Transcript Bölüm 2
Bölüm 2 Tipik Karbon Bileşikleri: Fonksiyonel Gruplar Moleküller Arası Kuvvetler Ve İnfrared (İR) Spektroskopisi Karbon-Karbon Kovalent Bağları Karbon atomunun hidrojen,oksijen,kükürt,azot atomlarıyla kuvvetli bağlar oluşturur Buda canlı organizmalar için gerekli çok sayıda farklı molekülün oluşmasını sağlar Bu bölümde, organik bileşiklerin moleküllerinde bulunan bazı atom gruplarına göre, nasıl sınıflandırıldıklarını göreceğiz Organik kimyacılar, bu atom gruplarına fonksiyonel gruplar derler Bir bileşiğin moleküllerinde,fonksiyonel grupların bulunup bulunmadığını, ifrared spektroskopisi denen aletle inceleyeceğiz Bölüm 2 2 Hidrokarbonlar:Başlıca,Alkanlar,Alkenler,Alkinler ve Aromatik Bileşikler Hidrokarbonlar,molekülleri sadece karbon ve hidrojen içeren yapılardır Hidrokarbonların grupları: Alkanlar,yapılarında karbon-karbon tekli bağları vardır Alkenler,yapılarında karbon-karbon ikili bağları bulunan yapılardır Alkinler, yapılarında karbon-karbon üçlü bağı bulunan yapılardır Aromatik hidrokarbonlar,yapılarında özel bir halka içeren hidrokarbonlara denir Doymuş bileşikler: Alkanlar gibi tekli bağ içeren bileşiklerin,en fazla sayıda hidrojen içermesine denir Doymamış bileşikler:Alkenler gibi çoklu bağlı bileşiklerin yeterli olandan, az sayıda hidrojen içermesine denir Bölüm 2 3 Alkanlar Alkanların temel kaynağı, petrol ve doğalgazdır Küçük moleküllü alkanlar gaz halindedir Metan Birçok gezegenin atmosferinin bir bileşenidir Doğal gazın başlıca bileşenidir Bazı organizmalar, karbondioksit ve hidrojenden metan üretirler Bölüm 2 4 Alkenler Eten ve propen üretilen önemli endüstri kimyasalları arasındadır Eten doğada bitki hormonu olarakta bulunur Propeninin endüstri için ayrı bir önemi vardır Molekül formülü C3H6 Aseton ve kümen sentezinde propen başlangıç maddesi olarak kullanılır Birçok alken doğal olarak meydana gelir Bölüm 2 5 Alkinler Etin, yüksek sıcaklıklarda yandığı için kaynak alevlerinde kullanılır Birçok alkin biyosentez kökenlidir Mantarlara karşı etkili olan kapilin ve pentobarbital metabolizmasının inhibitörü olan, bir doğal deniz ürünü daktilindir Etinil estradiol, ağızdan alınan gebelik önleyicilerde estrojen benzeri özellikleri nedeniyle kullanılan sentetik bir alkindir Bölüm 2 6 Benzen: Aromatik Hidrokabonların Temsilcisi Benzen, aromatik bileşiklere en iyi örnektir Benzen, ilk defa August Kekule tarafından önerildiği için, kekule yapısı denilen birli ve ikili bağların birbirini izlediği altılı bir halka şeklinde gösterilir Benzende, birli ve ikili bağlar birbirini izliyorsa, halkanın karbonkarbon bağlarının uzunlukları’da karbon-karbon birli ve ikili bağlarında olduğu gibi, sırasıyla uzun ve kısa olmalıdır Gerçekte benzende, karbon-karbon bağları aynı uzunluktadır(1.38 Å) Bu değer, karbon-karbon birli bağıyla karbon-karbon ikili bağı arasında bir değerdedir Rezonans kuramını kullandığımızda, benzeni eşdeğer iki kekule yapısı halinde düşünebiliriz Bu melezi, ortasında bir halka bulunan altıgenle gösteririz Bölüm 2 7 Molekül Orbital Kuramından Yola Çıkarak, Herbir Karbon Atomu Bir Lobu Halka Düzleminin Üzerinde Diğeride Altında Bulunan Bir p orbitaline Sahiptir Her karbon atomu, bir p orbitaline sahiptir Benzen halkasındaki karbon atomları, sp2 melezleşmesi yapar Herbir p orbitalinin, halkanın üstünde ve altındaki lobu, her iki yandaki atomların, p orbitallerinin loblarıyla örtüşür P orbitallerindeki 6 elektron, halkadaki 6 karbon atomuna dağılmıştır Bölüm 2 8 Polar Kovalent Bağlar Farklı elektronegatifliğe sahip olan atomlar,kovalent bağ oluşturduğunda,elektronlar bu atomlar arasında eşit olarak paylaşılmaz Elektronegatifliği büyük olan atom,elektron çiftini kendine doğru çeker böylece polar kovalent bağ oluşur Elektronegatifliği büyük olan atom, bağ elektronlarını kendine çeker.Bunun sonucunda, diğer atomu elektronca fakirleştirir ve bunun sonucunda kısmi pozitif yükü (d+) olur,diğer atom elektronca zengin olur, kısmi negatif yüklü (d-) yük taşır Kısmi pozitif ve kısmi negatif yükü olan molekül dipoldür ve dipol momenti vardır Bölüm 2 9 Örnekler: HCl Molekülü Büyük elektronegatifliğe sahip, klor atomu, bağ elektronlarını kendine çeker Bunun sonucunda, klor atomu elektronca zengin,hidrojen atomu fakirleşir Dipol Moment Deneysel Yolla Ölçülebilen Fiziksel bir Özelliktir Dipol moment, elektrostatik birim(esu) cinsinden yük büyüklüğü ile bu yükler arasında santimetre(cm) cinsinden uzaklığın çarpımına eşittir Genel ölçü birimi 1 x 10-18 esu cm eşit olan debyedir(D) Bölüm 2 10 a. Hidrojen klorür için bir çubuk ve top modeli b. Hidrojen klorür için daha fazla negatif yüklü bölgeler kırmızıyla ve daha fazla pozitif yükle yüklü bölgeler, maviyle gösteren hesaplanmış bir elektrostatik potansiyel haritası Negatif yük, belirgin olarak, klora yakın yerleşmiştir ve molekülde kuvvetli bir dipol moment oluşmuştur Bölüm 2 11 Polar ve Polar Olmayan Moleküller İki atomu farklı(farklı elektronegatifliklere sahip) olan bütün diatomik moleküllerin, bir dipol momenti vardır İkiden fazla atomdan oluşan bazı moleküllerin, polar bağları olduğu halde, dipol momentlerinin olmadığını görürüz Pozitif yükün merkeziyle, negatif yükün merkezi çakışırsa, bunun sonucunda molekülün net bir dipol momenti olmaz Bölüm 2 12 Örnekler Bağ momentleri düzgün dörtyüzlü olarak düzenlenmiş,eşit büyüklükte ve vektörel olduklarından birbirlerinin etkilerini yok ederler.Molekülün net dipol momenti yoktur Klorometanın dipol momenti, polar karbon-klor bağından kaynaklanır Su ve amonyağın dipol momentlerine ortaklaşmamış elektron çiftleri büyük katkı sağlar Bölüm 2 13 Alkenlerde Dipol Momentler Alkenlerin, cis-trans izomerlerinin, farklı fiziksel özellikleri vardır Cis-trans izomerleri, dipol momentlerinin büyüklüğü bakımından farklılık gösterir Bölüm 2 14 Fonksiyonel Gruplar Belirli bir sınıftaki bileşiklerin molekülleri, belirli bir düzendeki atomlardan oluşan ve fonksiyonel grup denen grupların bulunmasıyla tanınır Fonksiyonel grup, molekülün kimyasal tepkimelerinin çoğunun gerçekleştiği kısmıdır Bu kısım bileşiklerin kimyasal özelliklerini(çoğu fiziksel özellikleride) belirler Alkanların fonksiyonel grubu yoktur Bir alkinin fonksiyonel grubu, karbon-karbon üçlü bağıdır Bölüm 2 15 Alkil Grupları ve R Sembolü Alkil gruplarını, bir alkandan hidrojen çıkararak elde ederiz Uç karbonlardan birinin çıkarılmasıyla, propil grubu elde edilir Bölüm 2 16 Alkil grupları R sembolüyle gösterilir Bir alkanın genel formülü R-H Bölüm 2 17 Benzen halkası bir molekülde diğer atomlara bağlanmışsa fenil grubu adını alır Bir fenil grubu ve –CH2- den oluşan gruba benzil grubu denir Bölüm 2 18 Alkil Halojenürler ve Haloalkanlar Alkil halojenür; bir alkanın bir hidrojen atomunun bir halojen atomuyla(F, Cl, Br, I) yer değiştirdiği bileşiktir Sınıflandırma, halojenin doğrudan bağlı olduğu karbon atomuna göre yapılır Eğer halojenin bağlı olduğu karbon atomu, yalnızca başka bir karbon atomuna bağlıysa, karbon atomu (1o)birinci karbon atomudur.Alkil halojenür, birincil alkil halojenürdür Eğer halojenin bağlı olduğu karbon atomu, başka iki karbon atomuna bağlıysa, (2o) ikincil alkil halojenürdür Eğer halojenin bağlı olduğu karbon atomu, başka üç karbon atomuna bağlıysa, (3o) üçüncül alkil halojenür denir Bölüm 2 19 Alkoller Bu grubun kendine özgü fonksiyonel grubul (OH)’dır Yapısal olarak alkoller, 2 şekilde düşünülebilir. a.alkanların hidroksi türevleri b.suyun alkil türevleri Bölüm 2 20 Alkoller birincil, ikincil, üçüncül olmak üzere sınıflandırılırlar Bölüm 2 21 Eterler Eterler, formülü R-O-R yada R-O-R’ genel formülündeki bileşiklerdir.Buradaki R alkil grubudur. R’den farklı olabilir Eterler, 2 hidrojenin alkil gruplarıyla yerdeğiştirdiği, su türevleri olarak düşünülebilir Bölüm 2 22 Aminler Aminler, amonyağın organik türevi olarak düşünülebilir Aminler birincil, ikincil ve üçüncül aminler olmak üzere sınıflandırılırlar Bu sınıflandırma, azot atomuna bağlı alkil gruplarının sayısına göre yapılır Bölüm 2 23 Aldehitler ve Ketonlar Karbonil grubu içeren bileşiklerdir Aldehitlerde, karbonil grubu, en az bir hidrojen atomuna Ketonlarda ise, 2 karbon atomuna bağlanmıştır Karbon atomu, sp2 melezleşmiştir Karbonil karbonu etrafındaki gruplar, üçgen düzlemsel yapıdadır Bölüm 2 24 Karboksilik Asitler, Amitler ve Esterler Karboksilik asit Fonsiyonel grubuna, karboksilik grup(karbonil+hidroksil) denir Bölüm 2 25 Karboksilik Asitler, Amitler ve Esterler Karboksilik asit Fonsiyonel grubuna, karboksilik grup(karbonil+hidroksil) denir Esterler Bir asit ve bir alkolden, bir molekül suyun, ayrılmasıyla elde edilir Bölüm 2 26 Amitler Nitriller R-CN genel formülündeki bileşiklerdir Nitrilin karbon ve azotu sp melezleşmiştir Bölüm 2 27 Organik Bileşiklerin Önemli Sınıfları Bölüm 2 28 Özet Bölüm 2 29 Fiziksel Özellikler ve Moleküler Yapı Fazlar arası geçişlerin olduğu sıcaklıklar, yani erime ve kaynama noktaları, en kolay ölçülen fiziksel özelliklerdir Erime noktaları ve kaynama noktaları, organik bileşiklerin saflaştırılmasında ve belirlenmesinde yararlanılır Faz değişimlerinin olduğu sıcaklıklar, moleküller arası kuvvetlerin gücünün bir belirtecidir Bir sonraki slaytta tipik bileşiklerin, fiziksel özellikleri gösterilmektedir Bölüm 2 30 Bölüm 2 31 İyon-İyon Kuvvetleri İyonları birarada tutan kuvvetler, pozitif veya negatif iyonlar arasındaki, güçlü elektrostatik örgü kuvvetleridir Örnek sodyum asetat Herbiri sodyum iyonu, negatif yüklü asetat iyonları tarafından çevrilmiştir Bölüm 2 32 Dipol-Dipol Kuvvetleri Organik moleküller tam iyonik değildir, fakat bağ elektronlarının düzenli dağılmasından kaynaklanan, kalıcı dipol momentlere sahiptir Sıvı yada katı halde dipol-dipol çekimleri; bir molekülün pozitif ucunun diğerinin negatif ucuna gelecek şekilde yönlenmesini sağlar Örnek: Aseton Bölüm 2 33 Hidrojen Bağları Hidrojen bağı sonucunda, güçlü dpol-dipol çekimleri oluşur Kuvvetli ve küçük elektronegatif atomlara (O, N or F) bağlı hidrojen atomlarıyla, bu tür elektronegatif atomların bağ yapmayan elektron çiftleri arasında, kuvvetli dipol-dipol çekimleri oluşur. Moleküller arası bu kuvvetlerin türüne, hidrojen bağı denir Bölüm 2 34 Örnekler İki molekülün aynı molekül kütlelerine sahip olmalarına rağmen, Etanolün (CH3CH2OH) kaynama noktası +78.5oC; metil eterin (CH3OCH3) kaynama noktasının -24.9oC olmasının nedeni, hidrojen bağıdır Oksijen atomuna kuvvetli kovalent bağ ile bağlı hidrojen atomu bulunan etil alkol molekülleri, biribiryle kuvvetli hidrojen bağları oluştururlar Organik bileşiklerinin bir çoğunun erime noktasına etki eden bir etkende, herbir molkülün sıkı istiflenmiş olması ve esnekliğinini azlığıdır Bölüm 2 35 Vander Waals Kuvvetleri (London Kuvvetleri) Polar olmayan molekülde, ortalama yük dağılımı, belli zaman aralığında düzgündür Herhangi bir anda ise; elektronların hareketi nedeniyle, elektronlar ve yük düzgün olarak dağılmayabilir Bunun sonucunda geçici küçük dipoller oluşur Bu geçici dipoller sürekli değişir ve polar olmayan moleküller arasında çekim kuvvetleri oluşur, bunların katı ve sıvı halde bulunmalarını sağlar Bölüm 2 36 =)Wander walls kuvvetlerinin büyüklügünü belirleyen bir önemli etken atomlardaki elektronların bağıl polarlanabilme yetenekleridir Polarlanabilme;elektronların değişen elektrik alanına karşılık verebilme becerisidir Bağıl polarlanabilme, elekronların gevşek yada sıkı tutulmalarına bağlıdır Ortaklanmamış elektron çifti olan atomlar, sadece bağlayıcı çiftlere olanlara kıyasla, genellikle daha fazla polarize olabilirler Ağır moleküller, sıvının yüzeyinden ayrılmaya yetecek hıza ulaşmak için, büyük ısı enrjisine ihtiyaç duyar Ağır moleküllerin, wanderr walls çekimleri daha büyüktür Bu nedenle polar olmayan etan (C2H6) -88.2oC metana (CH4) -162oC kıyasla 1 atm basınçta daha yüksek sıcaklıkta kaynar Bölüm 2 37 Çözünürlük Çözünürlüklerin açıklanmasında, moleküller arası kuvvetler büyük önem taşır Çözünmede moleküller arası ve iyonlar arası enerjiyi yenmek için gerekli enerjiyi, çözünen ve çözücü arasındaki çekim kuvvetleriyle sağlanır Bölüm 2 38 Çözünürlükleri öngörmek için bir kural, benzer benzeri çözerdir Polar ve iyonik bileşikler,polar çözücülerde çözünmeye elverişlidir Metanol, su ile her oranda karışabilir ve aralarında kuvvetli hidrojen bağları oluştururlar Eğer alkolün karbon zinciri uzunsa, su içerisinde az çözünür Desil alkolün uzun karbon zinciri hidrofobiktir; molekülün daha küçük bir kısmı olan olah OH, hidrofiliktir Bölüm 2 39 Bir hidrofilik grup içeren bileşikler için; Bir ile 3 karbon atomlu gruplar çözünür,4 ve 5 karbonlu atomlar sınırdadır, 6 yada daha fazla karonlular suda çözünmez Organik kimyacılar 100 gram suda 3 gram organik bileşik çözündüğünde, bileşiği suda çözünür olarak tanımlarlar Çekici Elektrik Kuvvetleri Bölüm 2 40 İnfrared Spektroskopisi: Fonksiyonel Grupların Belirlenmesi İçin Bir Aletli Yöntem Bütün spektroskopilerde olduğu gibi, (IR) spektroskopiside , ,moleküllerin yada atomların elektromanyetik ışınla etkileşimine dayanır İnfrared ışınları, organik bileşiklerinin atomlarının yada atom gruplarının bunları bağlayan kovalent bağlar etrafında artan genlikle titreşimlerine neden olur İnfrared spektrometresi, bir IR ışın demetini örnek içinden geçirerek ve örnekten çıkan ışını, bir karşılaştırma ışınıyla karşılaştırır İnfrared enerjisinin organik molekül tarafından soğrulması, molekülün belirgin fonksiyonel grubunda bulunan bağlatın tipine ve atomlara özgü bir şekilde gerçekleşir. Bölüm 2 41 İnfrared Spektrometre =)Bir IR soğurma bandının yeri; Santimetrenini tersi olarak ölçülen frekansla ilgili birim cinsi olan dalga sayısıyla Yada mikrometre olarak belirtilen dalga boyuyla belirtilir Dalga sayısı, ışın demetinin her santimetresinde dalganın titreşim saysıdır ve dalga boyu bu titreşimlerinin 2 tepesi arası uzaklıktır Bölüm 2 42 Moleküller değişik şekilde titreşir.Kovalent bağ ile bağlı atomlar yayla bağlı gibi ileri geri titreşim hareketi yaparlar Tekli Bağların titreşim frekans aralıkları Bölüm 2 43 Bölüm 2 44 İkili ve üçlü bağların titreşim frekansları Üçlü bağların, ikili bağlardan daha yüksek frekansta titreşim yaptığına dikkat ediniz Basit bileşiklerin spektrumlarında bile, bir çok soğurma piki bulunur IR enerjisinin soğurulmasıyla titreşim olması için, titreşim olduğunda molekülün dipol momentinde değişiklik olması gerekir Bu nendenle metanın dört hidrojeni simetrik olarak titreştiğinde, metan IR enerjisi soğurmaz IR de pikler üst üste çakışabilir ve birbirine yakın olabilir Bölüm 2 45 Bölüm 2 46 IR Spektrumlarının Yorumlanması IR spektrumları, bileşiklerin yapıları hakkında fazla bilgi içerir Hidrokarbonlar Bütün hidrokarbonlar 2800-3300 cm-1 aralığında soğurma piki verirler Pikin tam yeri, C-H bağının kuvvetine ve bağın bu özelliği de hidrojenin bağlı olduğu karbonun, melezleşme haline bağlıdır sp melezleşmiş karbon atomlarının karbon-hidrojen gerilme pikleri 3300 cm-1 dir sp2 melezleşmiş karbon atomlarının karbon-hidrojen gerilme pikleri 3000-3100 cm-1 dir sp3 melezleşmiş karbon atomlarının karbon-hidrojen gerilme pikleri 2800-3000 cm-1 dir C-C bağlarının verdiği piklerin yerleri C-C çiftli bağları, 1620-1680 cm-1 soğurma bölgesinde pikler verir C-C üçlü bağları, 2100-2260 cm-1 soğurma bölgesinde Bölüm 2 47 pikler verir Örnek: Oktan Bölüm 2 48 Örnek: Heksin Bölüm 2 49 Alkenler Alkenlerin karbon-hidrojen eğilme titreşimlerinin yol açtığı soğurmalar, 600-1000 cm-1 bölgesinde görülür Bölüm 2 50 Örnekler: Hekzen Bölüm 2 51 Aromatik Hidrokarbonlar Benzen halkasının C-C bağlarının gerilmeleri genellikle, 1450-1600 cm -1 bölgesinde belirgin keskin pik grupları verir Örnekler: Metil benzen Bölüm 2 52 Diğer Fonksiyonel Gruplar Karbonil Fonksiyonel Grubu Bütün bu karbon-oksijen ikili bağ gerilme frekansı 1630-1780 cm-1 arasında kuvvetli pik verir Bölüm 2 53 Alkol ve Fenoller Alkoller ve fenoller O-H hidroksil grupları gerilme soğurmaları nedeniyle IR spektrumunda kolayca tanınır IO-H soğurması, 3590-3650 cm-1 bölgesinde kesskin pik verir Alkol ve fenolün derişimleri arttırılırsa, 3200-3550 cm-1 arasında pik verir Bölüm 2 54 Karboksilik Asit Karboksilik asitler, 1710-1780 cm-1 bölgesinde pik verirler Örnek : Propiyonik Asit Bölüm 2 55 Aminler 1o ve 2o aminler, 3300-3500 cm-1 bölgesinde keskin pik verirler 1o aminler 2 keskin pik 2o aminler ise sadece 1 pik verir Üçüncül aminler N-H bağı olmadığından bu bölgede soğurmaları yoktur Bölüm 2 56