6. Deney Hidrokarbonların Belirlenmesi

Transkript

1 6. Deney Hidrokarbonların Belirlenmesi Genel Prensipler Yapıları ve kimyasal davranışları esas alındığında, hidrokarbonlar üç kategoriye ayrılabilir. Doymuş Alifatik Hidrokarbonlar: Tüm karbon atomlarının tek bağ ile birleştiği alkanlar ve sikloalkanlar. Doymamış Hidrokarbonlar: Đkili yada üçlü karbon-karbon bağının bulunduğu yapılar. Alkenler, alkinler ve sikloalkenler gibi. Aromatik Hidrokarbonlar: Tekli ve ikili bağların arasında bulunan hibritleşmiş bağlara sahip siklik yapılara sahiptirler. Benzen ve naftalin gibi. Alkanların ve Sikloalkanların eaksiyonları Doymuş hidrokarbonlar; elektrofilik ve nükleofilik reaktiflerin iyonik saldırılarına karşı reaksiyon vermezler. Özel şartlar altında, çeşitli serbest radikal reaksiyonları (serbest radikal yerdeğiştirme reaksiyonu vb.) verirler. Tersiyer hidrojene sahip ( 3 C-H) doymuş hidrokarbonlar, ikincil ( 2 CH 2 ) ve birincil ( 1 CH 3 ) hidrojene sahip olanlardan daha reaktiflerdir. Kolayca oksitlenme ve yerdeğiştirme reaksiyonları verirler. Alkenlerin ve Alkinlerin eaksiyonları Elektrofilik reaktifler (halojenler, asitler ve yükseltgenler) ile yapılan iyonik katılma reaksiyonları tipik alken (ve alkin) reaksiyonlarıdır. Alkinler, üçlü bağlarına tipik elektrofilik reaktiflerin iki molekülünü iki basamakta ekleyebilirler. Bu reaksiyonun ilk basamağında elde edilen ürün bir alken türevidir. Üçlü karbon-karbon bağına doğrudan doğruya bağlı hidrojenler zayıf asidik hidrojenlerdir. Alkinler bu hidrojenler sayesinde metal alkinidler oluşurlar. eaktif asetilenik hidrojenin varlığının tesbiti için uygun bir yöntem mevcuttur. Bu yöntem, AgN 3 ve CuCl ün amonyaklı çözeltileri ile reaksiyonu sonucu oluşan suda çözünmeyen gümüş veya bakır türevlerinin oluşumunu esas alır. Aromatik Hidrokarbonların eaksiyonları Elektrofilik reaktifler ile yerdeğiştirme reaksiyonu yaparlar; nitratlanma, sülfatlanma, halojenleme ve Friedel-Crafts alkillenmesi ve açillenme vb. Bu gibi yerdeğiştirme reaksiyonlarını kolaylaştırmak için derişik sülfürik asit veya Lewis asitleri sıkça kullanılır. Serbest radikal katılımının gerçekleştiği şartlar altında, klorür veya bromür aromatik halkaya eklenir veya yan zincirde yerdeğişimi reaksiyonu verirler. 1

2 Kimyasallar ve Ekipmanlar Karbon tetraklorür, %2 lik brom çözeltisi, mavi turnusol kağıdı, aseton, %1 lik sulu potasyum permanganat çözeltisi, benzen, demir tozu, buz, naftalin, derişik sülfürik asit, derişik nitrik asit, alkol, toluen, bakır (I) amonyum klorür, hidroklorik asit, termometre, test tüpleri, ısıtıcı. Hidrokarbonların Belirlenmesi Brom Testi Brom, aktif olarak doymamış bileşiklerle katılma reaksiyonu verir. eaksiyon aşağıdaki eşitlikteki gibidir: H 2 C = CHCH 3 Br 2 CH 2 BrCHBrCH 3 Bromür yer değiştirme reaksiyonu yapmak için doymuş hidrokarbonlar ile de reaksiyon verebileceğinden dolayı, bu test permanganat testi ile doğrulanmalıdır. Test edilecek olan 0,2 gr veya 0,2 ml bileşiği 1-2 ml karbon tetraklorür içerisinde çözün. Damla damla %2 lik bromür çözeltisi ekleyin. Eğer, bromun renginin en az bir dakika boyunca kaybolmamasını sağlamak için 2 damladan fazla brom çözeltisi eklemek gerekirse katılma ya da yerdeğiştirme reaksiyonunun gerçekleşiyor demektir. Ayrıca, sarı renkli hidrojen bromür gazının açığa çıkması da bu reaksiyonların gerçekleştiğine delil teşkil eder. Bu gazın oluşumu genellikle, reaksiyon tüpünün tepesinden üfleyerek ve oluşan sisi not ederek belirlenebilir. Ayrıca, açığa çıkan hidrojen bromür buharının tüpün üzerine yerleştirilen nemli bir parça mavi turnusol kağıdı üzerinde renk değişikliğine gneden olduğunun gözlemlenmesi de bunun ispatıdır. Bu test uygulaması kolay olmasına rağmen güvenilirliği düşük bir testtir. Bromun kolayca buharlaşması nedeniyle renginin kaybolması ve oluşan buharın su ile reaksiyona girdiğinde asidik çözelti vermesi nedeniyle reaksiyon oluşmasa da oluşmuş gibi algılanabilir. Böylelikle yanıltıcı sonuçlar elde edilebilir. Permanganat Testi Permanganat iyon testi, bromür testinin sonuçları ile birlikte aktif doymamış zincirlerin belirlenmesinde kullanılır. Bu test, oksitlenmiş bileşiklerin permanganat iyonunu indirgemesi koşulunu esas alır. Bunun sonucu olarak, mavi-mor renk kaybolur ve kahverengi mangan dioksit oluşumu gözlemlenir. Hidrokarbonlara uygulandığında, test alkenler ve alkinler için positif sonuç verir (Baeyer Testi). 2

3 2 C=C 2 Mn 4 - C C Mn C H C H Mn 2 0,2 gr veya 0,2 ml bileşiği 2 ml su veya asetonda (alkolsüz) bir test tüp içinde çözün. %1 lik sulu potasyum permanganat çözeltisini damla damla ekleyin, aynı zamanda tüpü iyice çalkalayın. Eğer 1 damladan fazla permanganat indirgendiyse, doymamış hidrokarbon veya başka kolayca oksitlenen bileşik belirlenmiştir. Đki deneyin sonucu olarak aşağıdaki tablo çizilebilir: Tablo 6.1 Bromür ve Permanganat Test Sonuçları Bromür Testi Permanganat Testi Ekleme ve Yerdeğiştirme Yerdeğiştirme - Aromatik Bromlama Aromatik bileşikler, siklik konjuge sistem içinde elektronların delokalizasyonu sonucu kararlı hale gelen bileşiklerdir. Bu gibi sistemlerde, karakteristik olan rezonans enerjisi yeterince büyüktür. Đkili bağların birine reaktif eklenmesi; bütün konjuge sistemin bozulmasına yol açar. Sonuç olarak konjuge başlangıç materyalinden daha yüksek enerjili bir ürün ortaya çıkar. Bu yüzden, aromatik bileşikler katılma reaksiyonlarından ziyade yerdeğiştirme reaksiyonları verirler. Yerdeğiştirme reaksiyonunun gerçekleşmesi için, pozitif yüklü halojenlerin oluşturulması gerekir. Sıvı bromürün benzenle birlikte, karışımın kaynama noktası sıcaklığında ( veya daha yüksek sıcaklıkta) ısıtılması katyonu meydana getirmez. Buna rağmen; Lewis asidinin eklenmesi, pozitif bromür iyonunun oluşturulması için uygun bir ortam meydana getirir. 2Fe 3Br 2 2FeBr 3 FeBr 3 Br 2 Br FeBr 4-1 Br C 6 H 6 Br C 6 H 6 Br H 3

4 Bromür Testi Ayrı iki tüpe, 1 er ml benzen koyun. Her iki tüpe de 2-3 damla karbon tetraklorür içinde bromür çözeltisi ekleyin. Benzen nümunelerinden birine bir miktar demir tozu ekleyin. Her iki tüpü de su banyosunda 30 dakika boyunca ısıtın (50 0 C). enk değişimlerini gözlemleyin. Hangi numunede kimyasal değişim daha hızlı gerçekleşti? Sülfürik Asit Testi Normal şartlar altında, alkanlar sülfürik asit ile reaksiyona girmezler. Fakat alkenler soğuk derişik sülfürik asit ile reaksiyon verirler. Bu reaksiyon sonucu alkil hidrojen sülfatlar oluşur. CH CH H S H CH CH 2 S H Alkil hidrojen sülfatlar, derişik sülfürik asit içinde çözülebilirler, bu sebeple alkenler de derişik sülfürik asit içinde çözülme eğilimindedir. Aromatik Hidrokarbonların Sülfonlanması Aromatik hidrokarbonların derişik sülfürik asit içindeki reaktiflikleri değişiklik gösterir. En elverişli reaktif, S 3 - H 2 S 4 karışımıdır. eaksiyon, derişik sülfürik asit içinde oldukça yavaş gerçekleşir. Buhar H 2 S 4 S H 4

5 0,1 gr naftalin üzerine 1-2 ml derişik H 2 S 4 i dikkatlice çalkalayarak ekleyin. 10 dakika boyunca 50 0 C ye kadar ısıtın ve bir miktar buzlu suyun üzerine dökün. Homojen bir çözelti elde edilir. Hidrokarbon çözülüyor mu? Tüm gözlemlerinizi kaydedin. Aromatik Hidrokarbonların Nitratlanması 0,1 gr hidrokarbon üzerine 1 ml derişik nitrik asit ile birlikte 2 damla sülfürik asit ekleyin C ye kadar ısıtın ve 5 ml buzlu suyun üzerine dökün. Ayrılan ağır yağı not edin. Nitro Türevleri Nitro türevlerinin hazırlanması için genel bir deneysel detay verilemez. Çünkü nitratlanmanın kolaylığı ve oluşturulan ürün bazı deneysel şartlara bağlıdır. Bundan başka, bazı organik bileşikler şiddetli reaksiyon verdikleri için nitratlama reaksiyonları küçük bir ölçekte yapılmalıdır. Benzen ve toluen gibi aromatik hidrokarbonlar için kullanılan tipik prosedür aşağıda belirtildiği gibidir. luşan ürün dinitro türevidir. Benzenin Nitratlanması 1:1 oranındaki 4 ml konsantre sülfürik asit ve 4 ml nitrik asit karışımına 0,5 ml benzeni yavaşça, bir yandan çalkalayarak ve soğutarak ekleyin. Karışımı kaynama noktasına kadar dikkatlice ısıtın. Daha sonra karışımı soğutun ve soğuk suyun üzerine dökün (soğuk suyun miktarı önemli değildir ama fazla olmalıdır). Katı kısmı filtre edin, yıkayarak serbest asitten temizleyin ve seyreltik alkolle kristallendirerek saflaştırın. Böylelikle, m-dinitrobenzen oluşur (erime noktası 90 0 C). Toluen Benzenin prosedüründeki gibi devam edin fakat 0,5 ml toluen ve 3 ml derişik sülfürik asit - 2 ml nitrik asit karışımı kullanın. Karışımı açık alev üzerinde veya su banyosu içinde hafifçe birkaç dakika ısıtın. Karışımı soğutun ve 10 ml buzlu su üzerine dökün. seyreltik alkolle kristallendirerek saflaştırın. Böylelikle, 2,4-Dinitrotoluen elde edilir (erime noktası 71 0 C). Naftalinin tek nitratlanması (mononitration) için gerekli koşullar daha reaktif olan çok çekirdekli (polynuclear) aromatik hidrokarbonlardaki gibidir. Naftalin, bazı 5

6 polialkillenmiş benzenler için uygun bir reaktif olan nitrik asit ve derişik asetik asit karışımı ile de nitratlanabilir. N 2 N 2 HN 3 2H 2 S 4 N 2 H 3 2HS 4 - Alkinler (Asetilenik Hidrojen Testi) 3 ml bakır (I) amonyum klorür çözeltisi üzerine 2-3 damla hidrokarbon ekleyin. Bir bakır türevi oluşursa, ürünü küçük bir bühner veya Hirsch hunisi üzerinde vakumla süzerek toplayın, ve su ile yıkayın. Nemli filtre kağıdı ile katı çökeltiyi bir behere koyun ve bakır türevini 20 ml seyreltilmiş hidroklorik asit ( 1 hacim hidroklorik asit ve 3 hacim su karışımı) ile kaynatarak bozun. Dikkat: Alkinlerin bakır türevi kuru ortamda patlayıcı olabilir. Bu gibi bileşikleri çöp kutularına atmayın veya laboratuar tezgahlarında bırakmayın. Bu gibi maddeleri asit ile ısıtarak yok edin. Sorular 1. Propan, penten, toluen, benzen ve 1-butin içeren bir karışımdaki bileşikleri teşhis etmek için kullanılabilecek bir prosedür yazın. 2. Bromlama ve nitratlama tepkimelerinde sikloalkenler ve aromatik hidrokarbonlar arasındaki farkı açıklayın. 6