Transcript Bölüm 1
Bölüm 1
Karbon Bileşikleri ve Kimyasal Bağlar
Giriş
Organik Kimya
Organik kimya karbon bileşikleri kimyasıdır
İnsan vücudunun büyük bir kısmı organik bileşiklerden oluşur
Organik kimya ilaç üretimindede önemli rol oynamaktadır
Bölüm 1
2
Yapısal teori
İki Temel Başlıktan Oluşur
Organik bileşiklerdeki elementlerin atomları belirli sayıda bağlar
oluşturabilir.Bu bağ oluşturabilme ölçüsüne değerlik denir
Bir karbon atomu değerliklerinden birini yada daha fazlasını diğer
karbon atomlarıyla bağ yapmakta kullanabilir
Bölüm 1
3
İzomerler
Aynı molekül formülüne sahip farklı bileşiklerdir
İzomerlerin birçok çeşitleri vardır
Örnek
Moleküler formülü C2H6O olan iki bileşik farklı özelliklere sahip
olduklarindan birbirinden belirgin bir şekilde farklı olan
bileşiklerdir
Bu bileşikler bu nedenle bir diğerinin izomeri olarak
sınıflandırılır
İki izomerin erime ve kaynama noktalari farklıdır
Bölüm 1
4
Yapı İzomerleri
Yapı İzomeri Bir İzomer Tipidir
Farklılıklari, aynı molekül formülüne sahip olup,
bağlanabilirliklerinin farkından kaynaklanir
Genellikle fiziksel özellik(erime noktasi kaynama noktasi
yoğunluk) ve kimyasal özellikleri farklılık gösterir
Bölüm 1
5
Moleküllerin 3 boyutlu yapısı
Atomlarin uzayda nasıl düzenlendigini bilme gereği onlarin
biribirine bağlanma sıralanmasi bilgisiyle birlikte organik kimyayı
anlamanın temelini oluşturur
Wan’t Hoff ve Le Bel 1874 yılında yapısal formülleri 3 boyutlu hale
getirmiştir.Örneğin metandaki karbon atomunun 4 bağının düzgün
bir dörtyüzlünün köşelerine yönelecek şekilde olacağını ve karbon
atomunun merkezde olacağını öne sürmüştür
Bölüm 1
6
Kimyasal Bağlar: Oktet Kuralı
Oktet Kuralı
Atomlar bir asal gazın elektron konfigürasyonunu
oluşturmak için bağlar oluştururlar (çünkü asal
gazların elektronik konfigurasyonlari değişmezlik
özelliğine sahiptir)
Soygazlarin elektron dizilişine sahip olmayan
atomlar buna ulaşmak için elektron verirler
Atomlar oktete ulaşmak için kovalent bağ
oluştururlar
Bölüm 1
7
Elektronegatiflik
Bir atomun elektronlari çekebilme becerisinin ölçüsüdür
Periyodik tabloda yatay sıralarda soldan sağa gidildikçe,
dikey kolonlarda aşağıdan yukari çıkıldıkça elektronegatiflik
artar
Flor en fazla elektro negatifliğe sahip elementtir buda
yük yoğunluğundan kaynaklanir
Bölüm 1
8
İyonik Bağlar
Atomlar elektron kazanarak yada kaybederek iyon adı verilen
parçacıklar oluştururlar
» Bir iyonik bağ, zıt yüklü iyonlar arasındaki çekim gücüdür
» Böyle iyonların bir kaynağı oldukça farklı elektro negatifliklere
sahip atomlar arasındaki tepkimedir
Örnek
Lityum elektronegatifliği çok düşük olan tipik bir metaldir
Flor ise bütün elementlerden daha fazla elektro negatiflige
sahip bir ametaldir
Lityum atomunun bir elektron kaybetmesiyle lityum katyonu;
flor atomunun elektron kazanmasıyla flor anyonu oluşur
Bölüm 1
9
Bölüm 1
10
Bölüm 1
11
Bölüm 1
12
Bölüm 1
13
Kovalent Bağ
Elektro negatiflikleri aynı yada yakın olan iki yada daha fazla atom
tepkime verirse tam bir elektron aktarımı olmaz
Bu durumlarda atomlar soygaz yapısına elektron paylaşarak ulaşırlar
Atomlar arasında kovalent bağlar oluşur ve oluşan ürünlere
moleküller denir
Moleküller elektron- nokta formülleriyle yada daha kolay olarak
herbiri atomlar tarafından paylaşılan elektron çiftini belirten
çizgilerle gösterilir
Bölüm 1
14
Bölüm 1
15
Bölüm 1
16
Bölüm 1
17
Bölüm 1
18
Bölüm 1
19
Bölüm 1
20
Bölüm 1
21
Bölüm 1
22
Bölüm 1
23
Bölüm 1
24
Bölüm 1
25
Bölüm 1
26
Lewis Yapılarının Yazılması
Bir atmoun değerlik elektronlarının sayısı, atomun periyodik
çizelgedeki grup numarasına eşittir
Karbon 4A grubundadır 4 değerlik elektronu vardır
Hidrojen 1A grubundadır 1 değerlik elektronu vardır
Oksijen 6A grubundadır 6 değerlik elektronu vardır
Azot 5A grubundadır 5 değerlik elektronu vardır
Elektron paylaşan yada aktaran herbir atoma periyodik
çizelgede aynı yatay sıradaki soyagazın elektron dizilişini
veririz
Örneğin hidrojen atomuna 2 elektron veririz, böylelikle ona
helyum yapısını vermiş oluruz
Eğer yapı bir iyonsa elektron katarak yada çıkararak dogru
yükü veririrz
Bölüm 1
27
Örnekler
Klorat iyonu(ClO3-) için lewis yapısını yazınız
Bütün atomların toplam değerlik elektronu sayısını,
iyona bir negatif yük verecek fazladan elektron
ekleyerek buluruz
Klor atomuyla 3 oksijen atomu arasında bağ
oluşturmak için 3 çift elektron kullanırız
Sonra 20 elektronu her bir atoma 1 oktet sağlayacak
şekilde çiftler halinde dağıtırız
Bölüm 1
28
Gerekli olduğu durumlarda soygaz atomlarının elektron dizilişini
sağlamak için çiftli bağlar kullanırız.Karbonat iyonu buna örnektir
Organik moleküller olan eten (C2H4) ve etin (C2H2) sırasıyla ikili ve
üçlü bağlara sahiptir
Bölüm 1
29
Oktet Kuralının İstisnalari
Periyodik çizelgenin ikinci periyodundaki elementlerin en fazla
dört bağı(etrafında 8 elektronları) olabilir.Bu elementlerin bağ
yapacak 2 elektronları vardır.
Her bir orbital 2 elektron içerebildiğinden bu orbitalleri toplam 8
elektron doldurur
Örnek: BF3
Üçüncü periyot ve sonraki elementlerin bağ oluşturacak d
orbitalleri vardır.Bunlar değerlik kabuklarında sekizden fazla
elektron bulundurabilir 4 ten fazla bağ yaparlar. Örneğin: PCl5 ve
SF6
Bölüm 1
30
Formal Yük
Atomdaki pozitif veye negatif yükler formal yükü
oluşturur
Formal yüklerin toplamı molekül veya iyonun toplam
yüküne eşittir
Nötr serbest bir atomun değerlik elektronlarindan o
atomun bağli haldeki değerlik elektronlarini çıkararak
herbir atomun formal yükünü buluruz
Bağlı haldeki atomlarin elektronlarını paylaştırma
yoluyla belirleriz
Bölüm 1
31
Örnekler
Amonyum iyonu
Nitrat İyonu (NO3)-
Bölüm 1
32
Moleküllerin net elektrik yükleri yoktur
Moleküller nötr olarak tanımlanmıştır
Bu nedenle bir molekülü oluşturan atomlarin
herbirinin formal yükleri toplamı 0 dır.
Bölüm 1
33
Rezonans
Tek bir lewis yapısı kesin bir şekilde molekülün doğru
yapısını temsil etmez
Karbonat iyonunu göz önüne alalım 1-3 gibi üç farklı
eşdeğer yapı yazılır
Bu yapıların herbiri soygaz elektron düzenindedir ve bir
yapı diğerine elektronların yerini değiştirerek dönüşebilir
Bölüm 1
34
Rezonans yapılar, gerçek molekül yada iyon yapıları
değildir.Bunlar teoride olan sanal yapılardır
Gerçekte var olan karbonat iyonunu rezonans teorisinde
bu 3 sanal rezonans yapının bir melezi olarak görürüz
Rezonans yapılarını yazarken sanal olduklarını gerçek
olmadıklarını belirtmek için aralarını iki uçlu ok koyarız
Doğru yapı tüm 3 yapının (ortalama) bir melezidir
Bölüm 1
35
Yapıdaki bağlar çizgiler ve kesik çizgiler halinde
gösterilmiştir.
Bu bağların birli bağ ile ikili bağ arasında olduğunu gösterir
Elektrostatik potansiyel haritasında daha fazla negatif yüklü
bölgeler kırmızıyı, daha fazla pozitif yüklü bölgeler, maviye
kayan renklerle gösterilir
Bölüm 1
36
Şekilde metanın orbital melezleşmesi sonucunda oluşan düzgün
dörtyüzlü geometrisi açıkca görülür
a.İçteki koyu yüzey elektron yoğunluğunun yüksek olduğu
bölgeyi gösterir
b.Metanı çubuk ve top modelini gösterir
c. Bu yapı metanın çizimini gösterir
Bölüm 1
37
Etanın Yapısı (C2H6):
Etanın bağ açıları düzgün dörtyüzlüdür
Etan için uygun model sp3 melezleşmiş karbon atomlarıyla
gösterilir
Bölüm 1
38
Aşağıdaki yapıda orbital melezleşmesi sonucu oluşmuş düzgün
dörtyüzlü yapı açıkca görülür
a. İçteki koyu yüzey yüksek elektron yoğunluğu olan bölgeyi
gösterir
b.Etanın çubuk ve top modelini gösterir
c. Bu yapı etanın çizimini gösterir
Bölüm 1
39
Cis-Trans İzomerisi
Aynı molekül formülüne sahip farklı bileşikleridr
Bu izomerde atomların bağlanışları aynı fakat dizilişleri farklıdır
Bu tür izomerlere stereoizomer denir
İki aynı grubun aynı tarafta olduğu izomerleri, cis olarak belirtiriz
İki aynı grubun farklı tarafta olduğu izomerler, trans olarak bilinir
İkili bağın karbon atomlarından biri aynı 2 grubu içeriyorsa, cistrans izomerisi mümkün değildir
Bölüm 1
40
Etinin (Asetilen) Yapısı:
Üç elektron çiftini ortaklaşan, bu nedenlede üçlü bağ ile bağlı olan
2 karbon atomuna sahip hidrokarbonlara alkin denir
En basit 2 alkin etin ve propindir
Asetilen atomları doğrusal düzenlenmiştir.Etin molekülünün bağ
açıları 180 derecedir.
Bölüm 1
41
Etin,Eten ve Etanın Bağ Uzunlukları
S karakteri büyük olan karbon orbitallerinin, C-H bağları daha
kısadır
Karbon-karbon üçlü bağı, karbon-karbon ikili bağından kısadır
Etinini karbon-hidrojen bağları, eteninkinden kısadır
Etenin karbon-hidrojen bağları, etanınkinden kısadır
Etinin sp orbitalleri 50% s karakterindedir ve en kısa C-H bağlarını oluşturur
Etanın sp3 orbitalleri 25% s karakterindedir ve en uzun C-H bağlarını oluşturur
Bölüm 1
42
Moleküler Geometri: Değerlik Kabuğu Elektron Çifti
İtmesi(VSEPR) Modeli
Moleküllerin geometrisini tahmin etmek için basit bir
teoridir
Vsper kuramının uygulanışı:
Merkez atomu 2 yada daha fazla atom veya gruba
kovalent bağ ile bağlı olan molekülleri ele alırız
Merkez atomunun bütün değerlik elektron çiftlerini
Elektron çiftleri birbirini iter, bağlayıcı olamayan çiftler
arasındaki itme, bağlayıcı çiftler arasındakinden daha
fazladır
Molekül geometrisine bağlayıcı olan ve olmayan bütün
elektron çiftleri, göz önüne alınarak ulaşılır
Bölüm 1
43
Metan
Metanın değerlik kabuğu, 4 çift bağlayıcı elektron içerir
Düzgün dörtyüzlü yapıdaki herhangi bir atomun bağ açıları, 109.5o’
dir
Metan molekülü düzgün dörtyüzlü yapıya sahiptir
Bölüm 1
44
Amonyak
Amonyakta, 3 çift bağlayıcı elektron, birde bağlayıcı olmayan çift
vardır
Amonyak molekülünün şekli üçgen piramittir
Bağ açıları, düzgün dörtyüzlü bağ açısına, 109.5o ye çok yakın bir
değer olan 107o’dir
Bölüm 1
45
Su
2 bağlayıcı, 2 bağlayıcı olamayan elektron çifti içerir
Su molekülü düzgündörtyüzlü yapıdadır
Su molekülünün bağ açıları 105o’ dir.
Bağlayıcı olamayan çiftlerin, bağlayıcı çiftlerden daha büyük
olması nedeniyle, tam bir düzgün dörtyüzlü değildir
Bölüm 1
46
Bor Triflorür
Üçgen düzlemsel yapıdadır. Bağ açıları 120o’dir
» Üç elektron, 3 flor atomuyla ortaklaşmıştır
Berilyum Hidrür
Doğrusal geometri oluşturur. Bağ açısı 180o’dir
Bölüm 1
47
Karbon Dioksit
Doğrusal yapıdadır ve bağ açıları 180o’dir
Karbondioksitin merkezi karbon atomu, herbir oksijen atomuna ikili bağ ile
bağlanmıştır
Bölüm 1
48
Yapı Formüllerinin Gösterilmesi
Nokta yapısı, bütün değerlik elektronlarını gösterir ancak
yazılması dikkat gerektirir
Çizgi formülleri ve diğer formüller, daha elverişli olduklarından
onları kullanırız
Bölüm 1
49
Çizgi Yapı Formülleri
Birli bağlarla birbirine bağlanan atomlar, bu birli bağlar etrafında
nisbeten serbestçe dönebilir
Aşağıdaki yapıların hepsi eşdeğerdir ve hepsi propil alkolün
formülleridir
Bu formüllerde bağ açıları 109.5o değil 90o olduğuna dikkat ediniz
Yazdığımız bu yapı formülleri, moleküllerin gerçek şekillerini
gösteren formüller olmayıp, atomların birbirine bağlanma sırasını
belirtirler
Yapı izomerleri:
Yapı izomerlerinin bağlanma sıraları farklıdır
İzopropil alkol
Bölüm 1
50
Sıkıştırılmış Yapı Formülleri
Bir karbon atomuna bağlı hidrojenler, bu karbon atomundan sonra
hemen yanına yazılır
Tamamı sıkıştırılmış formüllerde,karbona bağlı atomların hepsi,
karbondan hemen sonra hidrojenden başlanarak yan yana yazılır
Bölüm 1
51
Çizgi Bağ Formülleri
Sadece karbon iskeletini gösterdiği için, kolaylık sağlar
Karbon atomlarının değerlerini tamamlamak için, gerekli hidrojen
atomları var olmasına rağmen bunları yazmayız.Diğer
atomlar(O,Cl,N) yazılır
İki yada daha çok çizginin buluştuğu yerler, çizgilerin uçları başka atom
belirtilmedikçe karbon atomunu gösterir
Bölüm 1
52
Çizgi bağ formülleri çoğunlukla halkalı bileşikler için kullanılır
Çizgi-bağ formüllerinde çoklu bağlarda gösterilir
Bölüm 1
53
Üç Boyutlu Formüller
Üç boyutlu formüller, molekülün şekli hakkında bilgi gereksinimi
olduğunda kullanılır
Düzgün dörtyüzlü atomlar için, kağıt düzleminde olan iki bağı aralarında yaklaşık
109 derece olarak çizdiğimize, üç boyutluluğu sağlamak içinde kama ve kesikli
kama şeklindeki bağları, kağıt üzerinde birbirine yakın olarak çizdiğimize dikkat
edin
Üçgen düzlemsel atomları ya bütün bağları 120 derecelik açıyla ayrılmış şekilde
aynı kağıt düzleminde,yada üç bağdan biri kağıt düzleminde biri önde biri arkada
olacak şekilde gösteririrz
Doğrusal bağlı atomları göstermenin en güzel yolu, bütün bağları kağıt düzlemine
çizmektir
Bölüm 1
54
Bölüm 1
55
Bölüm 1
56
Bölüm 1
57
Bölüm 1
58
Bölüm 1
59
Bölüm 1
60
Bölüm 1
61
Bölüm 1
62
Bölüm 1
63
Bölüm 1
64
Bölüm 1
65
Bölüm 1
67
Bölüm 1
68
Bölüm 1
69
Bölüm 1
70
Bölüm 1
71
Bölüm 1
72
Atomların Elektronik Konfigurasyonları ve Terimlerin
Açıklanması:
Aufbau prensibi: Orbitaller en düşük enerjiliden başlayarak
doldurulurlar
Pauli dışlama kuralı: Herbir orbitale elektron spinleri eşleşmiş en
fazla 2 elektron yerleşebilir
Hund kuralı: Eşit enerjili orbitallerin herbirine,spini eşleşmemiş bir
elektronu herbir dejenere orbitalde 1 elektron olacak şekilde
yerleştiririz
Bazı İkinci Sıra Elementlerin Elektron Dizilişleri
Bölüm 1
77
Metan ve Etanın Yapısı: Sp3 Hibritleşmesi
S ve p orbitalleri tek başlarına alındıklarında, metanın 4 değerlikli
düzgün dörtyüzlü karbon atomu için, uygun model oluşturmazlar
Orbital melezleşmesi bu konuya açıklık getirir
S ve p orbitallerinin dalga fonksiyonlarının yeni orbitaller için
dalga fonksiyonları elde etme amacıyla biraraya getirildiği
matematiksel yaklaşım
Karbon atomunun değerlik elektronları 2s ve 2p elektronlarıdır
Bölüm 1
78
Metanın melez atomik orbitalleri, karbonun 2s orbitaliyle, üç 2p
orbitalinin dalga fonksiyonunun birleşmesiyle elde edilir
Dört orbital dört orbitalle melezleştirildiği zaman sonuç;
Her yeni orbitalin bir bölümü s, 3 bölümü p karaktere sahiptir
Dört özdeş orbital bir dört yüzlü yapı oluşturur
Metanın melezleşmesinde bir kısım karakterin s orbitalinden 3
kısım karakterinini p orbitalinden geldiğini göstermek için sp3
orbitalleri denir
Her yeni molekül orbital 2 elektrona sahiptir
Bölüm 1
79
Bölüm 1
80
sp3 orbitalinin pozitif lobu hidrojenin pozitif 1s orbitaliyle
örtüşerek karbon-hidrojen bağının bağlayıcı molekül orbitalini
oluşturur
Sp3 orbitalinin pozitif lobu büyük ve uzaya yayılmış olduğundan
bununla hidrojenin 1s orbitalinin örtüşmesi büyüktür
Oluşan karbon-hidrojen bağı oldukça kuvvetlidir
Bölüm 1
81
Şekilde metanın orbital melezleşmesi sonucunda oluşan düzgün
dörtyüzlü geometrisi açıkca görülür
a.İçteki koyu yüzey elektron yoğunluğunun yüksek olduğu bölgeyi gösterir
b.Metanı çubuk ve top modelini gösterir
c. Bu yapı metanın çizimini gösterir
Bölüm 1
82
Etanın Yapısı (C2H6):
Etanın bağ açıları düzgün dörtyüzlüdür
Etan için uygun model sp3 melezleşmiş karbon atomlarıyla
gösterilir
Bölüm 1
83
Aşağıdaki yapıda orbital melezleşmesi sonucu oluşmuş düzgün
dörtyüzlü yapı açıkca görülür
a. İçteki koyu yüzey yüksek elektron yoğunluğu olan bölgeyi gösterir
b.Etanın çubuk ve top modelini gösterir
c. Bu yapı etanın çizimini gösterir
Bölüm 1
84
Etenin Yapısı (Etilen) : Sp2 Hibritleşmesi
Eten (C2H2) bir alkendir
Molekülleri karbon-karbon ikili bağı içeren hidrokarbonlara alken denir
Molekül geometrisi trigonal planar’dır
Etenin atomlarının düzlemi kağıda diktir
Kesikli kamalı bağlar düzlemde kağıdın arkasına doğru, koyu kamalı bağlar
kağıdın önüne doğru yönelmiştir
Aralarında yaklaşık 120 derecelik açı vardır
Bölüm 1
85
Şekilde 2s ve 2p orbitalleri melezleşmiştir
Bir 2p orbitali melezleşmemiş olarak kalır
Her bir sp2 melez orbitaline 1 elektron kalan 2p orbitalinede 1 elektron yerleşir
Melezleşme sonucu oluşan 3 sp2 orbitali eşkenar bir üçgenin
kenarlarına yönelmiştir
Karbonun melezleşmemiş p orbitali sp2 melez orbitallerinin oluşturduğu üçgene
dik olarak bulunur
Bölüm 1
86
İki sp2 melezleşmiş karbon atomu, her birinden birer sp2
orbitalinin örtüşmesiyle aralarında bir s bağı oluşur
Karbon atomlarının kalan sp2 orbitalleri 4 hidrojen atomunun 1s orbitalleriyle
örtüşerek s bağlarını oluşturur
P orbitallerinin örtüşmesi pi(p) bağı diye bilinen bir tür kovalent
bağ oluşturur
Bu 5 bağda etenin 12 bağlayıcı ektronunun 10’u bulunur ve
bunlara s bağ iskeleti denir
Kalan 2 bağlayıcı elektron, herbir karbon atomunun p orbitalinde bulunur
Bölüm 1
87
Etinin (Asetilen) Yapısı: Sp Hibritleşmesi
Üç elektron çiftini ortaklaşan, bu nedenlede üçlü bağ ile bağlı olan
2 karbon atomuna sahip hidrokarbonlara alkin denir
En basit 2 alkin etin ve propindir
Asetilen atomları doğrusal düzenlenmiştir.Etin molekülünün bağ
açıları 180 derecedir.
Bölüm 1
88
Etindeki karbonlar sp melezleşmesi yapar
Karbonun 2s orbitali ve bir 2p orbitali 2sp orbitali oluşturulmak için melezleştirilir
Kalan 2p orbitali melezleşmez
Sp melez orbitallerinin büyük pozitif loblarının biribirine göre 180
derece açıyla yönlendiği görülür
Melezleşmemiş 2p orbitali,sp orbitallerinin merkezinden geçen eksene dik olarak
bulunur
Bölüm 1
89
İki karbon atomu, sp orbitallerini bir sigma bağı oluşturmak için
örtüştürür
Kalan 2 sp orbitali, herbir karbonda hidrojen atomlarıyla örtüşerek 2 C-H sigma
bağı oluştururlar
Herbir karbon atomundaki 2 p orbitali 2 p bağı oluşturmak için
yanayana örtüşür
Bunlar üçlü bağın diğer ikili bağını oluşturur
Bölüm 1
90
a. Etindeki pi bağını oluşturan 2 çift p orbitalini şematik olarak açıklayan ve sigma
bağ iskeletini gösteren etinin yapısı
b. Etinin hesaplanmış, pi molekül orbitallerini gösteren yapısı
c. File şeklinde gösterilen yüzey,etindeki elektron yoğunluğunun ulaşabileceği
yaklaşık sınırı gösterir
Bölüm 1
91
Etin,Eten ve Etanın Bağ Uzunlukları
S karakteri büyük olan karbon orbitallerinin, C-H bağları daha
kısadır
Karbon-karbon üçlü bağı, karbon-karbon ikili bağından kısadır
Etinini karbon-hidrojen bağları, eteninkinden kısadır
Etenin karbon-hidrojen bağları, etanınkinden kısadır
Etinin sp orbitalleri 50% s karakterindedir ve en kısa C-H bağlarını oluşturur
Etanın sp3 orbitalleri 25% s karakterindedir ve en uzun C-H bağlarını oluşturur
Bölüm 1
92