Karbon- K arbon K ovalent B ağları

1. Bölüm 2Tipik Karbon Bileşikleri:Fonksiyonel Gruplar Moleküller Arası Kuvvetler Ve İnfrared (İR) Spektroskopisi

2. Karbon-Karbon Kovalent Bağları • Karbon atomunun hidrojen,oksijen,kükürt,azot atomlarıyla kuvvetli bağlar oluşturur • Budacanlı 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

3. 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

4. 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

5. Alkenler • Eten ve propen üretilen önemli endüstri kimyasallarıarasındadır • Eten doğada bitki hormonu olarakta bulunur • Propeninin endüstriiçin ayrı bir önemi vardır • Molekül formülü C3H6 • Aseton ve kümen sentezinde propen başlangıç maddesi olarak kullanılır • Birçok alken doğal olarak meydana gelir Bölüm 2

6. 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

7. 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 karbon-karbon bağlarının uzunlukları’da karbon-karbon birli ve ikili bağlarında olduğu gibi, sırasıyla uzun ve kısa olmalıdır • Gerçekte benzende, karbon-karbonbağları aynı uzunluktadır(1.38 Å) • Bu değer, karbon-karbon birli bağıyla karbon-karbon ikili bağı arasındabir değerdedir • Rezonans kuramını kullandığımızda, benzeni eşdeğer iki kekule yapısı halinde düşünebiliriz • Bu melezi, ortasında bir halka bulunan altıgenle gösteririz Bölüm 2

8. 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, sp2melezleşmesi 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

9. 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 atomelektronca zengin olur, kısmi negatif yüklü (d-) yük taşır • Kısmi pozitif ve kısmi negatif yükü olan molekül dipoldür ve dipol momenti vardır Bölüm 2

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. Alkenlerde Dipol Momentler • Alkenlerin, cis-trans izomerlerinin, farklı fiziksel özellikleri vardır • Cis-trans izomerleri, dipol momentlerinin büyüklüğü bakımından farklılık gösterir Bölüm 2

15. Fonksiyonel Gruplar • Belirli bir sınıftaki bileşiklerin molekülleri,belirli bir düzendeki atomlardan oluşan ve fonksiyonel grup denen grupların bulunmasıylatanınır • 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

16. Alkil Grupları ve RSembolü • Alkil gruplarını, bir alkandan hidrojen çıkararak elde ederiz • Uç karbonlardan birinin çıkarılmasıyla, propilgrubu elde edilir Bölüm 2

17. Alkil grupları R sembolüyle gösterilirBir alkanın genel formülü R-H Bölüm 2

18. Benzen halkası bir molekülde diğer atomlara bağlanmışsa fenil grubu adını alır • Bir fenil grubu ve–CH2- den oluşan gruba benzil grubu denir Bölüm 2

19. 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)birincikarbon 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

20. 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

21. Alkoller birincil, ikincil, üçüncül olmak üzere sınıflandırılırlar Bölüm 2

22. 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

23. 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

24. Aldehitler ve Ketonlar • Karbonil grubu içeren bileşiklerdir • Aldehitlerde, karbonil grubu, en az bir hidrojen atomuna • Ketonlarda ise, 2 karbon atomuna bağlanmıştır • Karbon atomu,sp2melezleşmiştir • Karbonil karbonu etrafındaki gruplar, üçgen düzlemsel yapıdadır Bölüm 2

25. Karboksilik Asitler, Amitler ve Esterler • Karboksilik asit • Fonsiyonel grubuna, karboksilik grup(karbonil+hidroksil) denir Bölüm 2

26. 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

27. Amitler • Nitriller • R-CN genel formülündeki bileşiklerdir • Nitrilin karbon ve azotu sp melezleşmiştir Bölüm 2

28. Organik Bileşiklerin Önemli Sınıfları Bölüm 2

29. Özet Bölüm 2

30. 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

31. Bölüm 2

32. 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

33. 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

34. Hidrojen Bağları • Hidrojen bağı sonucunda, güçlü dpol-dipol çekimleri oluşur • Kuvvetlive 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

35. 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 bağile 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

36. Vander Waals Kuvvetleri (LondonKuvvetleri) • 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

37. =)Wander walls kuvvetlerinin büyüklügünü belirleyen bir önemlietken 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

38. 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

39. Çözünürlükleri öngörmek için bir kural, benzer benzeri çözerdir • Polar ve iyonik bileşikler,polar çözücülerde çözünmeyeelverişlidir • 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

40. Bir hidrofilik grup içeren bileşikler için; • Bir ile 3 karbon atomlu gruplar çözünür,4ve 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

41. 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 IRışın 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

42. İnfraredSpektrometre =)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

43. Moleküller değişik şekilde titreşir.Kovalent bağ ile bağlı atomlar yayla bağlı gibi ileri geri titreşim hareketi yaparlar • Tekli Bağların titreşim frekansaralıkları Bölüm 2

44. Bölüm 2

45. 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

46. Bölüm 2

47. IR Spektrumlarının Yorumlanması • IRspektrumları, bileşiklerin yapıları hakkında fazla bilgi içerir • Hidrokarbonlar • Bütün hidrokarbonlar 2800-3300 cm-1aralığında 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 • sp2melezleşmiş karbon atomlarının karbon-hidrojen gerilme pikleri 3000-3100 cm-1dir • sp3melezleşmiş karbon atomlarının karbon-hidrojen gerilme pikleri 2800-3000 cm-1dir • C-C bağlarının verdiği piklerin yerleri • C-C çiftli bağları, 1620-1680 cm-1soğurma bölgesinde pikler verir • C-C üçlü bağları, 2100-2260 cm-1soğurma bölgesinde pikler verir Bölüm 2

48. Örnek: Oktan Bölüm 2

49. Örnek: Heksin Bölüm 2

50. Alkenler • Alkenlerin karbon-hidrojen eğilme titreşimlerinin yol açtığı soğurmalar, 600-1000 cm-1bölgesinde görülür Bölüm 2