Transcript Bölüm 3
Bölüm 3 Organik Tepkimelere Giriş: Asit ve Bazlar Tepkimeler ve Mekanizmaları Tüm Organik Tepkimeler 4 Sınıfta İncelenir Yer değiştirme tepkimesi Katılma tepkimesi Ayrılma tepkimesi Bölüm 3 2 Çevrilme Kovalent Bağların Homolizi ve Heterolizi Homoliz Heteroliz Bölüm 3 3 Heteroliz Zıt Yüklü İyonların Ayrılmasını Gerektirir Yeni bağın oluşumu heteroliz için gerekli enrjinin bir kısmını sağlar Bölüm 3 4 Asit Baz Tepkimeleri Brønsted-Lowry Asit Baz Tanımı Asit: Proton verebilen bir madde Baz: Proton alabilen bir madede Örnekler Hidrojen klorür:hidrojen klorür protonunu suya aktarır su bir baz olarak davranır protonu alır Bölüm 3 5 Örnekler Hidrojen klorür ve sodyum hidroksit reaksiyonu Reaksiyon hidronyum ve hidroksit iyonları arasındadır Bölüm 3 6 Lewis Asit Baz Tanımı Lewis Asidi: Elektron çifti alıcıları Lewis Bazı: Elektron çifti vericileri Amonyağın elektron çifti verişini göstermek için eğri oklar kullanılır Bölüm 3 7 Zıt Yüklerin Çekimi BF3 ve NH3 Elektron Yoğunluğuna Dayanan Reaksiyon Gösterirler BF3, bor atomu üzerinde yoğunlaşmış pozitif yüke sahiptir Negatif yük, NH3’ün bağ yapmamış elektron çifti bölgesine yerleşir Bölüm 3 8 Bağların Karbona Heterolizi: Karbokatyonlar ve Karbanyonlar Karbon Atomu Üzerinde Bir Pozitif Yük Bulunan İyona, Karbokatyon Denir Karbon Atomu Üzerinde Bir Negatif Yük Bulunan İyona, Karbanyon Denir Bölüm 3 9 Karbanyonlarda, 8 Valens Elektronu ve Bir Eksi Yük Bulunur Organik Kimyada lewis Asitleri ve Bazları Elektrofiller: Tepkimelerinde kendilerine kararlı değerlik elektron kabuğu sağlayacak olan ilave elektron arayan reaktiflerdir Proton dahil bütün lewis asitleri elektrofildir Nükleofil:Proton veya birbaşka pozitif merkez arayan reaktiflere denir Karbanyonlar örnek verilebilir Bölüm 3 10 Tepkimelerin Gösterilmesinde Reaksiyoon Oklarının Kullanımı Eğri ok, kovalent bağdan yada ortaklaşılmamış elektron çiftinden başlar ve elektron eksikliği olan tarafa yönlendirir Eğri oklar, elektronlardan bu elektronları alan atomlara doğru yönlendirilirler Örnek: HCl ve su Bölüm 3 11 Asit ve Bazların Kuvvetleri Ka ve pKa O.1m asetikasit çözeltisinde 25 santigrat derecede asetikasit moleküllerinin sadece 1%’inin su moleküllerini protonlarına aktararak iyonlaşır Asetik asitin denge sabiti: Bölüm 3 12 Aslında seyreltik sulu çözeltiler için suyun derişimi sabittir ( 55.5 M). Bu yüzden denge sabiti ifadesini, asitlik sabiti adı verilen yeni bir ifadeyle yazabiliriz (Ka) Ka Asetik asitin asitlik sabiti: 1.76 X 10-5 Suda çözünmüş zayıf asitler için (HA) benzer ifadeler yazılabilir Daha güçlü asitler için Ka Bölüm 3 13 Asitlik ve pKa pKa asitlik sabitinin negatif logaritmasına eşitti Asetik asit için pKa 4.75 pKa değeri ne kadar büyükse, asit o kadar zayıftır Bölüm 3 14 Bölüm 3 15 Bazların Kuvvetlerinin Öngörülmesi Asit Ne Kadar Kuvvetli İse, Onun Konjuge Bazı, O Kadar Zayıftır Bir bazın kuvvetinin onun konjuge asidinin pKa ile ilişkilendirebiliriz Hidroksit en kuvvetli bazdır, çünkü onun konjuge asidi olan su, en zayıf asittir Bölüm 3 16 Metilamin Amonyaktan Daha Kuvvetli Bazdır Metilaminin konjuge asidi,amonyağın konjuge asidinden daha zayıf bir asittir Bölüm 3 17 Asit ve Baz Tepkimelerinin Sonucunu Öngörme Asit ve Baz Tepkimeleri Daima Daha Zayıf Asit ve Daha Zayıf Bazın Oluşumu Yönünde Gelişir Zayıf asit ve zayıf baz kuvvetli asit ve kuvvetli bazdan daha kararlıdır Örnekler Asetik asit ve sodyum hidroksit tepkimesi Bölüm 3 18 Suda Çözünen Sodyum Tuzları 5 karbondan az karbon içeren karboksilik asitler suda çözünür Asitilklerinden dolayı suda çözünmeyen karboksilik asitler, sulu sodyum hidroksitte çözünürler Suda çözünmeyen aminler, hidroklorik asitte asit-baz tepkimleri sonucu çözünebilen tuzlara dönüştüklerinden kolayca çözünürler Bölüm 3 19 Yapı ve Asitlik Arasındaki İlişki Bir asitin kuvveti,ondan bir protonun ayrılmasına ve bir baza aktarılabilmesine bağlıdır Periyodik cetvelin düşey sütunundaki elemetlerin bileşiklerini karşılaştırdığımızda, protonla yaptıkları bağın kuvetinin belirleyici olduğunu görürüz Bölüm 3 20 Periyodik çizelgenin, aynı yatay sırasındaki elementlerin asitlikleri, soldan sağa dogru gidildikçe artar Asitlikte , hidrojene bağlı atomun elektronegatifliği belirleyici faktördür Bölüm 3 21 Periyodik Çizelgenin Birinci Sırasında Soldan Sağa Doğru Olan Elemetler Arasında Artan Elektronegatifliğin Etkisi, Metan, Amonyak, Su ve Hidrojenflorür İçin Olan Bu Elektrostatik Potansiyel Haritalarında Açıkca Görülmektedir Bölüm 3 22 Melezleşmenin Etkisi Etinin Protonları Eteninkinden Daha Asidik, Eteninkilerde Etanınkilerden Daha Asidiktir Çünkü 2s oribitallerinin elektronları, 2p orbitallerinin elektronlarından daha düşük enerjilidir Melez orbitallerin daha fazla s karakterine sahip olması, anyon elektronlarının ortalama olarak daha düşük enerjili olacağı ve anyonun daha kararlı olacağı anlamına gelir Bölüm 3 23 İndüktif Etkiler Uzayda molekülün bağları boyunca çekilmesine denir Etil florürde bağın flora yakın olan ucu diğer ucundan daha pozitiftir Karbon-karbon bağının bu polarlanması flor atomunun doğal elektron çekme yeteneğinden kaynaklanır İndüktif etki, sübstitüentten olan mesafe arttıkça azalır Bölüm 3 24 Enerji Değişimleri Kinetik enerji, bir nesnenin hareketinden kaynaklanan enerjidir Potansiyel enerji, depolanmış enerjidir Nesneler arası itme ve çekme kuvveti olduğundan vardır Potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüştürülebilir Kararlılık ve bağıl kararlılık:Bir sistemin bağıl kararlılığı onun potansiyel enerjisiyle ters orantılıdır. Daha fazla potansiyel enerjiye sahip olan nesne az kararlıdır Bölüm 3 25 Potansiyel Enerji ve Kovalent Bağlar Kimyasal reaksiyonlarda ısı salıverilmesi, potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşmesinin sonucudur Entalpi değişimi DHo reaktantların ve ürünlerin bağıl entalpilerindeki farka entalpi değişimi denir Ekzotermik reaksiyonlar için DHo’ın işareti negatiftir Ürün atomları, reaktantlarda olduklarından daha düşük enerjiye sahiptir Endotermik reaksiyonlar için DHo’ın işareti pozitiftir Ürün atomları, reaktantlarda olduklarından daha yüksek enerjiye sahiptir Bölüm 3 26 Örnek: Hidrojen Atomları ve Hidrojen Molekülü Ekzotermik bir tepkimedir Kovalent bağ oluştuğunda atomların potansiyel enerjileri, 435 kJ mol eksilmiştir Bölüm 3 27 Denge Sabiti ve Standart Serbest Enerji Değişimi Arasındaki İlişki DGo Bir tepkimede DGo Standart Serbest Enerji Değişimidir Bu bir tepkimenin kapsamlı enerji değişimidir Doğrudan bir tepkimenin denge sabitiyle ilişkilidir R gaz sabitidir ve 8.314 J K-1 mol-1’e eşittir.T ise kelvin (K) olarak mutlak sıcaklıktır DGo negatif olursa, denge sabiti 1 den büyüktür DGo pozitif olursa, denge sabiti 1 den küçüktür DGo 0 olursa, denge sabitide 0’a eşittir Bölüm 3 28 Serbest enerji değişimi DGo ;entalpi değişimi (DHo) entropi değişimi (DSo )’den oluşur. DHo bağ değişimlerindeki enerjilerle ilgilidir DHo’ın negatifliği DGo’nin negatif olmasına katkıda bulunur Entropi değişimleri DSo, bir sistemin bağıl düzenindeki değişikliklere etki eder Sistem ne kadar büyükse entropiside okadar büyüktür Pozitif entropi değişimi DSo,düzenli sistemden az düzenli sisteme geçişe eşlik eder Negatif entropi değişimi DSo , ters sürece eşlik eder Bölüm 3 29 Karboksilik Asitlerin Asitliği Karboksilik Asitler ve Alkollerin Her İkiside Zayıf Asitlerdir Asetik asit ve etanol, aynı molekül kısımlarına sahip ve farklı asitliklerdeki iki bileşiktir Bölüm 3 30 Rezonans Etkilere Dayanan Açıklama Asetat, asetik asitten daha büyük rezonans kararlılığına sahiptir Çünkü, anyonun rezonans yapıları eşdeğer olduğundan ve yapıda zıt yükler olmadığından Ne etanol, nede onun anyonunun rezonans kararlılığı vardır Bir alkolün iyonlaşmasının pozitif serbest enerji değişimi rezonans kararlılığıyla azaltılmaz Bölüm 3 31 İndüktif Etkiye Dayanan Açıklama Karboksilik asitlerin asitliğinden sorumlu en önemli faktör, karboksilik asidin karbonil grubunun indüktif etkisidir Karbonil grubunun elektron çeken indüktif etkisi, asetik asitten oluşan asetat iyonunuda kararlı kılar ve bunedenle asetat iyonu etoksi iyonundan daha zayıf bazdır Bölüm 3 32 Diğer Grupların İndüktif Etkileri Kloro asetikasitin büyük asitliği, elektronegatif klor atomunun ilave elektron çeken indüktif etkisine bağlanabilir Kloro asetikasit protonu, asetik asitten daha pozitiftir Asidin konjuge bazını kararlı kılan her etken,asidin kuvvetini artırır Bölüm 3 33 Çözücünün Asitlik Üzerine Etkisi Gaz evredeki asitin değeri genellikle küçüktür Çözücüsüz ortamda ürün iyonlarını ayırmak çok zordur Gaz fazındaki asetikasitin pKa değeri, yaklaşık olarak 130 bulunmuştur Protik çözücü, oksijen ve azot gibi kuvvetlice elektronegatif bir elemente bağlı bir hidrojen atomuna sahip olandır Asetikasitin sudaki iyonlaşmasında su molekülleri hidrojen bağları oluşturarak hem ayrışmamış asetikasit moleküllerini hemde onun iyonunu sarar Ayrılma gaz fazında olduğunda daha kolay sağlanır Bölüm 3 34 Bazlar Olarak Organik Bileşikler Bir organik bileşik ortaklaşılmamış elektron çifti taşıyan atom içeriyorsa, o potansiyel bir bazdır Bölüm 3 35 Sadece bazlık kazandıran ortaklanmamış elektron çifti değildir.Alkenlerin P bağıda aynı görevi görebilir Bu tepkimede alkenin p bağının elektron çifti, alkenin bir karbonuyla kuvvetli asidin verdiği proton arasında bağ oluşturmak için kurulmuştur Bölüm 3 36 Bir Organik Tepkimenin Mekanizması Yer Değiştirme Reaksiyonu; Ter-Bütil Alkol Tüm bu basamaklar asit-baz tepkimesi içerir Birinci basamak, bronsted asit baz tepkimesidir İkinci basamak, lewis asit-baz tepkimesinin tersidir Üçüncü basamak, ürün oluşturmak için klorür iyonunun karbokatyonla tepkimeye girdiği bir lewis asit-baz tepkimesidir Bölüm 3 37 Bölüm 3 38 Bölüm 3 39 Susuz Çözeltilerde Asitler ve Bazlar Suya çok güçlü asit ve baz ilave edilince aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir Hidroksiten daha kuvvetli olan bazları, ancak sudan daha zayıf asit olan çözücülerde kullanabiliriz Etini sıvı amonyak içerisinde sodyum amit ile etkinleştirerek bir karbanyon olan konjuge bazına dönüştürebiliriz Bölüm 3 40 Alkilityumlar;alkanların konjuge bazı olan alkanür iyonları en kuvvetli bazlardır Alkiltyumlar, alkilbromürlerin lityum metali ile bir eter çözücü içindeki tepkimelerden hazırlanır Bölüm 3 41 Asit-Baz Tepkimeleri ve Döteryum ve Trityum Etiketli Bileşiklerin Sentezi Döteryum (2H) ve trityum (3H) hidrojen izotoplarıdır Tüm kimyasal amaçlarda bu döteryum ve trityum atomları hidrojen gibi davranır Kimyacılar, döteryum ve trityum ile yerdeğiştirilmiş olan bileşikleri, etiketleme ve özel hidrojen atomlarını tanıma yöntemi olarak kullanırlar Bölüm 3 42