alkil grubu içeren üç
numaralı karbon olduğu için 2-metil-2-büten olacaktır.
c)
Alkanlardan Hidrojen Çekilmesi(Dehidrojenasyon)
Yüksek sıcaklıkta doymuş iki karbondan birer hidrojen çekilmesiyle alkenler oluşur. Tepkimede
katalizör olarak Al2O3 kullanılır.
R - CH2 - CH3
CH3 - CH3
R - CH = CH2 + H2
CH2 = CH2 + H2
d)
Dihalojenürlerden Halojen Çekilmesi
Bir karbon zincirinde, birbirine komşu iki karbon atomuna halojen bağlı olması durumunda,
halojenler asidik ortamda Zn ile indirgenirler ve alken elde edilir.
Örnek: 1-propanol(CH3 - CH2 - CH2 - OH) ile derişik H2SO4'ün 170oC sıcaklıktaki tepkimesinden oluşan
alken için,
I. Mol kütlesi 56 gramdır.
II. Cis trans izomerisi yoktur.
III. 1 molünde 36 gram karbon vardır.
yargılarından hangileri doğrudur?(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol)
Alkenlerin Fiziksel Özellikleri
Oda koşullaeında karbon sayısı 2-4 olan alkenler gaz, 5 karbon ve fazlası karbon içerenler sıvıdır.
Alken molekülleri apolardır. Bu nedenle katı ve sıvı halde molekülleri arasında London kuvvetleri
vardır. Bu nedenle erime ve kaynama sıcaklıkları düşüktür. Karbon sayısı arttıkça kaynama noktaları
yükselir. Dallanmış olan izomerler, aynı sayıda karbon içeren düz zincirli izomerlerine göre kaynama
noktaları daha düşüktür.
Alken molekülleri apolar olduğu için, alkenler suda çözünmezler. Benzen ve kloroform gibi organik
çözücülerde çözünürler.
C4H8 ve daha büyük moleküllü alkenlerin izomer sayıları türedikleri alkanların izomer sayısından
fazladır. Çünkü alkenlerin, çift bağın zincirdeki konumundan kaynaklanan izomerlerinin yanında cistrans izomerleri de vardır.
Alkenlerin Kimyasal Özellikleri
Alkenlerin ilk üyesi olan etilenin klorla tepkimesi sonucunda sıvı bir yağ olan 1,2-dikloretan oluşur. Bu
nedenle alkenlere yağ oluşturucu anlamında olefinler de denir.
Pi bağları sigma bağlarından daha zayıftır. Bu nedenle pi bağının elektron seven bir reaktif maddeyle
kolayca tepkime verebilir. Bunun için alkenler, alkanlardan daha etkin bir şekilde tepkime verirler.
a) Yanma Tepkimeleri
Alkenler yeterli oksijenle yakıldığında
CO2 ve H2O oluştururlar. Alkenlerin karbon yüzdeleri
alkanlardan yüksek olduğu için alkanlara göre daha parlak alevle yanarlar.
CnH2n +
O2 →
n CO2 + n H2O
Örnek: Bir sikloalkenin 0,5 molü tam yakıldığında 3,5 mol oksijen gazı harcanıyor. Buna göre
sikloalkenin molekül formülü aşağıdakilerden hangisidir? ?(C=12 g/mol, H=1 g/mol, O=16 g/mol)
A) C3H4
B) C4H6
C) C5H8
D) C6H10
E) C7H12
Çözüm:
CnH2n-2 +
O2 →
1 molü
0,5 molü
n CO2 + (n-1) H2O
mol O2 ile tepkime veriyor
3,5 mol O2 ile tepkime veriyor
_______________________________________________________
x 0,5 = 3,5 x 1
3n - 1 = 14
n=5
Bu durumda n sayısı yerine yazılırsa sikloalkenin formülü C5H8 olur.
b) Katılma tepkimeleri
Alkenlerin en karakteristik tepkimeleri ikili bağlara olan katılmalardır.
Yukarıdaki denklemde verilen X - Y bileşiği çok sayıda bileşik grubunu(HBr, H2O gibi) temsil eder.
Yukarıdaki katılma tepkimesi sonucunda karbon-karbon ikili bağı çok değişik fonksiyonel gruplara
dönüşecek yapılanmaları oluşturacak şekilde açılır. Alkenler katılma tepkimeleri verdikleri için,
bunlara doymamış hidrokarbonlar adı verilir.
Çift bağı içeren karbon atomlarına farklı sayıda hidrojen atomu bağlanmış ise bu tür alkenlere
asimetrik alken denir. Çift bağı yapan karbon atomlarına eşit sayıda hidrojen atomu bağlanmış ise bu
tür alkenlere simetrik alkenler denir.
Asimetrik alkenlere katılmada Markovnikov kuralı geçerlidir. Simetrik olmayan alkenler, H - X gibi bir
molekül ile tepkimeye girdiğinde, hidrojen ikili bağı oluşturan karbonlardan hidrojeni çok olana,
halojende hidrojeni az olan karbona katılır.
i. Alkenlerin Hidrojenlenmesi
Alkenlere hidrojen katılmasıyla alkanların oluşumu, katılma tepkimesidir. Bu tepkime sırasında ikili bağa
hidrojen katılır. Tepkimede karbon-karbon arasındaki pi bağı kırılır ve iki tane C - H bağı oluşur.
Katalizör kullanılmadığında tepkime çok yavaş gerçekleşir. Bu tepkimelerde katalizör olarak nikel, platin
veya palladyum metalleri kullanılır.
Örnek:
Örnek:
CH3 - CH = CH2 + H2 →
CH3 - CH2 - CH3
ii. Alkenlere Halojen Katılması
Halojenler alkenlerle elektrofilik katılma tepkimesi vererek komşu dihalojenürlü bileşiklere
dönüşürler.
X2 ile gösterilen halojen klor(Cl2) veya brom(Br2) olabilir. Katılma tepkimeleri değişik
çözücüler içerisinde, oda sıcaklığında veya daha düşük sıcaklıkta gerçekleşir.
Bromlu su alkenlerin ayıracıdır. Bromlu suyun rengi kırmızıdır. Katılma tepkimesi
gerçekleştiğinde ortamda bromlu suyun rengi kaybolur.
Örnek:
iii. Alkenlere Hidrojen Halojenür Katılması
Hidrojen halojenürlerin alkenlere katılması polar bir molekülün yapıya katılması demektir.
Polar bir molekülün yapıya katılması Markovnikov kuralına göre gerçekleşir.
Örnek:
iv. Alkenlere Su Katılması
Alkenlere asit katalizörü varlığında su katıldığında alkoller oluşur. Bağlanma Markovnikov
kuralına göre gerçekleşir.
Örnek:
c)
Alkenlerde ikili bağın bulunduğu karbonların dışında kalan kısım, alkanlarda olduğu gibi yüksek
sıcaklıkta Cl2 ile ter değiştirme tepkimesi verir. Bu tepkime sırasında ikili bağ bozulmaz.
R - CH2 - CH = CH2 + Cl2 →
Örnek:
d)
CH3 - CH = CH2 + Cl2 →
R - CHCl - CH = CH2 + HCl
CH2Cl - CH = CH2 + HCl
Yükseltgenme Tepkimeleri
Alkenler bazik ortamda soğuk ve seyreltik KMnO4 çözeltisi(Bayer ayıracı) ile tepkimeye girerler.
Çözeltinin menekşe rengi kaybolurken alkenler yükseltgenerek diolleri oluşturur. Tepkime sonucunda
açık kahverengi MnO2 oluşur. Bu tepkime alkenlerin tanınmasında kullanılır.
Örnek:
3 CH2 = CH2 + 2 KMnO4 + 4 H2O
3 CH2OH - CH2OH + 2 MnO2 + 2 KOH
Alkenler sıcakta ve asitli ortamda menekşe renkli KMnO4 çözeltisinin rengini giderirken çift bağ
koparak aldehit, keton ya da karboksilli asite yükseltgenirler.
e)
Alkenlerin Polimerleşmesl
Alkenlerin ve dienlerin en önemli tepkimeleri polimerleşme tepkimeleridir. Küçük moleküllü
alkenlerin(monomer) pi bağlarının açılmasıyla belirli düzende ve çok sayıda birbirine bağlanarak
büyük moleküller(polimer) oluşturması olayına polimerleşme denir.
Çift ya da üçlü bağ içeren küçük moleküllerin birbirine bağlanarak polimerleşmesi tepkimesine
katılma polimerleşmesi adı verilir.
n(monomer)
Polimer
2(monomer)
Dimer
3(monomer)
Trimer
Polietilen etilem monomerlerinden elde edilen bir polimerdir. Bugün çok farklı özelliklere sahip
birçok farklı polietilen polimeri vardır. Polietilen donmuş gıdaların ve benzer ürünlerin
ambalajlanmasında kullanılır.
Polivinil klorür, vinil klorürün polimerleşmesiyle elde edilir. Pek çok yerde deri yerine kullanılır. Boru,
pencere, kapı sistemleri yapımında kullanılır.
Tetrafloretilen polimerleşmesi sonucunda teflon oluşur. Mutfak malzemelerinde yapışmazlığı
sağlayan kaplamalar için kullanılır.
Polipropilen polimeri, CH3 - CH = CH2 bileşiğinin polimerleşmesiyle elde edilir. Halılar ve otomobil
lastiklerinde, tüketim ve ambalaj malzemesi yapımında kullanılır.
2-metil-1,3-bütadien bileşiğinin polimerleşmesi sonucunda kauçuk olarak kullanılan sentetik kauçuk
elde edilir.
Akrilonitril(CH2 = CH - C
N) bileşiğinin polimerleşmesiyle elde edilen orlon, süveterlerde ve
kazaklarda yün
yerine kullanılır.
Stiren bileşiğinin polimerleşmesiyle elde edilen polistiren ambalaj, ev eşyaları,
bagaj, radyo ve televizyon kutuları yapımında kullanılır.
Peleksiglas polimeri, metilmetakrilat(CH2 = C(CH3)COOCH3) bileşiğinin polimerleşmesiyle elde edilir.
Cam(lucite) yerine kullanılır.
Buna kağuçuğu, 1,3-bütadienin polimerleşmesiyle elde edilir.
Polimerler plastik sanayinde kullanılırlar. Kalıplanarak biçim verilebilen polimerlere plastik denir.
Polipropilen ve teflon gibi bazı polimerler sentetiktir.
Alkinler
Karbon-karbon üçlü bağı içeren hidrokarbonlardır. Alkinler IUPAC adlandırma sisteminde alkanların an eki yerine in eki getirilerek adlandırılırlar.
Alkinlerde karbon-karbon üçlü bağı bir sigma ve iki pi bağından oluşur. Sigma bağı iki komşu karbon
atomunun sp hibrid orbitallerinin örtüşmesi ile oluşur. Bu karbon atomlarının sahip oldukları 2p
orbitalleri ile de pi bağları oluşturulur.
Alkinlerde bir tane üçlü bağ bulunuyorsa genel formülleri CnH2n-2 şeklindedir. Pi bağı içerdikleri için
doymamış hidrokarbonlar grubunda yer alırlar.
Alkinlerin Elde Ediliş Yöntemleri
Laboratuvar koşullarında, zincirde yer alan iki karbondan ya da aynı karbondan atomların,
eliminasyon tepkimelerinde olduğu gibi ayrılması sonucunda elde edilirler.
a)
Dihalojenürlü Alkanlardan Alkin Eldesi
Aynı ya da komşu karbonlarda iki halojen(Cl, Br, I) bulunduran alkanlar, alkollü ortamda kuvvetli
bazlar(NaOH, KOH) ile tepkimeye girerek alkinleri oluştururlar.
b)
Tetrahalojenürlü Alkanlardan Alkin Eldesi
Komşu karbon atomlarında ikişer tane halojen atomu bulunduran alkanların çinko(Zn) metali ile
tepkimeye girmesi sonucunda alkinler elde edilir.
c)
Sodyum Asetilenürün Alkil Halojenürler ile Etkileşmesinden Alkin Eldesi
Küçük moleküllü alkinlerden daha büyük alkinlerin elde edilmesinde bu yöntem kullanılır. Bu
tepkimenin gerçekleşmesi için kullanılacak küçük moleküllü alkin(asetilen veya üçlü bağı uç kısımda
bulunduran alkin) önce sodyum amit(NaNH2) ya da sodyum(Na) ile tepkimeye girerek alkin tuzu
oluşturur. Bu tuzların primer haljenürlerle veya monokarboksilli asitlerle tepkimeye girmesinden
daha fazla sayıda karbon içeren büyük moleküllü alkinler elde edilir.
R-C
C - H + NaNH2 → R - C
Uç alkin
R-C
CNa + RX
CNa + NH3
Alkin tuzu
→
R-C
C - R + NaX
Alkin tuzu
H-C
d)
Alkin
CNa + CH3CH2Br → H - C
Sodyum asetilenür
CH3 - CH2 - C
Alkil halojenür
Etilbromür
C - CH2 - CH3 + NaBr
1-Bütin
CNa + CH3 - CH2 -Br → CH3 - CH2 - C
C - CH2 - CH3 + NaBr
Karpit(CaC2) Tepkimesi ile Asetilen Eldesi
Alkinlerin ilk üyesi olan asetilen(etin) teknikte sönmemiş kireç(CaO) ile kok kömürü(C) arasında
gerçekleşen,
CaO(k) + 3 C(k) →
CaC2(k) + CO(g)
tepkimesiyle elde edilen ve çok aktif olan karpitin(CaC2) su ile tepkimesinden elde edilir.
CaC2(k) + H2O(s) → Ca(OH)2(suda) + H - C
C-H
Karpitten asetilen gazı elde edilmesi daha çok endüstride kullanılmaktadır.
Alkinlerin Fiziksel Özellikleri
Oda koşullarında moleküllerindeki karbon atomu sayısı 2 ve 3 olan alkinler gaz, 4 ve daha fazla olan
alkinler sıvıdır. Alkinler, alkanlar ve alkenler gibi suda çözünmezler. Benzen, kloroform,
tetraklormetan gibi apolar çözücülerde çözünürler. Apolar yapıda oldukları için molekülleri arasında
London kuvvetleri vardır. Yoğunlukları genel olarak sudan daha azdır.
Alkinlerin üçlü bağı oluşturan karbon atomları sp hibridleşmesine uğramışlardır. sp orbitalindeki
elektronlar sp2 ve sp3 orbitallerindeki elektronla göre C atomuna daha yakındır. Üçlü bağlar, ikili
bağlara ve tekli bağlara göre daha kısadır. Bir alkinde sp hibridleşmesi yapmış C atomları diğer
atomlara göre daha elektronegatif olurlar.
Asetilen en basit ve en önemli alkindir. Renksizdir ve oda koşullarında gazdır. Sudaki çözünürlüğü
diğer alkinlere göre fazladır. Asetilen oksijen gazı ile yandığı zaman alev sıcaklığı 2000oC olduğundan
kaynakçılıkta kullanılır. Asetilen birçok maddenin sentezinde başlangıç maddesi olarak kullanılır.
Alkinlerin Kimyasal Özellikleri
a)
Yanma Tepkimeleri
Alkinler yeterli oksijen ile yakıldıklarında CO2 ve H2O oluştururlar.
CnH2n-2 +
O2 → n CO2 + (n-1) H2O
C3H4 + 4 O2
b)
→
3 CO2 + 2 H2O
Katılma Tepkimeleri
Alkinler doymamış hidrokarbonlar oldukları için katılma tepkimesi verirler. Alkinlere H2, X2 gibi
simetrik moleküller ya da HX(HCl, HBr, HI), H2O, HCN gibi asimetrik moleküller katılabilir. Alkinlere
asimetrik moleküllerin katılmasında Markovnikov kuralı geçerlidir. Alkinlerin 1 molüne katılma
tepkimeleri gerçekleşirken, suyun haricindeki tüm moleküller 2 mol katılır. 1 mol alkine 1 mol su
katılır.
i. Alkinlerin Hidrojenlenmesi
Alkinlere hidrojen katılmasıyla alkanların oluşumu, katılma tepkimesidir. Bu tepkime sırasında üçlü bağa
hidrojen katılır. Tepkimede karbon-karbon arasındaki pi bal karıırılır ve dört tane C - H bağı oluşur.
Katalizör kullanılmadığında tepkime çok yavaş gerçekleşir. Bu tepkimelerde katalizör olarak nikel, platin
veya palladyum metalleri kullanılır.
Örnek:
CH3 - C
C - H + 2 H2 →
CH3 - CH2 - CH3
Örnek:
ii. Alkinlere Halojen Katılması
Halojenler alkinlerle Demir(III)klorür veya Antimon(III)klorür gibi metal klorürlerin katalitik
etkisinde katılma tepkimesi vererek tetrahalojenürlü alkanlara dönüşürler.
X2 ile gösterilen halojen klor(Cl2) veya brom(Br2) olabilir. Katılma tepkimeleri değişik
çözücüler içerisinde, oda sıcaklığında veya daha düşük sıcaklıkta gerçekleşir.
Bromlu su alkenlerin olduğu gibi alkinlerin de ayıracıdır. Bromlu suyun rengi kırmızıdır.
Katılma tepkimesi gerçekleştiğinde ortamda bromlu suyun rengi kaybolur.
Örnek:
iii. Alkinlere Hidrojen Halojenür Katılması
Hidrojen halojenürlerin alkinlere katılması polar bir molekülün yapıya katılması demektir.
Polar bir molekülün yapıya katılması Markovnikov kuralına göre gerçekleşir.
Örnek:
iv. Alkinlere Su Katılması
1 mol alkine diğer katılmalardan farklı olarak 1 mol su katılır. H2SO4 veya HgSO4
katalizörlerinin etkisiyle su katılınca aldehit veya keton elde edilir. Kullanılan alkin asetilen
olursa, katılma sonucunda aldehit elde edilir. Diğer alkinlere su katılması tepkimelerinde
keton oluşur. Su katılması tepkimesinde önce doymamış yapıda bir alkol oluşur. Bu
doymamış yapıdaki forma enol adı verilir. Enoller ve ketonlar birbirinin izomeridir. Uygun
koşullarda enol ile keton arasında birbirine dönüşme gerçekleşir. Bu dönüşümde denge
halindeki izomerlere tautomer, oluşan dengeye de enol-keto tautomeri adı verilir.
Örnek:
v. Hidrojen siyanür(HCN) Katılması
c)
Alkinlerde üçlü bağın bulunduğu karbonların üzerinde hidrojen atomları varsa, bu hidrojenler zayıf
asidik özellik gösterirler. sp hibridleşmesi yapmış C atomlarının elektronegatifliklerinin diğer C
atomlarından fazla olması nedeniyle, H ile paylaştıkları elektron çiftini çok çekerler. Bu durumda uç
alkin asidik özellik göstermiş olur.
R - C C - R yapısı asidik özellik göstermez. Bir alkinin zayıf asit özellik göstermesi için üçlü bağdaki C
atomlarından en az birine H atomu bağlı olmalıdır.
R-C
C - H zayıf asidik özellik gösterir. Üçlü bağdaki C atomunda H atomu bağlıdır(uç alkin).
H-C
C - H zayıf asidik özellik gösterir.
Asetilendeki hidrojenleri veya uç alkinlerde üçlü bağın bulunduğu karbona bağlı hidrojen atomları,
metal atomları ile yer değiştirme tepkimesi verirler. Bu hidrojen atomları yerine metal atomları
geçebilirler. Bu tepkimelerin gerçekleşebilmesi için üçlü bağdaki C atomlarından en az birine H atomu
bağlı olmalıdır(uç alkin).
R - C C - R yapısı üçlü bağdaki C atomlarına H bağlı olmadığı için metallerle yer değiştirme tepkimesi
vermez.
R - C C - H yapısı üçlü bağdaki C atomlarına H bağlı olduğu için metallerle yer değiştirme tepkimesi
verir.
H - C C - H yapısı üçlü bağdaki C atomlarına H bağlı olduğu için metallerle yer değiştirme tepkimesi
verir.
Moleküllerindeki üçlü bağ yapan C atomlarından en az birine H atomu bağlı olan alkinler(uç alkinler),
amonyaklı ortamda Cu2Cl2 veya AgNO3 ile tuz oluşturur. Bu tepkimeler alkinlerin tanınma
tepkimeleridir.
Amonyaklı AgNO3 çözeltisi Tollens ayıracıdır. Bu çözeltiden asidik özellik gösteren alkin geçirilirse, H
atomu ile Ag metali yer değiştirir ve beyaz çökelek oluşur.
H-C
C - H + 2 AgNO3 + 2 NH3 → Ag - C
Asetilen
C - Ag + 2 NH4NO3
Gümüş asetilenür
(beyaz çökelek)
CH3 - C
C - H + AgNO3 + NH3 →
CH3 - C
Propin
C - Ag + NH4NO3
Gümüş propin
(beyaz çökelek)
Amonyaklı Cu2Cl2 çözeltisinden asidik özellik gösteren alkin geçirilirse, H atomu ile Cu yer değiştirir ve
kırmızı çökelek oluşur.
H-C
C - H + Cu2Cl2 + 2 NH3 → Cu - C
Asetilen
C - Cu + 2 NH4NO3
Bakır asetilenür
(kırmızı çökelek)
CH3 - C
C-H +
Cu2Cl2 + NH3 →
Propin
CH3 - C
C - Cu + NH4NO3
Bakır propin
(kırmızı çökelek)
d)
Polimerleşme Tepkimeleri
Asetilenin dimerleşmesiyle(asetilene asetilen katılması) vinil asetilen oluşur.
H-C
C-H + H-C
Asetilen
C - H → CH2 = CH - C
Asetilen
C-H
Vinil asetilen
Asetilenin uygun koşullarda trimerleşmesinden benzen oluşur.
ALKOLLER ve ETERLER
ALKOLLER
Alkoller, molekül yapılarındaki sp3 hibridleşmesi yapmış karbon atomuna bir hidroksil grubu(-OH) balı
olan hidrokarbon türevi bileşiklerdir. Alkollere yapılarında birden fazla -OH grubu da
bulundurabilirler. Alkoller R - OH genel formülüyle gösterilirler. Alkollerde fonksiyonel grup hidroksil(OH) grubudur. Alkollerin genel formülleri CnH2n+1OH veya CnH2n+2O şeklindedir. Alkolün yapısında iki OH bulunuyorsa genel formül CnH2n+2O2, üç tane -OH bulunuyorsa CnH2n+2O3 olur.
Alkoller yapılarındaki fonksiyonel grup sayısına, -OH grubunun bulunduğu konuma göre değişik
şekillerde sınıflandırılır.
Alkollerin Sınıflandırılması
a) Yapısında bulunan OH sayısına göre: Molekülde yer alan -OH sayısına göre monoalkoller ve
polialkoller olmak üzere ikiye ayrılırlar. Alkollerin yapısında bir tane -OH varsa monoalkol, birden fazla
-OH varsa polialkol olarak sınıflandırılırlar. Polialkoller, yapılarında iki tane -OH grubu varsa diol, üç
tane -OH varsa triol olarak sınıflandırılır. Örneğin, metanol(metil alkol) bir monoalkol, etandiol(etilen
glikol) bir diol, propantriol(gliserin) bir triol'dür.
Aşağıda monoalkoller ve polialkollerle ilgili örnekler verilmiştir.
b) -OH grubunun bağlı olduğu karbon atomuna göre: Monoalkoller de kendi aralarında
sınıflandırılabilirler. Bu sınıflandırma -OH grubunun bağlı olduğu karbon atomundaki hidrojen sayısına
göre ya da karbon atomuna bağlı R(alkil) grubu sayısına göre yapılır. Alkoldeki -OH grubunun bağlı
olduğu karbona bir R grubu ve iki hidrojen bağlıysa alkol primer, iki R grubu ve bir tane hidrojen
bağlıysa sekonder, üç tane R grubu bağlı ve hiç hidrojen yoksa tersiyer alkol olarak sınıflandırılır.
Yukarıda verilen örneklerden 2-metil-1-bütanol bileşiğinde, -OH grubunun bağlı olduğu karbonda iki
hidrojen atomu ve bir R grubu bağlı olduğuna göre 2-metil-1-bütanol bileşiği primer alkoldür. 3-metil2-bütanol bileşiği incelendiğinde ise -OH grubunun bağlı olduğu karbon atomuna bir H bağlı olduğuna
göre bir sekonder alkoldür. 2-metil-2-bütanol bileşiğinde, -OH grubunun bağlı olduğu karbon
atomunda hiç hidrojen olmadığı ve 3 tane R grubunun bağlı olduğu görülür; bu nedenle 2-metil-2bütanol bileşiği bir tersiyer alkoldür. 2-metil-1,2,3-propantriol bileşiğinde ise hem primer, hem
sekonder, hem de tersiyer alkol grubunun olduğu görülür.
Aşağıda primer, sekonder ve tersiyer alkollere örnekler verilmiştir.
Alkollerin Adlandırılması(R-OH)
Alkoller yapısında hidroksil grubu(-OH) içeren organik maddelerdir. Alkoller adlandırılırken organik
maddenin adının sonuna -ol eki getirilir. Doğada çok sayıda hidroksil grubu içeren organik bileşik
bulunur.
Daha önceki adlandırma kurallarına uyularak alkollerin adlandırması aşağıdaki basamaklar izlenerek
yapılır.
1.
2.
3.
4.
Yukarıda verilen basamaklar izlenerek aşağıdaki işlemlerle alkollerin adlandırması tamamlanır.
a)
Ana zincirdeki alkan adının sonuna hidroksil grubunun varlıını belirtmek için -ol eki getirilir.
b)
Ana zincir oluşturulurken,hidroksil grubu ile bağ yapmış karbon atomu zincirde bulunmalıdır.
c) Alkolün ana zinciri numaralandırılırken, alkil grupları ve
en küçük olacak şekilde numaralandırma yapılır.
bağına göre alkol grubunun numarası
d) alkol isimlendirmesi yapılırken ana zincir adının sonuna, numarayla birlikte -ol eki getirilir. 1993
ve 2004 yıllarında IUPAC'ın tavsiyesi olan bu adlandırma sistemiyle aşağıdaki bileşiğin adı eski adı ile
yeni adı şu şekilde olur. İki adlandırmada doğru kabul edilmektedir.
Halkalı yapıya bağlı alkol grubu varsa, numaralandırma hidroksil grubundan başlanarak yapılır.
Numaralandırma alkolden başladığı için alkol numarası hep 1 olacağından, adlandırma yaparken
yazılmasına gerek olmaz.
IUPAC, bazı alkollerin genel kullanımda kabul görmüş adlarının kullanılmasını kabul etmektedir.
Aşağıda bu alkollerden üçü örnek olarak verilmiştir.
Fenol kelimesi özel bir bileşik olan hidroksibenzen için kullanılırken, yapıda dallanma olunca ana yapı
adı olarak da
kullanılmaktadır.
Örnek: Aşağıdaki bileşiklerin IUPAC adlandırmasını yapınız.
Alkollerin Genel Elde Edilme Yolları
Alkoller genel olarak alkil halojenürlerin bazlarla tepkimesi sonucunda, aldehit ve ketonların
indirgenmesiyle, alkenlere su katılmasıyla ve karbonil grubu içeren bileşiklerin Grignard bileşiklerine
etkisi ile elde edilirler.
1.
Alkil halojenürlerin NaOH ve KOH gibi bazlarla tepkimesi sonucunda alkol eldesi
Alkil halojenürlerin NaOH veya KOH bazlarının seyreltik çözeltileri ile tepkimesinden alkoller oluşur.
Bu tepkimelerde -OH grubu ile halojen atomu yer değiştirir. Bu yer değiştirme nükleofilik bir yer
değiştirmedir; çünkü tepkime bir nükleofil tarafından başlatılmıştır. Tepkimede ayrılan Br
elektronlarıyla ayrılma işlemini gerçekleştirirken -OH grubu elektronlarıyla birlikte nükleofil olarak
gelir ve yer değiştirme işlemi gerçekleştirilmiş olur.
2.
Alkenlere su katılması ile alkol eldesi
Alkenlere kuvvetli asit katalizörlüğünde su katılması elektorifilik katılma tepkimesidir. Bu tepkime
sonucunda alkol oluşur.
Genel olarak elektrofilik katılma tepkimelerinin mekanizmaları aşağıdaki şekilde yürür.
Çift bağda yer alan pi bağının elektronları sigma bağının elektronlarına göre daha ataktır. Pi bağının
sigma bağına göre daha zayıf olması, alkenlerin katılma tepkimesine girmesini kolaylaştırmaktadır.
Elektrofil(elektronca fakir olan) madde, nükleofil(elektronca zengin) olan maddeden elektron çekerek
bağ oluşturur.
Karbon karbon çift bağına polar bir maddenin(H-OH gibi) katılması tepkimesinde, karbon-karbon çift
bağı, pi elektronlarından dolayı bir nüklefil(:Nu-) gibi davranır. Proton(H+) ise bir elektrofildir(E+).
Proton pi bağına yanaşınca, pi elektronları protonla, çift bağdaki karbonlardan biri arasında sigma
bağı oluştururlar. Bu bağ pi elektronlarının ikisini de kullandığı için çift bağdaki diğer karbon pozitif
yüklenmiş olur ve karbokatyon oluşur.
Oluşan karbokatyon oldukça aktiftir çünkü pozitif yüklü karbonda sekiz elektron bulunması
gerekirken altı elektron vardır. Karbokatyon bu eksikliği tamamlamak için hızlı bir şekilde bir
nükleofille birleşir.
Böylece katılma tepkimesi gerçekleşmiş olur.
Eten(etilen) bileşiğine su katıldığında tepkime şu şekilde gerçekleşir.
Alkenlere su katılması tepkimeleri Markovnikov kuralına göre gerçekleşir.
3.
Aldehit ve ketonların indirgenmesiyle alkol eldesi
Alkoller, aldehitlerin veya ketonların lityum aluminyum hidrür(LiAlH4) ve sodyumborhidrür(NaBH4) ile
indirgenmeleri veya katalitik olarak hidrojenlenmeleri ile elde edilirler.
Metal hidrürdeki bağda, metal kısmı artı, hidrojen kısmı eksi kutuplu hale gelerek polarize olur.
Tepkime hidrür(H-) iyonunun karbonil karbonuna nükleofilik atağıyla geri dönülemez bir şekilde
gerçekleşir.
Tepkimede başlangıçta oluşan aluminyum alkoksit su ve asitle hidroliz olur ve alkol oluşur.
Tepkimenin net sonucu olarak hidrojenin karbon oksijen çift bağına katılması gerçekleşmiştir. Aşağıda
siklohekzanon bileşiğinin indirgenmesi sonucunda alkol eldesine ilişkin bir örnek görülmektedir.
Aldehitlerin indirgenmeleri sonucunda primer alkoller elde edilirken, ketonların indirgenmesiyle
sekonder alkoller elde edilir. Tersiyer alkoller indirgenme ile elde edilemezler.
Bir aldehit ya da ketonun indirgenme tepkimesi genel olarak aşağıdaki şekildedir.
Sodyum borhidrür, lityum aluminyumhidrürden daha zayıf bir indirgendir. Lityum aluminyum hidrür
asitler, esterler, aldehitler ve ketonların indirgenme tepkimelerinde indirgen olarak kullanılırken,
sodyum borhidrür yalnızca aldehitler ve ketonların indirgenmesinde indirgen olarak kullanılabilir.
LiAlH4 suyla çok şiddetli tepkimeye girdiği için, indirgenme tepkimelerinde susuz çözelti
içerisinde(susuz eter) kullanılmalıdır. NaBH4 ile su şiddetli bir tepkimeye girmedikleri için, bu madde
alkol ya da su içerisinde çözülerek kullanılabilir.
Aldehit ve ketonlar yüksek sıcaklık ve basınçta, Pt, Pd veya Ni katalizörlüğünde de hidrojen
katılmasıyla indirgenerek alkollere dönüşürler.
4.
Grignard Bileşiklerinden Alkol Elde Edilmesi
Grignard bileşiği C - Mg bağı ile bilinir. Karbon Magnezyum(Mg) elementinden daha elektronegatiftir
ve bağ elektronlarını daha fazla çeker. Bu durumda C atomu kısmi negatif yüklenir. Aslında C ile Mg
arasındaki elektronegativite farkı çok büyük olduğu için bağ iyoniktir denilebilir.
Grignard bileşikleri C atomunun eksi yüklenmesinden dolayı nükleofil olarak davranır ve elektrofil
karbonil grubu içeren aldehit ve ketonlarla tepkimeye girebilir.
Yukarıda verilen tepkimede bir indirgenme tepkimesidir. Tepkime sırasında yapıya bir R grubu
katılmaktadır.
Grignard bileşikleri aldehit veya ketonla tepkimeye girdiklerinde alkol oluştururlar.
Grignard bileşiğinin formaldehit ile tepkimesinden primer alkol elde edilir.
Grignard bileşiğinin formaldehit hariç diğer aldehitlerle tepkimesinden sekonder alkol elde edilir.
Grignard bileşiğinin ketonlarla tepkimesinden tersiyer alkol elde edilir.
Aşağıda Grignard Bileşiğinin bir ketonla tepkimesi sonucunda elde edilen tersiyer alkolle ilgili örnek
verilmiştir.
Alkollerin Fiziksel Özellikleri
Alkollerin düşük karbon sayılı olanları renksiz sıvılardır. Düşük karbon sayılı alkoller(1, 2, veya 3
karbonlu) su ile her oranda karışırlar. Alkollerin kendilerine özgü kokuları vardır. Karbon sayısı arttıkça
monoalkollerin kaynama noktası yükselir. Monoalkollerde dallanma arttıkça deyme yüzeyi azalır ve
London kuvvetleri azalır, kaynama noktası düşer.
Bütan-1-ol ve propan-1-ol bileşiklerinin kaynama noktaları karşılaştırıldığında, molekül kütlesi büyük
olan bütan-1-ol bileşiğinin kaynama noktası propan-1-ol bileşiğinin kaynama noktasından yüksektir.
Yukarıda verilen bileşikler birbirinin yapı izomeridir. Kapalı formülleri ve mol kütleleri aynıdır. Bu
durumda deyme yüzeyi fazla olan bütan-1-ol bileşiğinin kaynama noktası, 2-metilpropan-2-ol
bileşiğinin kaynama noktasından yüksek olur.
Alkoller polar maddelerdir. Molekülleri arasında hidrojen bağları içerirler.
Aynı C sayısına sahip hidrokarbonlar ve eterlerden daha yüksek kaynama
noktasına sahiptirler. Aynı C sayısına sahip alkollerdeki -OH grubu sayısı
arttıkça, moleküllerarasındaki H-bağı sayısı da artacağından kaynama
noktaları da yükselir.
Etandiol bileşiğinin yapısındaki -OH grubu sayısı daha fazla olduğu için kaynama noktası aynı karbon
sayılı etil alkol bileşiğine göre daha yüksektir.
Karbon sayısı arttıkça sudaki çözünürlükleri azalır(aşağıda verilen tabloda alkollerin çözünürlükleri ile
ilgili bilgileri kontrol ediniz). Alkoller su ile karıştırıldığında alkol ve su molekülleri arasında da hidrojen
bağları oluşur. Ancak karbon sayısının artması durumunda çözünürlüklerinde hidrojen bağı
oluşturmalarına rağmen azalma olur.
Aynı sayıda C atomu içeren primer alkollere göre sekonder alkollerin kaynama noktası daha düşüktür.
Aynı şekilde C sayısı aynı olan sekonder alkollerin kaynama noktası tersiyer alkollerin kaynama
noktasına göre daha yüksektir. Bunun nedeni moleküller arasındaki London kuvvetlerindeki
değişimlerdir.
Aşağıdaki tablo bazı alkollerin fiziksel özellikleri ile ilgili yukarıda anlatılan özellikleri de içeren bilgiler
içermektedir.
Alkollerin Kimyasal Özellikleri
Alkollerde fonksiyonel(işlevsel) grup hidroksil(-OH) grubudur. Bu gruptaki işlevsellik alkollerin
kimyasal özelliklerini de belirler. Alkoller, suya benzer şekilde zayıf asit özellik gösteren maddelerdir.
Alkollerde -OH grubu proton veren olarak davranır ve iyonlaşma sudaki iyonlaşmaya benzer şekilde
bir iyonlaşma gerçekleşir. Alkoller suya göre daha zayıf asit özellik gösterirler.
Primer alkollerin asitliği sekonder alkollerden daha fazla, sekonder alkollerin asitliği de tersiyer
alkollerden fazladır.
1.
Alkollerin Yanma Tepkimeleri
Alkollerin oksijenle yanması sonucunda CO2 ve H2O oluşur.
(
→
C3H5(OH)3 + O2 →
2.
3 CO2 + 4 H2O
Alkollerin Metallerle Tepkimeleri
Alkoller, Na, K gibi aktif metallerle tepkimeye girerek alkolatları ve H2 gazı oluştururlar.
R - OH + Na →
R - ONa + 1/2 H2
Bu tepkimelerde 1 mol monoalkolden 0,5 mol H2 gazı elde edilir. Alkoldeki -OH sayısına bağlı olarak
H2 gazının mol sayısı da değişir(alkoldeki her -OH grubu başına 1/2 H2 eldesi söz konusudur).
Bu tepkimelerin aktiflikleri primer alkollerde en fazla, tersiyer alkollerde ise en azdır.
3.
Alkollerin Hidrojen Halojenürlerle Tepkimeleri
Alkoller kuvvetli halojenli asitlerle tepkimeye sokulursa hidrojen grubu ile halojen grubu yer değiştirir.
Kullanılan alkolün ve halojenli asitin türüne göre tepkime hızlı ya da yavaş gerçekleşir.
Alkollerin tepkimeye girme istekleri ve tepkime hızları tersiyer > sekonder > primer alkol sırasındadır.
Kullanılan asitlerin tepkimeye girme istekleri HI > HBr > HCl > HF sırasındadır.
Tersiyer alkollerin halojenli asitlerle tepkimesi en hızlı gerçekleşir. Örneğin, t-bütil alkolün tbütilklorüre dönüşmesi tepkimesinde tepkime kabını oda sıcaklığında derişik HCl ile karıştırarak birkaç
dakika salladığımızda tepkime gerçekleşir.
Alkollerin halojenli asitlerle tepkimesinde, primer alkol kullanıldığında tepkime çok yavaş gerçekleşir.
Örneğin, yukarıdaki gibi bir tepkimeyi bütan-1-ol ile derişik HCl'nin Lewis asit katalizörü(ZnCl2)
eşliğinde yaptığımızda, tepkimenin gerçekleşebilmesi için karışımın çok yüksek sıcaklıkta saatlerce
ısıtılması gereklidir.
4.
Alkollerin Karboksilli Asitlerle Tepkimeleri
Alkoller, H2SO4 katalizörlüğünde karboksilik asitlerle tepkimeye girerek kondenzasyon tepkimesi
sonucunda esterleri oluştururlar.
Tepkimenin mekanizması aşağıdaki gibidir.
Tepkimenin mekanizması karmaşık bir yapıya sahiptir. Tepkimenin mekanizmasını basamak basamak
açıklayalım.
1. Asidin karbonil grubu tersinir olarak protonlanır. Bu basamak tepkimedeki asit katalizörün nasıl
çalıştığını açıklar. Protonlanma karbonil karbonunun tepkimeye girme isteğini artırır ve nükleofile
yanaşmasını sağlar.
2. Alkol nükleofil olarak asitle protonlanmış karbonil karbonuyla etkileşir. Bu basamakta yeni bir C O bağı(ester bağı) oluşur.
3 ve 4. Oksijenin proton kazanıp kaybettiği denge basamaklarıdır. 4. basamakta hangi -OH
gruplarından herhangi biri protonlanır çünkü yapıdaki - OH grupları eşdeğerdir.
5. Suyun oluştuğu basamaktır. Bu basamağın oluşması için -OH gruplarından birinin ayrılma
kapaitesini artırması için protonlanması gerekir.
6. Bu basamak ester oluşumunun gerçekleştiği ve asit katalizörün tekrar elde edildiği basamaktır.
5.
Alkollerden su çekilmesiyle eter elde edilmesi
Asit katalizörlüğünde alkollerin moleküller arası dehidratasyonuyla 140oC sıcaklıkta 2mol alkolden 1
mol su çekilmesiyle eterler elde edilir.
Yukarıdaki tepkime bir nükleofilik substitisyon tepkimesidir. Tepkime protonlanmış alkol ile
nükleofilik durumdaki alkol arasında gerçekleşir. Bu yöntem simetrik eterlerin eldesinde kullanılır.
6. Alkollerden su ayrılması ile alken eldesi
Alkollerin
kuvvetli
asit
katalizörlüğünde
ısıtılması
sonucu(yüksek
sıcaklıkta)
su
kaybederek(dehidrasyon) alkene dönüşmesi de bir ayrılma tepkimesidir. Alkollerdeki OH grubu kolay
ayrılabilen bir grup değildir. Tepkimede kullanılan asit hidroksil grubunu protonlayarak alkolleri kolay
ayrılan bir gruba sahip hale getirir. Alkollerin protonlanması sırasında tepkime çok hızlı gerçekleşir.
Alkoller bu tepkimelerde, oksijen atomunun ortaklanmamış iki çift elektron içermesi nedeniyle bir
Lewis bazı gibi davranırlar.
Alkollerden suyun ayrılma tepkimesinde, sıcaklık ve asit derişimi kullanılan alkolün çeşidine göre
farklılık gösterir. Alkol primer ise, suyun ayrılması çok zor gerçekleşeceği için kullanılan asitin derişik
ve sıcaklığın 180oC üzerinde olması gerekir.
Sekonder alkollerden su ayrılması sırasında ise %85'lik H3PO4 çözeltisi ve 165-170oC sıcaklık aralığı
yeterli olmaktadır.
Tersiyer bütil alkollerde ise suyun ayrılması daha kolay gerçekleşmektedir. Kullanılan asit %20'lik sulu
H2SO4 çözeltisi ve sıcaklık 85oC olduğunda suyun ayrılması kolayca gerçekleşmektedir.
Yukarıdaki açıklamalardan sonra alkollerden suyun ayrılmasında alkolün çeşitine göre(tersiyer en
kolay, sonra sekonderden ayrılmak kolay olmakta; primer alkolden suyun ayrılması zor
gerçekleşmektedir), suyun ayrılmasını kolaydan zora aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.
Alkollerden suyun ayrılması tepkimesinin mekanizmasını aşağıdaki örnekte görebiliriz.
Birinci basamakta Lewis bazı gibi davranan alkol molekülü, protonlanarak alkiloksonyum iyonunu
oluşturur.
İkinci basamakta protonlanmış alkolden su ayrılır ve C - O bağı kırılır. Basamak sonunda karbokatyon
oluşur.
Son basamakta, karbokatyondaki C+'ya komşu olan karbona bağlı hidrojenlerden biri, bağ
elektronlarını bu karbon üzerinde bırakarak ayrılır ve alken oluşur.
7.
Alkollerin yükseltgenme tepkimeleri
Bazik ortamda KMnO4 veya asidik ortamda K2Cr2O7 gibi yükseltgenler kullanılarak primer alkoller
aldehitlere, aldehitler karboksilli asitlere, sekonder alkoller ketonlara yükseltgenirler. Başka bir
deyişle alkollerin yükseltgenmeleri için asidik ortamda
iyonu
gerekir. Primer alkoller iki kademe yükseltgenirler. Sekonder alkoller bir kademe yükseltgenirler.
Tersiyer alkoller yükseltgenemezler. Aldehitler de alkollerde olduğu gibi permanganat ve dikromat
iyonlarıyla hızlı tepkimeler sonucunda yükseltgenerek karboksilli asitleri oluştururlar. Aldehitler
alkollerden farklı olarak Ag+ ve Cu2+ iyonlarıyla da yükseltgenirler. Ketonlar yükseltgenemezler.
Organik maddelerin indirgenme yükseltgenme tepkimelerinde denklemin tamamının yazılması her
zaman gerekmeyebilir. Bu nedenle indirgenme ve yükseltgenmeler ok işareti üzerine semboller
konularak ifade edilirler.
Polialkoller
Yapısında birden fazla -OH bulunduran alkollere polialkoller denir. Polialkoller, -OH sayılarının çok
olmasından dolayı daha fazla hidrojen bağı yaparlar. Bu nedenle kaynama noktaları yüksek olan
maddelerdir. -OH grubu en güçlü hidrofil grubu olduğu için -OH grubu sayısı arttıkça
polialkollerinsudaki çözünürlükleri de artar.
Polialkoller su çekici özellikte olduklarından kozmetikte, tütün endüstrisinde nem koruyucu olarak
kullanılır. Polialkollerin karbonhidrat kimyasında da önemli bir yeri vardır. Karbonhidratlar çok sayıda
-OH grubu içerirler.
ETERLER
Eterlerin adlandırılması(R-O-R)
Bir oksijen atomuna iki radikal grubun(alkil, aril, vinil gibi) doğrudan bağ yaptığı bileşiklerdir. Genel
formülleri aşağıdaki gibidir.
IUPAC kuralları, eterlerin adlandırılmasında iki yöntemin kullanılmasına izin vermektedir.
1. Eterdeki alkil gruplarının tümü belirlendikten sonra alfabetik sıraya konulur ve sonuna eter eki
getirilir.
Yukarıdaki örnekler incelendiğinde O atomuna bağlı olan alkil gruplarının dimetil eter'de aynı
diğerlerinde farklı olduğu görülür. Alkil grupları aynı ise eter'e simetrik(basit) eter, farklı ise simetrik
olmayan eter(karışık) eter denir.
2. Sistematik diğer adlandırma yönteminde, oksijene bağlı alkil gruplarından büyük olanı ana yapı
olarak seçilir ve küçük grup dallanmış yapı olarak(alkoksi) olarak adlandırılır.
Örnekler:
Eterlerin Genel Elde edilmeleri
1.
Alkollerden Su Çekilmesi ile Eter Elde Edilmesi
Dietil eter ve benzer nitelikteki pek çok eter endüstriyel olarak alkollerden asit katalizörlüğünde su
çekilmesiyle elde edilirler. Örneğin etanol bileşiğinin asit katalizörlüğünde dehidrasyonu 140oC
sıcaklıkta gerçekleştirildiğinde iki mol alkolden bir mol su çekilmesiyle dietil eter oluşur.
Eterlerin elde edildiği tepkimelerde moleküller arasında kondenzasyon tepkimesi gerçekleşmektedir.
Alkollerden su çekilmesi sonucunda eterin elde edilebilmesi için, sıcaklığın alken elde edilen
sıcaklıktan daha düşük bir sıcaklık olması gerekir. Örneğin etanolden su çekilmesiyle dietil eter elde
edilirken sıcaklığın 140oC olması gerekir. Sıcaklığın 170oC'nin üstüne çıkması durumunda ise alken
elde edilmektedir.
Etanolün sülfürik asitle 170oC üstündeki bir sıcaklıkta ısıtılması durumunda molekül içi ayrılma
gerçekleşir ve eten elde edilir. 140oC sıcaklıkta ise moleküller arası kondenzasyon tepkimesiyle dietil
eter elde edilir. alkollerin asit katalizörlü bu tür tepkimelerinde birden fazla ürün oluşabilmektedir. Bu
tür tepkimelerde eter oluşumu ile alken oluşumu yarışma halindedir. Tepkimede oluşan ürünler,
tepkime kabında karışım halinde bulunurlar. Hangi tepkimenin daha çok oluşacağı tepkime için
gerekli olan koşullara bağlı olarak değişir. Örneğin, 170oC üstü sıcaklıklarda oluşan alken yüzdesi(%80
ve üstü) eter yüzdesine(%20 ve altı) göre çok fazladır.
Etanolden dieter oluşumu ile sonlanan kondenzasyon tepkimesi ve mekanizması aşağıda gösterildiği
gibidir.
Mekanizmanın ilk basamağı bir asit baz tepkimesidir. Alkol baz gibi davranarak sülfürik asitten bir
proton alır ve protonlanmış alkole dönüşür.
Diğer alkol molekülü protonlanmış alkole nükleofilik etki yaparak protonlanmış eter ve su oluşturur.
Protonlanmış eterdeki protonun, su molekülüne veya başka bir alkol molekülüne aktarılmasıyla eter
oluşur.
Eter oluşumu tepkimelerinde yalnızca primer alkoller kullanılır. Sekonder alkol veya tersiyer alkol
kullanıldığında, eter oluşumu başarısızlıkla sonuçlanır, çünkü sekonder alkoller hızlı bir şekilde alkene
dönüşürler.
Moleküller arası kondenzasyon tepkimesiyle simetrik olmayan eterlerin elde edilmesi de uygun
değildir. Tepkime sonucunda, ortamda çok fazla çeşitte eter oluşumu gerçekleşir. Elde edilmek
istenen eterin bu yöntemle elde edilmesi uygun değildir.
2.
Alkolatlardan Eter Elde edilmesi(Williamson Eter Sentezi)
Hem basit eter hem de karışık eter elde edilmesinde kullanılan bir yöntemdir.
R1 - O-Na+ + R2 - X →
CH3CH2ONa + CH3CH2Cl →
R1 - O - R2 + NaX
CH3CH2 - O - CH2CH3 + NaCl
Dallanmış alkil halojenürler kullanılırsa tepkime sonucunda eter yerine alken oluşur. Bu nedenle
Williamson eter sentezinde dallanmış alkil halojenürler tercih edilmezler. Aşağıda, tersiyer alkil
halojenürün kullanılması durumunda eter yerine alken elde edilmesi tepkimesine ilişkin bir örnek
verilmiştir.
Eterlerin Kimyasal Özellikleri
Eterlerin kimyasal anlamda davranışları alkollerinkinden farklıdır. Eterlerin kimyasal tepkime istekleri
çok azdır. Yükseltgenlerle, kuvvetli bazlarla, zayıf asitlerle tepkime vermezler. Yapılarındaki oksijene
bağlı bir hidrojenin bulunmaması tepkimeye girme eğilimlerinin çok düşük olmasına neden
olmaktadır. Bu nedenle eterler kararlı bileşiklerdir ve kolay tepkime vermezler. Bu nedenle organik
tepkimelerin birçoğunda çözücü olarak kullanılırlar.
1.
Yanma Tepkimeleri
CnH2n+2O +
O2 →
n CO2 + (n+1) H2O
2.
HX Bileşikleri ile Tepkimeleri
Eterlerin uygun koşullarda HI ve HBr'nin derişik sıcak sulu çözeltileri ile tepkimesinden alkol ve alkil
halojenür elde edilir.
R - O - R + HX →
R - OH + R - X
Dialkil eterlerin alkil gruplarının ayrılması için kuvvetli bir asit ve iyi bir nükleofil gerekir. Bu nedenle
alkil gruplarını eterden ayırmak için derişik sulu HI(%57) veya HBr(%48) kullanılması gerekir. Aşağıda,
dibütileterin sıcak ve derişik HBr ile 1-brombütan oluşturması tepkimesi görülmektedir.
Bu tepkimede derişik HCl(%38) kullanılması tepkimenin gerçekleşmesinde çok etkili değildir. Çünkü Cl, sulu çözeltide I- ve Br- iyonlarından daha zayıf bir nükleofildir.
Eterlerin Fiziksel Özellikleri
Eterlerin çoğu oda sıcaklığında sıvıdır. Polar yapıdadırlar. Molekülleri arasında zayıf dipol-dipol
etkileşimleri vardır. Organik maddeler iyi birer çözücüdürler. Özellikle dietil eter çözücü olarak pek
çok alanda kullanılır. Özellikle vernik, reçine, katı ve sıvı yağlar eterde iyi çözünür. Aşağıdaki şekilde
dietil eter molekülleri arasındaki dipol-dipol etkileşimleri gösterilmiştir.
Zayıf dipol-dipol etkileşimleri içerdikleri için suda ve alkollerde az çözünürler. Eterlerin karbon sayıları
arttıkça sudaki çözünürlükleri de azalır. Suda az da olsa çözündüklerinde su molekülleri ile çok çok
zayıf olan H bağı oluşturabilmeleri mümkün olabildiği için sudaki çözünürlükleri hidrokarbonlara göre
daha fazladır.
Eterlerin kaynama noktaları fonksiyonel grup izomeri olan alkollere göre düşüktür. Çünkü alkollerde
katı ve sıvı fazlarda moleküller arasında hidrojen bağları vardır. Eterlerin molekülleri arasında ise dipol
dipol etkileşimleri vardır.
Aşağıdaki tabloda bazı eter ve alkollerin kaynama noktaları ve çözünürlükleri ile ilgil karşılaştırma
verilmiştir.
ALDEHİTLER VE KETONLAR
Organik kimyada önemli gruplardan biri de karbonil grubudur. Karbonil grubu içeren maddeler,
aldehitler ve ketonlardır. Bir aldehitte karbonil karbonuna en az bir H atomu bağlı olmalıdır.
Ketonlarda ise karbonil grubuna iki alkil ya da aril grubu bağlanır.
Karbonil grubundaki C atomu sp2 hibridleşmesi yapmıştır ve gruba bağlı yapıların yığılmaması için
karbonil grubu düzlem üçgen bir yapıdadır. Oksijen atomunun elektronegativite değerinin yüksek
olmasından dolayı karbonil grubu polarize olur ve bu durumda karbonil grubu elektrofil bir yapıya
kavuşur. Bu durumda, aldehit ve ketonlar nükleofillerle tepkimeye girerler. Aldehit ve ketonların
yapısındaki karbonil grubuna bağlı R grupları sayısına göre tepkimeye girme istekleri artar ya da
azalır. Karbonil grubuna bağlı R grubu sayısı arttıkça karbonil bileşiklerinin tepkimeye girme istekleri
azalır.
Aldehit(R-CHO) ve Ketonların(R-CO-R) adlandırılması
Aldehitler ve ketonlar, yapılarında karbonil(-C=O) grubu içeren maddelerdir.
Aldehitte karbonil grubuna en az bir H bağlanırken, ketonda karbonil grubuna R grupları bağlanır.
Aldehit ve Ketonların adlandırması yapılırken aşağıdaki kurallar uygulanır.
1.
2.
3.
4.
Bu kurallar uygulandıktan sonra adlandırmada şunlara dikkat edilir.
a)
Aldehit adlandırılırken ana zincir adına -al eki eklenir.
b) Aldehit adlandırmasında ana zincir seçilirken aldehit grubunun bu zincirde seçilmesi gerekir.
Zincir numaralandırılırken, aldehit grubunun karbonuna (1) numara verilir.
c) Bir molekülün yapısında aldehit grubu haricinde, hidroksil grubu ve bağı da varsa, aldehit
grubunun karbonu 1 numaralı C olarak alınır. Adlandırma yapılırken aldehit karbonunun numarasının
1 olduğu bilindiği için kullanılmasına gerek yoktur.
d) Aldehit grubunun karbonu doğrudan bir halka yapısına bağlanmışsa, oluşan halkalı yapı
karbaldehit olarak adlandırılır.
IUPAC basit aldehitlerin genel kullanımdaki adlarını da adlandırmada kabul etmekte ve
kullanmaktadır. Aşağıda bu yapıdaki bazı aldehitlerin genel adları verilmiştir.
Ketonlarda da adlandırma işlemleri aldehitlerinkine benzerlik gösterir. Ketonların adlandırmasında
ayrıca aşağıdaki işlemlere dikkat etmek gerekir. Ketonlarda ana yapıdaki alkanın sonuna -on eki
getirilir.
Adlandırma yapılırken keton grubunun olduğu karbonun numarasının belirtilmesi gerekir. IUPAC,
1979 yayınladığı kurallarda, bu numaranın ana zincirden önce yazılması gerektiğini belirtmişti. 1993
ve 2004 yıllarında yaptığı değişiklikle, numaranın -on ekinden önce yazılmasının daha uygun olacağını
belirtmiştir; ancak daha önceki kuralla gerçekleştirilen adlandırmanın da doğru olduğunu kabul
etmektedir.
IUPAC basit ketonları genel kullanımdaki adlarını da adlandırmada kabul etmekte ve kullanmaktadır.
Aşağıda bu yapıdaki bazı ketonların genel adları verilmiştir.
IUPAC, nadiren kullanılıyor olsa da alkil alkil keton şeklindeki adlandırmayı da basit ketonlar için
kabul etmektedir. Örneğin hekzan-3-on bileşiği etil propil keton olarak ta adlandırılabilir.
Örnek:
Karbonil Bileşiklerinin Genel Elde Edilme Yolları
1. Alkollere Su Katılması
Aldehit ve ketonların elde edilmelerine ait farklı yöntemler olmasına rağmen en çok kullanılan
yöntem alkollerin yükseltgenmesidir. Primer alkoller bir basamak yükseltgenirse aldehitler oluşur.
Bazik ortamda KMnO4 veya asidik ortamda K2Cr2O7 gibi yükseltgenler kullanılarak primer alkoller
aldehitlere, aldehitler karboksilli asitlere, sekonder alkoller ketonlara yükseltgenirler. Başka bir
deyişle alkollerin yükseltgenmeleri için asidik ortamda
iyonu
gerekir. Primer alkoller iki kademe yükseltgenirler. Sekonder alkoller bir kademe yükseltgenirler.
Tersiyer alkoller yükseltgenemezler.
Uygun yükseltgenlerin seçilmemesi durumunda primer alkoller karboksilli asit basamağına kadar
yükseltgenir. Aldehitler katalizör olarak piridinyum klorkromat(C5H5NH+CrO3Cl- veya PCC)
kullanıldığında aldehitlere dönüşürler.
2. Alkinlere Su Katılması ile Aldehit ve Keton Elde Edilmesi
1 mol alkine diğer katılmalardan farklı olarak 1 mol su katılır. H2SO4 veya HgSO4 katalizörlerinin
etkisiyle su katılınca aldehit veya keton elde edilir. Kullanılan alkin asetilen olursa, katılma
sonucunda aldehit elde edilir. Diğer alkinlere su katılması tepkimelerinde keton oluşur. Su katılması
tepkimesinde önce doymamış yapıda bir alkol oluşur. Bu doymamış yapıdaki forma enol adı verilir.
Enoller ve ketonlar birbirinin izomeridir. Uygun koşullarda enol ile keton arasında birbirine dönüşme
gerçekleşir. Bu dönüşümde denge halindeki izomerlere tautomer, oluşan dengeye de enol-keto
tautomeri adı verilir.
Örnek:
Teorik olarak, aldehitler karboksilli asitlerin indirgenmesiyle de elde edilirler. Pratikte ise, karboksilli
asitleri indirgemek için kullanılan LiAlH4 ile indirgenme işlemi sonucunda ortamda her koşulda primer
alkol oluşmaktadır. Bunun nedeni, LiAlH4'ün kuvvetli bir indirgen olması nedeniyle ortamda oluşan
aldehitin LiAlH4 ile hemen alkole indirgenmesi ve ortamda aldehit kalmamasıdır. Bu nedenle,
karboksilli asitlerini indirgenerek aldehitlere dönüştürülmesinde, karboksilli asitin kendisi değil,
kendisinden daha kolay indirgenen karboksilli asit türevleri(açil klorürler, esterler ve nitriller)
kullanılırken, LiAlH4 yerine de daha az indirgen özellikteki bileşikler kullanılarak aldehitler elde edilir.
Aldehit ve Ketonların Kimyasal Özellikleri
1. Yanma Tepkimeleri
Aldehitler ve ketonlar yanma tepkimesi verirler. Yanma ürünüleri CO2 ve H2O'dur.
CnH2nO +
O2 →
n CO2 + n H2O
2. Nükleofilik Katılma Tepkimeleri
Aldehit ve ketonların en karakteristik tepkimeleri, karbon oksijen çift bağına nükleofilik katılma
tepkimeleridir. Karbonil grubundaki pi bağının açılmasıyla katılma tepkimesi gerçekleşir. Karbonil
grubundaki C kısmen pozitif, oksijen ise kısmen negatif yüklüdür. Bu nedenle katılma tepkimelerinde
negatif yüklü olan atom ya da gruplar karbon atomuna, pozitif yüklü olanlar ise oksijen atomuna
bağlanırlar. H2, HCN, NH3, H2O ve NaHSO3 gibi bileşiklerle katılma tepkimesi verirler.
Mekanizma özeti:
Aşağıda bazı katılma tepkimeleri ile ilgili genel denklemler ve örnekleri verilmiştir.
a) HCN katılması
örnek:
b) Su katılması
Örnek:
3. Yükseltgenme Tepkimeleri
Aldehitlerin ve ketonların yapıları birbirine benzemektedir. Aldehit ve ketonlardaki fark karbonil
grubunun zincirdeki konumundan kaynaklanır. Aldehitlerde karbonil grubunun bir ucunda H varken
ketonlarda R grubu vardır. Ketonlarda R grubunun bulunması ve karbonil grubunun etrafındaki
yoğunluğun artması nedeniyle, aldehitlerde hidrojenin kolaylıkla verilebilmesi yükseltgenmelerinin
kolay olmasını sağlamaktadır. Aldehitler kolaylıkla yükseltgenebilirken ketonlar yükseltgenemezler.
Aldehitler uygun koşullarda yükseltgen maddelerle karboksilli asitlere yükseltgenme tepkimesi verir.
Laboratuvarlarda K2Cr2O7 ve KMnO4 gibi maddeler yükseltgen olarak kullanılırlar. Bunların yanında en
çok kullanılan yükseltgenlerden biri de sulu asit içerisindeki CrO3'tür.
Aldehitler kuvvetli yükseltgenler yanında zayıf yükseltgenlerle de yükseltgenebilirler. Bu maddelerin
verdikleri tepkimeler, aldehitlerin tanınma tepkimeleri olarak da bilinir. Aldehitler Ag(I) iyonuyla da
yükseltgenerek karboksilli asitleri oluştururlar.
Başka bir Ag(I) iyonu formu, AgNO3 bileşiği suda çözündükten sonra NaOH eklenerek Ag(I) iyonlarının
Ag2O şeklinde çöktürülmesiyle elde edilir. Elde edilen bu karışıma sulu amonyak çözeltisi eklenirse
Ag(I) iyonları, gümüş-amonyak kompleks iyonları şeklinde yeniden çözünür. Bu şekilde elde edilen
çözeltiye Tollens ayıracı adı verilir. Aldehitlerin tollens ayıracı ile tepkimesinde, aldehit asite
yükseltgenirken, Ag+ iyonları da metalik Ag'ye indirgenir. ve gümüş aynası oluşur.
CH3CHO + 2 Ag+ + 3 OH- →
CH3COOH + 2 Ag(k) + 2 H2O
Ucuz aldehitler kullanılırsa, bu tepkime ayna üretiminde de kullanılabilir.
Bazik ortamda Cu2+ iyonları içeren çözeltiye de Fehling ayıracı adı verilir. Fehling çözeltileri ile
aldehitlerin tepkimesi sırasında, aldehit asite yükseltgenirken, Cu2+ iyonları da Cu+ iyonlarına
indirgenir. Kırmızı renkli Cu2O çökeltisi oluşur.
CH3CHO + 2 Cu2+ + 5 OH- →
CH3COOH + Cu2O(k) + 3 H2O
Laboratuvarda bir karbonil grubu içeren bileşiğin aldehit mi keton mu olduğunu anlamak için Tollens
ya da Fehling ayıracını kullanabiliriz. Aldehitler Tollens Ya da Fehling çözeltisi ile etkileşebilirlerken
ketonlar etkileşmezler.
Fehling ayıracı yerine Benedikt ayıracı(Bakır(II) sitratın bazik çözeltisi) de kullanılabilir. Benedikt
ayıracı kullanılarak oluşan tepkimede de Cu2+ iyonları Cu+ iyonlarına indirgenirken kiremit kırmızısı
Cu2O çökeleği oluşur.
Aromatik aldehitler tolens ayıracı ile yükseltgenme tepkimesi verebildikleri halde, Fehling çözeltisi ile
yükseltgenme tepkimesi vermezler. Bu özellik aromatik ve alifatik aldehitlerin ayırt edilmesinde
kullanılır.
4. Aldehit ve Ketonların İndirgenmesi
Aldehit ve ketonların karbonil grubu farklı indirgenlerle, alkole, hidrokarbona veya amine
indirgenebilir. Hangi ürünün oluşacağı indirgen maddeye ve karbonil bileşiğinin yapısına göre değişir.
Aldehitler uygun katalizörlerle birlikte H2 ile primer alkollere; ketonlar, sekonder alkollere indirgenir.
Aşağıda, siklohekzanon bileşiğinin siklohekzanole indirgenmesi tepkimesi örnek olarak verilmiştir.
Hidrojenlenmeye alternatif olan bir indirgeme yötemi de metal hidrürler kullanılarak yapılır. Bu metal
hidrürler genellikle LiAlH4 ve NaBH4'tür. Her ikisi de aldehit ve ketonları alkollere indirger.
KARBOKSİLLİ ASİT TÜREVLERİ
Karboksilli asitler R-COOH genel formülüne sahip organik bileşiklerdir. Yapılarını oluşturan karboksil
grubu, bir karbonil ve hidroksil grubu içerir. Karboksilli asitlerin özelliklerini belirleyen, işte bu iki
grup(karbonil grubu ve hidroksil grubu) arasındaki ilişkidir. Karboksilli asitler, asit klorürler, esterler,
amitler ve tiyoesterler gibi pek çok karboksilli asit türevi maddenin elde edilmesinde de başlangıç
maddesi olarak kullanılır.
Karboksilli asitlerin en önemli kimyasal özelliği asitlikleridir.
Karboksilli asitin hidroksi grubundaki hidrojen asidik özellik gösterirken, grupta yer alan ve nükleofil
özellik gösteren oksijenler nedeniyle karbonil grubunun karbonu nüklefil atak gerçekleştirilecek
merkez olarak ortaya çıkmaktadır.Karboksil grubundaki CO grubunun elektron çekme özelliğinden
dolayı negatif yük tek bir atom üzerinde değil, iki oksijen atomu üzerinde eşit olarak dağılır. Oluşan
rezonans yapıda hidrojen atomu elektron vererek asit gibi davranır.
Karboksilli Asitlerin sınıflandırılması
Daha önce, alkoller yapılarında bulunan -OH grubu sayısına göre sınıflandırılmıştı. Asitler de
yapılarında bulunan karboksil grubu sayısına göre sınıflandırılabilirler. Yapılarında bir tane -COOH
grubu bulunduran karboksilli asitlere monokarboksilli asitler, birden fazla -COOH grubu bulunduran
asitlere polikarboksilli asitler adı verilir. Polikarboksilli asitler de kendi içlerinde dikarboksilli,
trikarboksilli asitler olarak sınıflandırılabilirler.
Karboksilli asitler ve Türevlerinin adlandırılması
Karboksilli asitler yapılarında karboksil grubu içeren asitlerdir. Yapılarında fonksiyonel gruplar içeren
maddelerin adlandırılmalarında, öncelik sırası aşağıda verilmiştir. Bu nedenle yapısında karboksilli asit
grubu içeren maddede karboksil grubunun karbonu 1 numaralı karbon olur.
Bir tane karboksil grubu içeren asitlerin adlandırılmasında ana zincirin adının sonuna -oik asit eki
getirilir.
Ana zincir seçilirken karboksil grubu bu zincirin içerisinde yer almalıdır. Karboksil grubu uçta yer aldığı
için, gruptaki C atomu 1 numaralı karbon olur.
Karboksil grubu halkalı bir yapıya bağlanmışsa, halka adının sonuna karboksilli asit eklenerek
adlandırma yapılır.
Basit yapılı karboksilli asitlerin genel adları IUPAC tarafından da kabul görmüştür. Adlandırmada bu
genel adlar kullanılmaktadır.
Asitin yapısında iki tane
sonuna -dioik asit eki getirilir.
karboksil grubu varsa adının
Pek çok dikarboksilli asitin IUPAC tarafından da kabul görmüş genel adları vardır.
Karboksilli Asitlerin Genel Elde edilme Yolları
1.
Alkol ve aldehitlerin yükseltgenmesi
Karboksilli asitler primer alkollerin iki basamak yükseltgenmesiyle elde edilirler. Tepkimelerde
alkolden karboksilli asite veya aldehitten karboksili asite geçerken C-H bağı kırılarak C = O bağı oluşur.
Tepkimelerde yükseltgen olarak genellikle asidik ortamda KMnO4 veya K2Cr2O7, HNO3, CrO3 kullanılır.
Primer alkolü asite yükseltgemek için KMnO4 kullanılır. primer alkol sadece aldehite yükseltgenmek
isteniyorsa pridinyum klorokromat kullanılır.
Örnek:
2.
Alkenlerin yükseltgenmesi ile asit eldesi
Alkenlerde ikili bağın bulunduğu C atomlarına bağlı birer hidrojen bulunduğundan, ikili bağın koptuğu
yerden iki karboksilik asit oluşur. Tepkimede birinci aşamada KMnO4 kullanılırken, ikinci aşamada
H2SO4 kullanılır.
3.
Karbondioksit ve Grignard bileşiklerinden asit eldesi
Karbondioksit karbonuna Grignard bileşiğinin katılmasıyla karboksilat tuzları oluşur. Bu tuzların HCl ya
da HBr asitleri ile tepkimesi sonucunda karboksilli asitler oluşur.
Mekanizmada Grignard bileşiğindeki alkil grubu karbondioksitin karbonuna katılır. İkili bağdaki pi
bağı açılır. Bağın açılmasıyla oksijene grignard bileşiğindeki MgX grubu bağlanır ve bir ara ürün
oluşur. Oluşan ara ürün asitlenmesiyle oksijene bağlı MgX asitteki hidrojenle yer değiştirir.
Böylece karboksilli asit elde edilir. Grignard bileşiklerinden asit elde edilmesi pahalı bir yöntem
olduğu için ancak çok özel asitlerin elde edilmesinde kullanılır.
Örnek:
4. Alkil Benzenlerin yükseltgenmesiyle asit eldesi
Aromatik halkaya bağlı alkil grupları yükseltgenerek karboksilli asitleri oluşturur. Tepkime iki
basmakta gerçekleşir. Birinci basamakta bazik KMnO4 çözeltisi ile karboksilat iyonu oluşur. İkinci
basamakta ise karboksilat iyonu asitle etkileşir ve benzoik asit oluşur.
Karboksilli Asitlerin Fiziksel Özellikleri
Monokarboksilli asitlerin genel formülleri CnH2nO2 dir. Bu formüle uyan homolog bir sıra oluştururlar.
Karboksilli asitlerin özelliklerini belirleyen grup polar yapıdaki -COOH grubudur. Karboksil grubu
yapısını oluşturan karbonil grubundan daha polar bir yapıya sahiptir. Karboksilli asitler aynı karbon
sayılı aldehit, alkol gibi maddelere göre daha yüksek kaynama noktasına sahiptir. Karboksilli asitlerin
bu anlamda kaynama noktasının daha yüksek olmasının nedeni moleküller arasındaki hidrojen
bağlarının varlığıdır.
Moleküller arasında oluşan güçlü hidrojen bağları, karboksilli asitlerin kaynama noktasının, benzer
molekül kütlesine sahip hidrokarbon, aldehit, keton, eter ve alkollerden daha yüksek olmasını sağlar.
Hidrojen bağı oluşturabilmeleri nedeniyle suda daha çok çözünürler. Karboksilli asitlerde karbon
sayısı arttıkça sudaki çözünürlükleri azalır, kaynama noktaları yükselir. Monokarboksilli asitlerde
asitlik kuvveti, karbon sayısı arttıkça azalır. Fiziksel özelliklerdeki bu değişmeler karboksilli asitin zincir
uzunluğuna bağlıdır. Zincir uzunluğu arttıkça apolar karakterde artma olur. Bütün karboksilli asitler
organik çözücülerde çözünürler. Karboksilli asitler kokuludurlar. Formik asit ve asetik asit keskin ve
yakıcı bir kokuya sahiptir.
Karboksilli asitlerin asitliği yapıya bağlanan grupların elektronegatifliği ile artar ya da azalır. Örneğin
Kloroasetik asit ile asetik asitin asitlik kuvvetleri karşılaştırıldığında, kloroasetik asitin, asetik asitten
daha kuvvetli olduğu görülür. Bunun nedeni klor atomunun elektronegativite değerinin yüksek
olmasıdır.
Yapıdaki klor atomu sayısı çoğaldıkça, bağ elektronları klor tarafından daha çok çekileceği için asitlik
artar. Başka bir deyişle, moleküldeki elektronegativite değeri yüksek olan atomların sayısı artınca
asitlik kuvveti artar.
Karboksilli Asitlerin Kimyasal Tepkimeleri
Karboksilli asitler kuvvetli organik asitlerdir. Asit baz tepkimeleri çok hızlı gerçekleşen tepkimeler
olduğu için,kuvvetli baz özelliği gösteren bir nüklofil(OH-, NH3 ve aminler gibi) ile karboksilli asitlerin
tepkimesinde nükleofilik yer değiştirmeden önce asitten bir proton ayrılması gerçekleşir. Bunun
haricinde karboksilli asitler özel rektiflerin asit katalizörlüğünde kullanılmasıyla çeşitli açil türevlerine
dönüşebilirler.
Karboksilli asitlerin özelliklerini belirleyen -COOH grubudur. Karboksilli asitlerde fonksiyonel grup iki
tür tepkime verebilir.
a) Asitin -COOH grubundan -OH verici olarak davrandıkları(C-O bağının koptuğu tepkimeler)
tepkimelere esterleşme, anhidrit oluşumu ve asit klorürlerin oluşumu örnek verilebilir.
b) Asitin -COOH grubundan proton verici olarak gerçekleştirilen(O-H bağının koptuğu tepkimeler)
tepkimelere de asitlerin aktif metallere etkileri ve sabun oluşumu örnek verilebilir.
1.
C-O bağının koptuğu tepkimeler
a.
Esterleşme tepkimeleri
Karboksilli asitler alkoller ile asit katalizörlüğünde(HCl veya H2SO4) ısıtıldığı zaman asitteki -OH ile
alkoldeki RO- yer değiştirir. Tepkime esterleşme tepkimesi, oluşan ürünler ester ve sudur. Tepkime
bir denge tepkimesidir.
R - COOH +
R' - O -
H
R - COOR' + H2O
Tepkimenin mekanizması aşağıdaki gibidir.
1. Basamak: Karboksilli asit kuvvetli bir asitten hidrojen alarak protonlanır ve bir alkole yaklaşacak
şekilde aktifleşir.
2. Basamak: Alkol protonlanmış karbonil grubuna atak yaparak düzgün dörtyüzlü bir ara ürün
oluşturur.
3. Basamak: Oksijen atomu üzerindeki bir proton kaybedilir ve bir başka oksijen atomu tarafından
kazanılır. Bir su molekülünün kaybedilmesi protonlanmış esteri oluşturur. Proton bir baza aktarılır ve
ester oluşur.
Örnek:
b.
Asit anhidrit oluşumu
Asit anhidrit oluşumunda kullanılan yöntemlerden biri, iki karboksilli asit molekülünden bir mol su
molekülünün ayrılması ile asit anhidrit oluşmasıdır.
Asit molekülü
+
Asit molekülü →
Asit anhidrit + H2O
Anhidritlerin adlandırması yapılırken asitin alkil kökü alınır ve asit yerine anhidrit yazılır. Örneğin
etanoik asit ya da asetik asitten oluşan anhidrid, etanoik anhidrid ya da aset anhidrit olur.
c.
Açil klorür(asit klorür) oluşumu
Karboksilli asitler, PCl3, PCl5 ve SOCl2 ile tepkimeye girerse asitin -OH grubu yerine Cl atomu geçer ve
açil klorürler oluşur.
Açil klorürler çoğu nükleofil maddeyle hızlı tepkime verirler. Bu nedenle açil klorürler uygun açilleme
reaktifleridir. Örneğin suyla çok hızlı tepkime vererek hidroliz olurlar.
Asetil klorür + HOH
→
Asetik asit
Açil klorürler alkollerle de çok hızlı etkileşerek esterleri oluştururlar.
2.
O - H bağının koptuğu tepkimeler
+ HCl (duman)
a. Metallerle gerçekleşen tepkimeler
Karboksilli asitler Na, K, Mg, Ca, Zn gibi aktif metallerle indirgenme yükseltgenme tepkimesi verirler.
Tepkime sonunda tuz ve hidrojen gazı oluşur.
Karboksilli asitlerin sodyum ve potasyum tuzları suda çözünürler. Uzun zincirli karboksilli asitlerin
sodyum ve potasyum tuzları sabunların temel bileşenleridir.
Karboksilli asitlerin alkollerle etkileşmeleri sonucunda oluşan esterlerin bazı baz katalizli hidroliz
tepkimeleri yağ asitlerinin sodyum tuzlarını oluşturur. Oluşan bu maddelere sabun adı verilir. Olaya
da sabunlaşma adı verilir.
b.
Nötrleşme tepkimeleri
Karboksilli asitlerin nötrleşme tepkimelerinde karboksil grubundaki - H atomu ile bazdaki - OH grubu
birleşerek su oluşturur. Tepkime sonucunda genellikle bazik tuzlar oluşur.
R - COOH + NaOH →
CH3COOH + NaOH →
R - COONa + H2O
CH3COONa + H2O
Asetik asit
sodyum asetat
c. Tuzlarla tepkimeleri
Karboksilli asitler NaHCO3 ile tepkime vererek tuz, CO2 ve su oluştururlar.
R - COOH + NaHCO3 →
R - COONa + CO2 + H2O
CH3COOH + NaHCO3 →
CH3COONa + CO2 + H2O
Karboksilli Asit Türevleri
Su ile tepkimeye girdiklerinde karboksilli asit oluşturan bileşiklere karboksilli asit türevi bileşikler adı
verilir. Karboksilli asit türevi maddelerde genellikle karboksil grubunun hidroksilinin yerine başka bir
grup geçmiş durumdadır. karboksilli asit türevi maddeler, asit anhidritleri, açil halojenürler, esterler
ve amidlerdir.
Asit anhidritler
İki mol karboksilli asit molekülünden su çekildiğinde asit anhidritler oluşur. Anhidrit aynı zamanda
susus asit veya baz anlamında kullanılır. Anhidritler R gruplarının aynı ya da farklı olmasına göre
simetrik ve asimetrik anhidrid olarak ayrılır. R grupları aynı ise simetrik anhidrit, farklı ise asimetrik
anhidrid denir. Simetrik anhidritlerin adlandırması yapılırken asitin alkil kökü alınır ve asit yerine
anhidrit getirilir.
Anhidritlerin genel formülü
Örnek:
şeklindedir.
bileşiğinin adı propanoik anhidrittir.
Asit anhidritleri, karboksilli asitlerin sodyum tuzlarının açil klorürlerle tepkimeye girmesi sonucunda
da elde edilirler. Bu yöntemle hem simetrik hem de simetrik olmayan anhidritler elde edilirler.
Anhidritlerin özellikleri ve kullanım alanları
Asit anhidritler, karboksilli asitlerden daha etkin olup bir çok bileşiğin sentezinde kullanılırlar. Asit
anhidritler katılma ve ayrılma tepkimeleri de verirler. Asit anhidritler diğer karboksilli asit
türevlerinden daha kararlı bir yapıya sahiptir.
Asetik asit, salisilik asit ile tepkimeye girerek aspirini oluşturur.
Asit Klorürler
Karboksilli asit türevleri içerisinde en etkin olan grup açil halojenürlerdir. Ucuz olmaları nedeniyle en
çok kullanılan
sithalojenürler, asit klorürlerdir. Asit klorürler
adlandırılırken asit adının
sonundaki -ik asit eki çıkarılarak yerine -il klorür eki
getirilir.
Asit klorürlerin genel formülü
şeklindedir.
Asit klorürler organik maddelerin sentezinde başlangıç maddesi olarak kullanılır. Bu amaçla daha çok
asetil klorür ve benzoil klorür tercih edilir. Asit klorürlerin sentezinde PCl3, PCl5, SOCl2 gibi reaktifler
kullanılır. Bu maddeler karboksilli asitlerle tepkimeye girdiğinde asitteki -OH grubu ile Cl, nükleofilik
yer değiştirme tepkimesi vererek asit klorürleri oluşturur.
Asit klorürler etkin oldukları için pek çok tepkimeyi kolaylıkla gerçekleştirirler. aşağıda asit klorürlerin
verdiği kimyasal tepkimelerinden bazı şematik olarak gösterilmiştir.
Asit klorürlerin Grignard bileşikleriyle tepkimesiyle tersiyer alkol oluşumu ve LiAlH4 ile primer alkol
eldesi tepkimeleri, bunların esterlerden eldesinin daha uygun ve kolay olması nedeniyle tercih
edilmemektedir.
Asit klorürler genellikle uçucu sıvılardır, su ile kolay hidroliz olurlar. Hidroliz olabilmeleri için havanın
nemi bile yeterlidir. Asit klorürlerin bulundukları kabın kapağı açıldığında duman çıkması, asit
klorürün havanın nemiyle hidroliz olduğunu gösterir. Çok kötü kokulu, tahriş edici bileşiklerdir.
Buharlarının solunması, cilde ve göze teması sakıncalıdır.
Amidler
Amidler, karboksilli asit türevi olan maddeler içerisinde en az etkin olandır.
Amitlerin adlandırılması(R-CONH2)
Amitler adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -oik asit eki yerine -amit eki getirilir.
Amidler, azota bağlı R grupları sayısına göre, primer, sekonder ve tersiyer amid olarak
gruplandırılabilirler. Azot atomuna bir açil grubu ve iki hidrojen bağlıysa amide primer amid adı
verilir. Primer amiddeki -NH2 grubunun bir hidrojeni yerine -R grubu geçerse sekonder amid, iki
hidrojenin yerine iki R grubu geçerse tersiyer amid oluşur. Sekonder ve tersiyer amidlerde azot
atomuna bağlı bulunan alkil gruplarının yeri N- alkil şeklinde belirtilir. N ile belirtilen azot atomudur.
Amidler, asit klorürlerin amonyakla nükleofilik yer değiştirme tepkimesinden elde edilirler.
Amidlerde aminlerde olduğu gibi -NH2 grubu içerir. Bu durumda bu maddelerin aminler gibi bazik
özellikte olması beklenir. Ancak amidler aminlere göre oldukça zayıf bazlardır. Bu nedenle amidler
için nötr özellik gösterirler diyebiliriz. Amidler asitler ve bazlarla tepkime vermezler.
Amidler oldukça polar bileşiklerdir. Molekülleri arasında hidrojen bağları yaparlar(Primer ve sekonder
amidlerde moleküller arası H bağları var, tersiyer amidlerde yoktur). Bu nedenle amidlerin kaynama
noktaları yüksektir. Ancak azota bağlı olan grupların tammı R olursa kaynama ve erime noktaları
düşer. Amidler asit ve bazların sulu çözeltilerinde hidroliz olurlar.
Protein metabolizmasının en son ürünü üredir. Üre( karbonik asitten oluşan özel bir diamiddir.
Üre ve formaldehit, endüstride önemli polimerlerin oluşumunda çıkış maddesi olarak kullanılır.
Bu polimerler döküm malzemesi üretiminde, formika ve kontraplaklarda, yapıştırıcılarda,
strafor üretiminde ve tıpta ilaçların yapımında kullanılır. Üre aynı zamanda amonyaklı,
azotlu gübre yapımında kullanılır.
Esterler
Genel formülleri CnH2nO2 olan bileşiklerdir. Aynı sayıda C atomu içeren monokarboksilli asitlerle
izomerdirler. Esterler bazı meyve ve bitkilere kokularını veren ve havada çözünmüş olarak bulunan
kimyasal maddelerdir. Esterler hoş kokulu maddelerdir. Bu özelliklerinden dolayı parfüm yapımında
kullanılırlar.
Esterlerin adlandırılması(R-COO-R)
Esterler adlandırılırken, önce karboksil grubuna bağlı olan oksijene bağlanmış alkil grubunun adı
söylenir; sonra karboksilli asitin ismi söylenirken -ik(-oik) asit eki yerine -at(-oat) eki getirilir.
Bir mol karboksilli asitle bir mol alkol, asit katalizörlüğünde ısıtıldığı zaman ester ve su oluşur.
Yukarıdaki ester elde edilmesi tepkimeleri denge tepkimesidir. Ester verimini artırmak için dengeyi
ürünler tarafına kaydıracak etkiler uygulanmalıdır. Bu işlemlerden bir tanesi ortamdaki alkol veya asit
miktarını artırmak, diğeri de oluşan suyu ortamdan uzaklaştırmaktır.
Ester molekülleri arasında H-bağları olmadığından kaynama noktaları , aynı karbon sayısına sahip
alkol ve karboksilli asitlerinkinden düşüktür.
Ester molekülündeki oksijen, suyun hidrojeni ile hidrojen bağı oluşturabildiğinden esterler suda
çözünürler. Ester moleküllerinin zincir uzunluğu arttıkça hidrofob özelliği artar ve sudaki
çözünürlükleri de azalır. Metil etanoat bileşiği suda çok çözünürken, daha büyük bir molekül yapıya
sahip olan etil hekzanoatın aynı sıcaklıkta sudaki çözünürlüğü 0,063 g/100 g su'dur.
Kimyasal Özellikleri
Esterler asidik ve bazik ortamda hidroliz olabilirler. Esterler asitli ortamda hidroliz olursa kendilerin
oluşturan karboksilli asit ve alkolleri verir.
Esterler bazik ortamda hidroliz olurlarsa karboksilat iyonu ve alkolleri, amonyakla tepkimelerinde ise
amidleri oluştururlar. Esterlerin bazik ortamda hidrolizlenmelerine sabunlaşma adı verilir. Hidroliz
sonrasında karboksilat tuzunun asitlendirilmesi ile tuz, asit haline geçer.
Örnek:
Esterlerin bazı kimyasal tepkimeler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.
Yağ asitlerinin gliserinle oluşturduğu esterlere yağ denir. Yağlar, gliserinin triesterleri olduğundan
trigliseritler olarak da adlandırılır.
Sıvı veya katı yağların hidrolizinden yağ asitleri oluşur. Hidroliz olayında birinci basamakta NaOH,
ikinci basamakta asidik ortam gereklidir.
Yağ asitleri, yapılarında C = C ikili bağı bulunup bulunmamasına göre doymuş ve doymamış yağ asitleri
olarak sınıflandırılıabilir. Yapılarında ikili bağ bulundurmayan yağ asitlerine doymuş yağ asitleri,
yapılarında ikili bağ bulunduran yağ asitlerine doymamış yağ asitleri denir. Yağların özelliklerini
yapılarındaki yağ asitlerinin doymuş ve doymamışlığı belirler.
Doymuş Yağ asiti
Doymamış Yağ asiti
Aşağıdaki tabloda bazı yağ asitlerinin karbon sayıları, erime noktaları ve yapıları ile ilgili bilgi
verilmiştir.
Doymuş yağ asitlerinin karbon zincirindeki bağlarının sigma bağı olması, bağlı olan grupların sigma
bağları etrafında serbestçe dönmesini ve çok sayıda geçici molekül şekli elde edilmesini sağlar.
Doymuş yağ asitleri genellikle zikzak yapı oluşturur. Doymuş yağ asitlerinin oluşturduğu bu zikzak
yapı, moleküllerin birbirlerine yaklaşmalarına ve güçlü Van der Waals etkileşimlerine neden olur. Bu
nedenle doymuş yağlar oda koşullarında katıdır.
Doymamış yağlara sıvı yağlar da denir. Oda koşullarında sıvıdırlar. Doymamış yağlar katalizör
eşliğinde H2 gazı ile doyurulur. Doyurulan yağ katılaşır.
Doğal yağlar, yapılarında çeşitli yağ asitlerinin bulunduğu karışımlardır. Aşağıdaki tabloda bazı yağlar
ve özellikleri verilmiştir.
Sabunlar
Aşağıda sabunlaşmanın genel denklemi verilmiştir.
Sabunlaşma tepkimesinde sodyum hidroksit kullanılırsa katı sabun, potasyum hidroksit kullanılırsa
sıvı sabun elde edilir. Farklı yağlardan farklı amaçlar için kullanılan sabunlar elde edilir.
Aminler
Canlı metabolizması için en önemli maddelerden birisi amindir. Pek çok bileşiğin yapısında aminler
bulunur. Aminler amonyaktaki hidrojenlerin alkillerle yer değiştirmesiyle oluşan yapılardır. Aminler,
alkillenmiş amonyak olarak da tanımlanabilir.
Amonyakta hidrojen atomlarından birinin yerine -R geçerse primer amin, ikisinin yerine -R grupları
geçerse sekonder amin, üç hidrojen de -R grupları ile yer değiştirise tersiyer amin elde edilir.
Aminlerin Adlandırılması(R-NH2)
Burada basit yapılı aminlerin adlandırılması kısaca açıklanacaktır. Kompleks yapılı aminlerin
adlandırılmasına girilmeyecektir.
Primer aminler, alkil grubuna bağlı -NH2 grubu içerirler. Bir aminin primeramin olabilmesi için N
atomuna 2 hidrojen haricinde bir tane R grubu bağlanmalıdır. Amindeki H atomlarından birinin yerine
daha R grubu geçerse(N atomuna iki R grubu bağlanırsa sekonder amin, N atomuna 3 tane R grubu
bağlanırsa tersiyer amin oluşur.
Aminler, amino grubunun (-NH2) hidrokarbon üzerinde bir substitiuent olduğu düşünülerek
alkanamin olarak adlandırılabilir.
Bir bileşiğin yapısında iki amin grubu bulunuyorsa bileşik diamin olarak adlandırılır. Aşağıda bununla
ilgili iki bileşiğin adlandırması verilmiştir.
Aromatik aminler veya anilinler, benzenamin olarak adlandırılırlar. Sekonder ve tersiyer aminlerde,
azota bağlı en büyük alkil grubu alkanamin kökü olarak seçilir ve diğer gruplar N- harfi kullanılarak
başta yazılırlar ve ana yapı ile adlandırma tamamlanır.
Alternatif bir adlandırma yöntemi de fonksiyonel grup olan amin grubunu amino- olarak alarak, alkan
gövdesiyle birleştirmektir. Böylece bileşik adı aminoalkan olarak yazılır.
CH3 - NH2 (Aminometan)
CH3CH2 - NH2 (Aminoetan)
Aminlerin elde edilme Yolları
1.
Amidlerin indirgenmesiyle aminlerin eldesi
Bu yöntemde primer, sekonder ve tersiyer amidlerin LiAlH4 ile indirgenmesiyle primer, sekonder ve
tersiyer aminler elde edilir.
2.
Nitro bileşiklerinin indirgenmesi
Alifatik ve aromatik nitro bileşikleri katalitik hidrojenleme veya metal tozu ve asidin tepkimesi
sonunda açığa çıkan hidrojenle indirgenerek primer aminleri verirler. Katalitik hidrojenlemede
genellikle Ni veya Pt katalizörler kullanılır.
3.
Nitrillerin(R-C N) indirgenmesi
Nitrillerin(R-C N) LiAlH4 ile indirgenmesiyle primer aminler elde edilir.
Nitrillerin adlandırılması(R-C N)
Nitriller adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -oik asit eki yerine -onitril eki
getirilir.
4.
Alkil halojenürlerin amonyakla nükleofilik yer değiştirme tepkimesi
Amonyak veya aminler ortaklanmamış elektron çifti taşırlar. Aminlerin, alkil halojenürle verdiği yer
değiştirme tepkimesinde azot üzerindeki bu elektron çifti nükleofil gibi davranır. Oluşan tepkime
nükleofilik yer değiştirme tepkimesi olur. Alkil halojenürün amonyakla veya aminle tepkimesinden
amin tuzu oluşur. Amin tuzunun NaOH ile tepkimesi sonucu amin oluşur. Elde edilen primer amin
yeniden alkil halojenürle tepkimeye girerse sekonder aminler, sekonder aminlerden de tersiyer
aminler elde edilir. Tersiyer aminlerin alkil halojenürlerle tepkimesinden amonyum tuzu elde edilir.
Ardışık gerçekleşen bu tepkimelerde tek bir ürün oluşmaz. Primer, sekonder ve tersiyer aminlerle
birlikte tepkime ortamında amonyum tuzları da oluşur. Amonyak miktarı alkil halojenürlerden fazla
alınırsa primer amin yüzdesi, alkil halojenür fazla alınırsa tersiyer amin ve amonyum yüzdesi fazla
olur. Bu yöntemin aminlerin sentezinde uygulama alanı sınırlıdır. Bu nedenle primer ve sekonder
aminlerin eldesinde özel yöntemler kullanılır.
Aminlerin Özellikleri ve Yapıları
Amonyak ne aminlerin yapısında bağ yapımına katılmamış elektron çifti bulunur. Yapıda elektron
çiftini bulunduran azot, bu elektron çiftini elektron eksikliği olan atom, iyon ve moleküllere verebilir.
Elektron çiftini verdiği için bir Lewis bazıdır. Bu nedenle aminlerin Lewis yapılarından dolayı baz
özellik gösterdikleri söylenebilir. Aminler amonyaktan daha güçlü baz özellik gösterirler. Aminlerin
yapısında yer alan alkil gruplarının elektron salabilmeleri, bazlıklarının artmasına ve asit baz
tepkimelerinde azot atomunun elektron yoğunluğunun artmasına neden olur. Amino grubuna bağlı
alkil grubu sayısı arttıkça bazlık kuvveti de artar. Aşağıda metilamin, dimetilamin ve trimetilamin
bileşiklerinin buhar fazındaki bazlık güçlerinin büyüklük sırası verilmiştir. Bu sıraya göre, amindeki
metil grubu sayısı arttıkça aminin bazlık gücü artmaktadır.
(CH3)3N > (CH3)2NH > CH3NH2 > NH3
Amino azotu, bir nükleofil veya bir Lewis bazı gibi davranarak elektrofillerle tepkimeye girerek
amonyum tuzlarını oluşturur.
Alifatik aminlerle aromatik aminlerin bazlık kuvvetleri karşılaştırıldığında aromatik aminlerin bazlık
kuvvetinin daha az olduğu görülür. Örneğin, metanamin bileşiğinin bazlık kuvveti,
anilin(aminobenzen) bileşiğinin bazlık kuvvetinden fazladır. Bunun nedeni, aromatik aminlerdeki
azotun ortaklanmamış elektronlarının halkanın elektron çekme özelliğinden dolayı halkaya yöneliyor
olması ve azotun elektron yakalama özelliğinin azalıyor olmasıdır.
Aminler ligand özelliklerinden dolayı metal atomuyla bileşik oluştururken serbest elektron çiftiyle
metal atomuna bağlanır ve kompleks bileşikler oluşturur. Trimetilaminin bakırla oluşturduğu
kompleks bileşikte trimetilamin liganttır.
Aminler polar C - N ve N - H bağlarından dolayı katı ve sıvı fazlarda molekülleri arasında dipol-dipol
etkileşimi gösterirler. Primer ve sekonder aminler molekülleri arasında H-bağları da oluşur.
Primer ve sekonder aminlerin benzer molekül kütlesine sahip eterlerden daha yüksek kaynama
noktasına sahipken, daha kuvvetli H-bağları içeren alkollere göre kaynama noktaları daha düşüktür.
Tersiyer aminlerin, molekül kütlesi primer ve sekonder aminlerinkiyle benzer olanlarının kaynama
noktası, primer ve sekonderlere göre daha küçüktür; çünkü molekülleri arasında hidrojen bağları
yoktur.
Aminler boyutlarına bağlı olmaksızın organik çözücülerde çözünürler. 5 C ve daha az sayıda karbon
içeren aminler su ile hidrojen bağı oluşturabildiklerinden suda çözünebilirler. 5 C'dan fazla C
içerenlerde apolar bölüm büyük bir yer kapladığı için suda çözünmezler.
Amino Asitler ve Proteinler
Amino asitlerde iki fonksiyonel grup bulunur. Bunlar karboksil grubu ve amino grubudur.
Amino(-NH2) grubunun bazik, karboksil(-COOH) grubunun asidik olmasından dolayı amino asitler asit
ve bazlarla tuz oluştururlar. aşağıdaki tabloda nötr, asidik ve bazik özellik gösteren 20 doğal amino
asitin genel formülleri verilmiştir.
Amino asitler yapılarındaki gruplardan dolayı hem asit hem de bazik özellik gösterdiği içinu tuz amino
asitin nötral formudur. Başka bir deyişle amino asit aşağıdaki denklemde görülen soldaki yapı gibi
değil, sağdaki yapı gibi bir formdadır. Bu iç tuz yapısına Zwitter iyon yapısı(Melez yapı) adı verilir.
Amino asitlerin dipol momentlerinin, erime noktalarının yüksek oluşu, yukarıda verilen yapısal
özellikten kaynaklanmaktadır. Amino asitler kuvvetli bazlara proton vererek asit gibi, kuvvetli
asitlerden proton alarak baz gibi davranırlar.
Yukarıda görüldüğü gibi amino asit düşük pH değerinde artı yüklü, yüksek pH değerinde eksi yüklü ve
pH değerinin 7'ye yakın olduğu değerlerde nötr'dür. Amino asitlerin nötral, anyon ya da katyon
özelliği ortamın pH değerine bağlıdır. Bunun nedeni amino asitin hem asit hem bazik grup
bulundurmasından kaynaklanır. Sulu çözeltilerde amino asitin bu üç iyon formu dengededir. Bazı pH
değerlerinde nötr iyon derişiminin maksimum ve bu iyon derişiminin anyon ve katyon derişimine eşit
olduğu noktaya izoelektrik nokta adı verilir.
İzoelektrik nokta pI ile gösterilir. Bir amino asitin izoelektrik noktası katyon ve anyon hallerinin pKa
değerlerinin ortalamasıdır. Genel olarak -COOH grubunun pKa değeri 2 civarındayken, -NH2 grubunun
pKa değeri 9 civarındadır.
Aşağıdaki tabloda amino asitlerin pKa değerleri ve pI değerleri verilmiştir. Tablo incelendiğinde genel
olarak nötr iyon derişiminin maksimum olduğu noktada pI
değerinin 6 civarında olduğu görülür.
İzoelektrik noktalar, elektriksel alanda iyonların hareketi ile
ölçülebilir.
Proteinler
Amino asitlerin amid bağlarıyla biraraya gelmesiyle peptitler ve proteinler oluşur. İki amino asitin
peptit bağı oluşturarak biraraya gelmesiyle dipeptit molekülü, üç amino asitin biraraya gelmesiyle
tripeptit molekülü oluşur.
Çok sayıda amino asitin birleşmesiyle polipeptit zincirleri ve protein molekülleri oluşur. Amino
asitlerin birleşmeleri sırasında oluşan amid bağlarına peptit bağları denir. Aşağıda 4 amino asitin
birleşmesiyle oluşmuş bir tetrapeptit molekülü ve amino asitlerden polipeptit eldesi görülmektedir
Proteinler de amino asitler gibi amfoter maddelerdir. Hem asit hem baz gibi davranabilme
özelliklerinin yanında iç tuz oluşturma özellikleri de vardır. Proteinlerde de izoelektrik nokta vardır.
İzoelektrik noktada bulunan pozitif ve negatif gruplar denge halindedir. Denge halindeki bu gruplara
elektrik akımı uygulandığında amino asit molekülleri ne negatif ne de pozitif kutba hareket ederler.
Bu özellikleri nedeniyle proteindeki amino asitler elektroporesis denilen aletle birbirinden ayrılır.
Elektroporesizlerde proteinlerin miktarları da belirlenir.
Poliakrilamid üzerinde proteinlerin elektroporesizi. Mavi bantlar üzerindeki her kolon bir protein
karışımındaki her bir proteinin kendi bileşenlerine ayrılmış halini göstermektedir.
Yaygın Benzen Türevleri
Benzen benzeri halkalar içeren bileşikler sınıfına kimyacılar aromatik adını vermektedirler. En basit
aromatik bileşik olan benzenin molekül formülü C6H6'dır. Benzen halkası 6 karbonlu ve üç tane ikili
bağ içerir.
Benzen halkası çizildiğinde ikili bağların hangi karbonlar arasına yerleştirileceği sorunu ortaya çıkar.
İkili bağların 6 karbonlu halkaya yerleştirilmesiyle ilgili yukarıda görüldüğü gibi aralarında çift yönlü ok
bulunan iki eşdeğer yapı yazılır. Tek başına benzen halkasını tam ifade etmeyen bu yapılar benzenin
farklı iki rezonans yapısıdır. Deneyler, benzen halkasındaki tüm karbonların aynı yapıya sahip
olduklarını göstermektedir. Bu durumda benzeni üç tane ikili bağ ve üç tane tekli bağ ile tek bir
rezonans yapı ile göstermek yerine iki rezonans yapısını birlikte göstermek daha doğru olmaktadır.
Benzen halkasını yukarıda görülen üçüncü şekildeki yapısıyla tek bir şekilde kullanmak da
mümkündür. Ancak alışılageldiği gibi birinci ve ikinci şekildeki gibi kullanımlar daha yaygın olduğu için
bu kullanımlarda aslında rezonans yapının ikisinin de çizilmiş olduğu varsayılacaktır.
Birden fazla halka içeren aromatik bileşiklerden bazıları aşağıda verilmiştir.
Benzen halkasındaki ikili bağlar nedeniyle benzenin, alkenlerde olduğu gibi katılma tepkimesi
vereceği düşünülebilir. Benzen ve diğer aromatik bileşikler, alkenlere göre daha az aktiftirler ve
katılma tepkimesi vermeye yatkın değildir.
Bununla beraber, benzen tümüyle tepkime isteği olmayan bir madde değildir. Örneğin bromla, FeBr3
Lewis asitinin katalitik etkisiyle tepkimeye girer ama tepkime bir katılma tepkimesi şeklinde değil, yer
değiştirme tepkimesi olarak gerçekleşir.
Tepkimenin devam ettirilmesi durumunda ikinci brom atomu benzen halkasına üç farklı şekilde
bağlanabilir.
Benzen ve Türevlerinin Adlandırılması
6 karbonlu bir halkada karbonlar arasında üç tek bağ ve 3 çift bağ konjuge yapıda( çift bağlar, bir tek
bağ ile ayrılıyorsa) yerleşerek halkayı oluşturuyorsa oluşan hidrokarbona aren denir. Arenler
genellikle benzenden türetilirler. Arenler için genellikle kullanılan isim ise hoş kokularından dolayı,
aromatik hidrokarbonlardır.
Aromatik bileşiklerin adlandırmasında aşağıdaki basamaklar kullanılır.
Basamak 1 : Aromatik hidrokarbonlar benzen türevi olarak adlandırılırlar. Örneğin, etilbenzene
benzen halkasına bir etil
bağlanarak oluşturulmuştur.
Basamak 2 : Bütün benzen türevi maddelerde benzen adı kullanılmaz. Bu maddelerin bazılarının
kendi özel isimleri vardır.
Örneğin, metilbenzenin özel adı toluendir.
Aşağıda bazı benzen türevi aromatik hidrokarbonların özel adları verilmiştir.
Basamak 3 : Bir benzen halkasına iki grup dal yaparak bağlanmışsa, bu bağlantılar numaralarla
gösterilebilir veya bu durumda adlandırma için orto-, meta-,para- önekleri kullanılır. orto önekinin
kısaltması o-, meta önekinin kısaltması m-, para önekinin kısaltması p- şeklindedir. Orto-, benzen
halkasına dal yapmış grupların 1,2 bağlantı yaptığını, meta-, dalların 1,3 bağlandığını, para- ise dalların
1,4 olduğunu gösterir. Benzen halkasındaki C atomları numaralandırılırken rezonans yapıdan dolayı,
çift bağların yerleri gözönüne alınmaz. Numaralandırmada toplam sayının minimum olması
gerektiğini unutmayınız.
Örnek:
Benzen halkası kendisinden daha uzun zincirli,büyük bir molekülle birlikteyse bir fonksiyonel grup gibi
davranır. Bu durumda oluşan yapı fenil(C6H5-)'dir. Fenil
grubu, benzen halkasının bir ana zincire
dal olarak bağlandığında
oluşan yapının adıdır.
Örnek:
Benzen bu şekilde dal yaparak fonksiyonel grup gibi davrandığında adının fenil olarak okunması
gerekir. Bu durumda, okumada yapılan en büyük yanlışlık bu yapıya benzil adının verilmesidir.
Benzil(C6H5CH2-) grubu, halkaya bağlı CH3 grubundan bir H kopmasıyla oluşan yapıdır ve fenille
benzerliği yoktur.
Aromatik bir halkaya üç ya da daha fazla dallanmanın olduğu durumlarda orto-, meta-, para- önekleri
kullanılamaz. Bu durumda her grubun yerleştiği karbonun numarasının kullanılması gerekir. Çok
sayıda dallanma yapmış benzen halkası adlandırılırken aşağıdaki basamaklar takip edilir.
1.
2.
3.
4.
Ana zincir belirlenirken genel olarak kabul edilen adları kullanmak daha uygun olur.
Örnek:
Fenoller
Aromatik benzen halkasına-OH bağlanmasıyla oluşan bileşiğe fenol denir. Fenolün özel adı
hidroksibenzendir. Fenol, C6H5OH kapalı formülüne sahip beyaz kristal yapılı moleküler bir katıdır.
Bazı bitkilerin kokuları bitkinin bünyesindeki fenolden kaynaklanır.
Fenol yapısal olarak alkollere benzemekle birlikte alkollerden daha güçlü, karboksilli asitlerden daha
zayıf asittir. Bunun nedeni, aromatik halka üzerinde bulunan -OH grubunun hidrojeni gevşek tutması
ve oluşturacağı anyonun fenolden daha kararlı olmasıdır. Kısaca anyondaki negatif yük, rezonans
yardımıyla halkaya dağıldığı için fenoller asidik özellik gösterirler.
Karboksilli asit fonksiyonu gösterebilen fenollere hidroksi-benzoik asit adı verilir. Fenil eter
bileşiklerine alkoksibenzen bileşikleri adı verilir.
Aşağıda fenol içeren bazı bileşikler ve adları verilmiştir.
Fenol, halobenzenlerden klor benzenin hidrolizi ile elde edilir. Klor benzen yüksek sıcaklıkta NaOH ile
etkileştirilip daha sonra nötrleştirme işlemi gerçekleştirilirse fenol elde edilir.
Fenol zayıf asit olduğundan antiseptik etkileri vardır. Bu nedenle bazı ilaçların yapımında kullanılır.
Fenol, formaldehit, bakalit, aspirin yapımında da kullanılır. Fenoller gıda yağlarında bulunan alkenleri
parçalama özelliğine sahip maddelerle tepkimeye girerek antioksidan olarak gıdalarda kullanılırlar.
Fenoller çok sık karşılaşılan organik bileşiklerdir.
Anilin ve Anilinden Türeyen Polimerler
Benzen halkasında bulunan hidrojenlerden birinin veya birkaçının yerine amino(-NH2) grubunun
geçmesiyle aromatik amin bileşikleri oluşur.
Anilin
Anilin aromatik aminlerin ilk üyesidir. Anilin, benzen halkasındaki bir hidrojenin yerine amino
grubunun geçmesiyle oluşan bir bileşiktir.
Anilin, aminlerden daha zayıf bir bazdır. Asitlerle birleşerek tuz oluşturur. Anilin aminlerin gösterdiği
özelliklerin tamamının gösterir. Anilin endüstride nitrobenzenin demir tozuyla indirgenmesi
sonucunda yukarıdaki denklemde görüldüğü gibi elde edilir.
Anilin buharı zehirlidir. Teneffüs edilirse baş dönmesi yapar. Anilin boya sanayinde çıkış maddesi
olarak kullanılır. Organik bileşikler içerisinde çözünürlüğü çok olan anilin, suda az çözünür. Anilin,
sentetik boyaların, ilaçların, yapay kauçuğun, patlayıcı maddelerin ve reçinelerin yapımında kullanılır.
Aromatik bileşiklerin nitrolama ve sülfolama tepkimeleri
Aromatik bileşiklerde en çok gerçekleşen tepkimeler halkada bulunan hidrojenlerden birinin bir atom
veya grupla yer değiştirdiği elektrofilik yer değiştirme tepkimeleridir. Aşağıda bu tepkimelerden
bazıları toplu biçimde görülmektedir.
Benzenin nitrolanması tepkimesinde derişik nitrik asit kullanılır. Tepkimede nitrik asitle beraber
sülfürik asit kullanılırsa tepkime daha hızlı gerçekleşir.
Benzen nitrolandığında oluşan nitrobenzen, yeniden nitrolanırsa aşağıdaki gibi birbirinin izomeri olan
ürünler altlarınde balirtilen yüzdelerle elde edilirler.
Tepkime sonucundanki ürünlerin oluşma yüzdelerine bakılırsa nitro grubunun bir meta yönlendirici
olduğu görülür. Aynı şekilde toluen nitrolandığında,
tepkimesi gerçekleşir. Burada da metil grubunun orto ve para yönlendirici olduğu görülür.
Benzenin sülfolanma tepkimesinde derişik sülfürik asit veya dumanlı sülfürik asit kullanılır. Tepkimede
benzen nükleofil, kükürt tiroksit veya protonlanmış kükürt trioksit ise elektrofil gibi davranır.
Elektrofilin benzen halkasına bağlanmasıyla benzensülfonik asit oluşur.
Benzensülfonik asitin nitrolanması tepkimesinde, oluşan ürüne bakıldığında -SO3H grubunun meta
yönlendirici olduğu görülür.
sülfo bileşiklerinin yapısında yer alan -SO3H grubu suda çözünmeyi kolaylaştırırken, nitro bileşiklerinin
sudaki çözünürlüğü yok denecek kadar azdır.
Aromatik nitro ve sülfo bileşikleri boya ve deterjan endüstrilerinde bol miktarda kullanılmaktadır.
Aromatik nitro bileşikleri, genellikle renksiz veya sarı renkli billur yapısında bileşiklerdir. Bazı
mononitro bileşikleri sıvıdır. Nitro bileşikleri, solunum ve deri yoluyla vücuda girerek alyuvarları tahrip
ettiklerinden zehirlidirler. Aromatik nitro bileşikleri boyar madde, patlayıcı madde ve ilaç sanayinde
başlangıç maddesi olarak kullanılır.
Aromatik sülfo bileşikleri, renksiz kristal yapılı bileşiklerdir. Benzensülfonik asitin asitlik kuvveti,
derişik sülfürik asitinkine yakındır. Sülfo grubu yerine kolaylıkla başka gruplar geçebildiğinden
başlangıç maddesi olarak çok kullanılırlar.
Deterjanlarda -SO3Na hidrofilik kısımdır. Deterjanların çoğu yapılarında benzen halkası taşırlar.
Benzen halkası taşıyan deterjanlara alkilbenzen sülfonat deterjanları(sentetik deterjanlar) denir.
Alkilbenzen sülfonatlardan dodesilbenzen sülfonat(DBB) ve lineer alkilbenzen sülfonat(LAB) deterjan
yapımında kullanılır. Ancak DBB'nin doğadaki mikroorganizmalar tarafından parçalanamaması, yer altı
sularında birikmesi ve zehirli olması nedeniyle kullanımı yasaklanmıştır. Bunun yerine deterjan
yapımında mikroorganizmalar tarafından parçalanabilen LAB kullanılmaktadır.
Benzoik asit
Kuru erik, elma, sarımsak ve tarçın gibi gıdalarda doğal olarak bulunan bir bileşiktir.
Kristal halinde olan, erime noktası 122oC olan en basit aromatik asittir. Teknikte,
benzotriklorürün, demir tozunun katalitik etkisi altında, sulu kalsiyum hidroksit
çözeltisi ile hidrolizinden elde edilir.
Toluenin, KMnO4, CrO3, HNO3 veya Co-Mn asetat beraberliğinde, hava oksijeni ile yükseltgenmesi
sonucu elde edilir.
Benzonitrilin asidik veya alkali ortamda hidrolizi ile elde edilir.
Benzoik asit gıdalarda mikrobik bozulmayı önler. Meyve suyu, reçel, gazlı içecekler, ketçap ve turşu
yapımında kullanılır. Benzoik asitin sudaki çözünürlüğü çok az olduğu için konserve sanayinde suda iyi
çözünen sodyum benzoat kullanılır. Benzoik asit, sodyum benzoat ve sentetik plastiklerin elde
edilmesinde, tütün ilaçlamada ve pamuklu kumaşların boyanmasında kullanılır.
Ftalik asit
Teknikte, naftalinin vanadin(V) oksit katalizörü eşliğinde 380-500oC sıcaklıkta hava oksijeni ile
yükseltgenmesi sonucu elde edilir.
Tepkime sonunda 1,4-naftakinon ve ftalik asit üzerinden ftalik anhidriti elde edilir. Ftalik anhidrit,
suda çözünüp klorür asitle asitlendirilerek ftalik aside dönüştürülür. Ftalik asit ve anhidriti, boyar
madde ve plastik maddelerin elde edilmesinde başlangıç maddesi olarak kullanılır.
Ftalik asit, benzen dikarboksilli asittir. Ftalik asitinin m-ftalik asit ve p-ftalik asit olmak üzere
izomerleri vardır.
Tereftalik asidin, asit katalizli tepkimesi ve glikollerle esterleşmesinden poli(etilen tereftalat) elde
edilir. Bu tepkime karboksilik asit grubunda bulunan monomerlerle kondenzasyon polimerizasyonu
sonucunda oluşur.
Poli(etilen tereftalat) polimerinin erime noktası 270oC'dir. Lifin eritilip eğrilmesi ile dacron ve terilen
oluşur. Ayrıca tereftalat esterlerinden polyester şişeler, tekstil ipliği ve dokumalar yapılabilir. Ses ve
görüntü kasetlerinin çok ince şeritleri ve bilgisayar disketlerinin yapımında kullanılır. Aşınmaya karşı
dirençli olduklarından bu ürünler birçok kez kullanılabilir.

organik kimya konu anlatımı

Transkript

Benzer belgeler

ORTA ORGANİK TARİM İŞLETMELERİ A.Ş.

Bileşik Formülü Yazma Kimyasal Tepkimeler 1.Yanma Tepkimeleri 2

MKARP-1000 Kullanma Kılavuzu 1) Kullanım Talimatları – Ürün

MKARP 1000 Kullanma Kılavuzu . MKARP 1000 EN 60974-11

pioneercarbon-June7

ASİTLER VE BAZLAR

Gıdalarda C vitamini tayini - Erciyes Üniversitesi | Gıda Mühendisliği

genel kimya laboratuvar deneyleri ı