Organik Kimya ya Giriş. Kimyasal Bağ ve Kimyasal Reaksiyonlar

Transkript

1 Organik Kimya ya Giriş Kimyasal Bağ ve Kimyasal Reaksiyonlar

2 Bilimsel Metod Araş%rmaya sistema-k yaklaşım; Hipotez: Gözlem ve deney sonuçlarını bir nedene bağlamak için yapılan ispatlanamamış geçici önermedir Kanun: gözlem ve deneylerle hiçbir kuşkuya yer vermeyecek şekilde kanıtlanmış, herkes taraendan kabul edilen, genellemeler yapmaya imkan veren bilimsel açıklamadır Teori: Elde edilen bilimsel bulguları en iyi bir şekilde açıklayan, diğer bulgularla da desteklenen, tamamen test edilemese de aksi kanıtlanamayan önermedir Deney: SistemaHk olarak kontrollü koşullar aljnda yapılan gözlemler ve ölçümler hkp://catalog.flatworldknowledge.com/bookhub/4309?e=averill_1.0- ch01_s02

3 Maddenin Sınıflandırılması Madde, kütlesi olan ve uzayda yer kaplayan (hacmi olan) fiziksel olarak mevcudiyeh olan yapılardır Madde, atom ve moleküllerden oluşur Madde Saf madde Karışım Element Bileşik Homojen karışım (çözelh) Heterojen karışım

4 Elementler Element saf maddenin en basit halidir Element, kimyasal yollarla başka maddelere ayrış%rılamaz EtraEmızdaki herşey elementlerden oluşur 112 element mevcukur, bunlardan 90 tanesi doğaldır Sadece 25 element insan vücudu için elzemdir Hidrojen (H), karbon (C), oksijen (O) ve azot (N) vücut ağırlığının yaklaşık %97 sini, vücukaki toplam atom sayısının ise %99 unu oluşturur Elementler atomlardan meydana gelir İsim Aluminyum Karbon Bakır Demir Oksijen Potasyum Sembol Al C Cu Fe O K hkp://

5

6 Periyodik Tablo Periyodik tablo, elementlerin benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere göre periyodik sınıflandırıldığı tablodur Elementler periyodik tabloda atom numaralarına göre sıralanırlar Periyodik tabloda, yatay sıralar periyot and dikey sıralar ise grup olarak isimlendirilir Aynı grupta yer alan elementler benzer kimyasal ve fiziksel özelliklere sahiphr 1-2 ve grupları temel grup elementleri (1A 8A grupları) 3-12 grupları geçiş elementleri (metalleri) olarak isimlendirilir (3B - 12B grup elementleri)

7 Periyodik Tablo The Periodic Table of the Elements, in Pictures Periods 1 2 Alkali Metals Group 1 H 1 Hydrogen Sun and Stars Li 3 Lithium Batteries Na 11 Sodium Alkali Earth Metals 2 Be 4 Beryllium Emeralds Mg 12 Magnesium Atomic Symbol Name Symbols A Z ium Widgets Atomic Number number of protons How it is (or was) used or where it occurs in nature Solid Liquid Gas at room temperature The color of the symbol is the color of the element in its most common pure form. Examples metallic solid red liquid colorless gas Human Body top ten elements by weight Earth's Crust top eight elements by weight Magnetic ferromagnetic at room temperature Noble Metals corrosion-resistant Radioactive all isotopes are radioactive Only Traces Found in Nature less than a millionth percent of earth's crust Never Found in Nature only made by people Metals H Alkali Earth Metals Alkali Metals Color Key Transition Metals Nonmetals Metalloids Poor Metals Superheavy Elements Rare Earth Metals Actinide Metals Nonmetals Noble Gases Halogens Boron Group 13 B 5 Boron Sports Equipment Al 13 Aluminum Carbon Group 14 C 6 Carbon Basis of Life's Molecules Si 14 Silicon Nitrogen Group 15 N 7 Nitrogen Protein P 15 Phosphorus Oxygen Group 16 O 8 Oxygen Air S 16 Sulfur Halogens 17 F 9 Fluorine Toothpaste Cl 17 Chlorine Noble Gases 18 He 2 Helium Balloons Ne 10 Neon Advertising Signs Ar 18 Argon Salt K 19 Potassium Fruits and Vegetables Rb 37 Rubidium Chlorophyll Ca 20 Calcium Shells and Bones Sr 38 Strontium Sc 21 Scandium Bicycles Y 39 Yttrium Ti 22 Titanium Aerospace Zr 40 Zirconium V 23 Vanadium Springs Nb 41 Niobium Cr 24 Chromium Stainless Steel Mo 42 Molybdenum Transition Metals Mn 25 Manganese Earthmovers Tc 43 Technetium Fe 26 Iron Steel Structures Ru 44 Ruthenium Co 27 Cobalt Magnets Rh 45 Rhodium Ni 28 Nickel Coins Pd 46 Palladium Cu 29 Copper Electric Wires Ag 47 Silver Zn 30 Zinc Brass Instruments Cd 48 Cadmium Airplanes Ga 31 Gallium Light-Emitting Diodes (LEDs) In 49 Indium Stone, Sand, and Soil Ge 32 Germanium Semiconductor Electronics Sn 50 Tin Bones As 33 Arsenic Poison Sb 51 Antimony Egg Yolks Se 34 Selenium Copiers Te 52 Tellurium Swimming Pools Br 35 Bromine Photography Film I 53 Iodine Light Bulbs Kr 36 Krypton Flashlights Xe 54 Xenon Global Navigation Cs 55 Cesium Atomic Clocks Fireworks Ba 56 Barium X-Ray Diagnosis Fr 87 Ra 88 Francium Radium Lasers Rare Earth Metals Chemical Pipelines Hf 72 Hafnium Nuclear Submarines Rf 104 Rutherfordium Mag Lev Trains Ta 73 Tantalum Mobile Phones Db 105 Dubnium Cutting Tools W 74 Tungsten Lamp Filaments Sg 106 Seaborgium Radioactive Diagnosis Re 75 Rhenium Rocket Engines Bh 107 Bohrium Electric Switches Os 76 Osmium Pen Points Hs 108 Hassium Searchlight Reflectors Ir 77 Iridium Spark Plugs Mt 109 Meitnerium Pollution Control Pt 78 Platinum Labware Jewelry Au 79 Gold Jewelry Paint Hg 80 Mercury Thermometers Liquid Crystal Displays (LCDs) Tl 81 Thallium Low-Temperature Thermometers Plated Food Cans Pb 82 Lead Weights Car Batteries Bi 83 Bismuth Fire Sprinklers Thermoelectric Coolers Po 84 Polonium Anti-Static Brushes Disinfectant At 85 Astatine Radioactive Medicine High-Intensity Lamps Rn 86 Radon Surgical Implants Ds 110 Rg 111 Cn 112 Uut 113 Fl 114 Uup 115 Lv 116 Uus 117 Uuo 118 Darmstadtium Roentgenium Copernicium Ununtrium Flerovium Ununpentium Livermorium Ununseptium Ununoctium Laser Atom Traps 119 Luminous Watches 120 Actinide Metals Rare Earth Metals Actinide La 57 Lanthanum Telescope Lenses Ac 89 Actinium Ce 58 Cerium Lighter Flints Th 90 Thorium Pr 59 Praseodymium Torchworkers' Eyeglasses Pa 91 Protactinium Nd 60 Neodymium Electric Motor Magnets U 92 Uranium Pm 61 Promethium Luminous Dials Np 93 Neptunium Superheavy Elements radioactive, never found in nature, no uses except atomic research Sm 62 Samarium Electric Motor Magnets Pu 94 Plutonium Eu 63 Europium Color Televisions Am 95 Americium Gd 64 Gadolinium MRI Diagnosis Cm 96 Curium Tb 65 Terbium Fluorescent Lamps Bk 97 Berkelium Dy 66 Dysprosium Smart Material Actuators Cf 98 Californium Ho 67 Holmium Laser Surgery Es 99 Einsteinium Er 68 Erbium Optical Fiber Communications Fm 100 Fermium Tm 69 Thulium Laser Surgery Md 101 Mendelevium Yb 70 Ytterbium Scientific Fiber Lasers Lu 71 Lutetium Photodynamic Medicine No 102 Lr 103 Nobelium Lawrencium 7 6 7

8 Periyodik Tabloda Yer Alan Önemli Gruplar 1A alkali metaller: lityum, sodyum, potasyum en bilinenleridir, su ve havaya karşı çok reakhoir, hidrojen (H) de (ametal olmasına rağmen) bu grupta yer alır 2A toprak alkali metaller: magnezyum ve kalsiyum grup elementleri arasında doğada en çok bulunanlarıdır, genelde mineral halde bulunurlar 7A halojenler: flor, klor, brom, iyot en bilinenleri halojenler metallerle reaksiyona girerek tuz oluştururlar (sodyum klorür, kalsiyum klorür) 8A soy gazlar: helyum, neon, argon, kripton, zenon, radon reakhvitesi çok düşük elementlerdir (inert gazlar), tek atomlu halde bulunurlar Geçiş Metalleri (B grup elementleri) birçok bilinen metal bu gruptadır (demir, nikel, bakır, kobalt, çinko, plahnyum, aljn, gümüş vb.)

9 Vücudumuz için Elzem Elementler: hkp://en.wikipedia.org/wiki/composihon_of_the_human_body#mediaviewer/file:201_elements_of_the_human_body- 01.jpg

10 Elementlerin Sınıflandırılması Elementler 17 ametal 8 yarı- metal Metaller Yarı- metaller (metalloids) Ametaller Elektriği ve ısıyı iyi ilehrler Dövülebilirler ParlakJrlar Hg hariç hepsi oda sıcalığında kajdır Metal ve Ametaller arasında geçişken özellikler gösterirler Ekeltrik ve ısıyı kötü ilehrler Marrlar Gaz, sıvı veya kaj olabilirler Kırılgandırlar

11

12 Atom ve Atom Teorileri Bir elemenhn en küçük birim parçasına atom denir Atomlar, atom- alj (sub- atomic) parçacıklardan oluşur; bunlar proton, nötron ve elektronlardır bu parçacıkların sayısı atomun karakterishğini belirler hkp://physics.taskermilward.org.uk/ks4/addihonal/html/atomic_structure.htm

13 Atom Atom Numarası (Z): bir atomdaki proton sayısına denir (veya nötral atomdaki elektron sayısı) Kütle Numarası (A): (proton sayısı) + (nötron sayısı) hkp://physicsnet.co.uk/gcse- physics/atomic- structure/

14 neutrons. In general, the mass number is given by mass number 5 number of protons 1 number of neutrons 5 atomic number 1 number of neutrons (2.1) The number of neutrons in an atom is equal to the difference between the mass number and the atomic number, or (A 2 Z). For example, if the mass number of a particular boron atom is 12 and the atomic number is 5 (indicating 5 protons in the nucleus), then the number of neutrons is Note that all three quantities (atomic number, number of neutrons, and mass number) must be positive integers, or whole numbers. Atoms of a given element do not all have the same mass. Most elements have two or more isotopes, atoms that have the same atomic number but different mass numbers. Fo r ex a m p l e, t h e r e a r e t h r e e i s o t o p e s o f hy d r o g e n. O n e, s i m p l y k n ow n a s hydrogen, has one proton and no neutrons. The deuterium i s o t o p e c o n t a i n s o n e p r o - ton and one neutron, and tritium h a s o n e p r o t o n a n d t wo n e u t r o n s. T h e a c c e p t e d wa y to denote the atomic number and mass number of an atom of an element (X) is as follows: mass number atomic number 8n A X Z 8n hkp://commons.wikimedia.org/wiki/file:atomic_number_depichon.jpg

15 Atomlar ve İyonlar İyon: elektron kazanan anyon, elektron kaybeden katyon (florür, F - ; sodyum katyonu, Na + ) Atomlar molekül oluşturmak için diğer atomlarla reaksiyonları sırasında iyonları oluştururlar Bir atomun elektron kaybetmek veya kazanmak için gösterdiği yatkınlık, o atamun reak'vitesini belirler 19 F + 1e - 19 F - 9 Nötral flor atomu 9 protons, 9 electrons 9 Fluorürü anyonu 9 protons, 10 electrons

16 Atomların İzotopları İzotop: aynı sayıda proton ve elektrona sahip ancak farklı sayıda nötron içeren atomlara izotop atomlar denir 16 O, 17 O, and 18 O Elementler doğada izotoplarının karışımı halinde bulunurlar İzotopların kimyasal özellikleri aynıdır; nükleer (çekirdek) özellikleri farklı olabilir (radyoak-vite gibi) Bir elemen-n atom ağırlığı (Atomic mass) bütün izotoplarının ağırlıklarının (oransal olarak dikkate alınarak hesaplanan) ortalamasıdır; atom ağırlığı kütle numarası (mass number) ile aynı değildir 35 Cl (~75.8%) ve 37 Cl (~24.2%) atom ağırlığı hkp://chemistry.tutorcircle.com/inorganic- chemistry/isotopes.html

17 İzotoplar biyoloji ve Jpta önemli kullanım alanlarına sahiphr RadyoakHf izotoplar biyokimyasal akhviteyi takip için kullanılır (kararlı) hkp://chemistry.tutorcircle.com/inorganic- chemistry/isotopes.html

18 Atomların Lewis Sembolleri ile Gösterilmesi Atomları sadece değerlik (valans) elektronlarını göstererek temsil etmek-r Elektronlar (değerlik) atomun kimyasal sembolü etraenda noktalar halinde gösterilir Noktalar atomun kimyasal sembolünün dört bir taraenda gösterilebilir Her bir tarafa birer elektron ekleyerek başla, daha sonra geri kalan elektronları da sırayla ekle (eşlenmiş elektron) (eşlenmemiş elektron) Her eşlenmemiş elektron diğer atomlarla bağ yapmak için elverişlidir hkps://classes.lt.unt.edu/fall_2010/cecs_5030_026/mrp0113/lewis%20dot%20project%20page.htm

19 Atomik Orbitaller ve Enerji Seviyeleri Bir atomun elektronları çekirdek çevresinde belirli yörüngelerde (kabuklarda) bulunur bu yörüngeler en yakından en uzağa doğru iç içe daireler şeklindedir (en uzak yörüngeye değerlik(valans) kabuğu denir) Bu yörüngeler enerji seviyelerine karşılık gelir; (n = 1, n = 2 gibi) Enerji seviyeleri periyodik tablodaki periyot numarasına karşılık gelir (hidrojen, n = 1, 1. periyot) (Lityum, n = 2, 2. periyot) Valance shell (en dış kabuk valans kabuğu) Kalsiyum (Ca) 4. periyokadır hkp://gcsechemistryhelp.tumblr.com/post/ /periodic- table- electron- shells- part- 1

20 Atomik Orbitaller ve Enerji Seviyeleri 1) Temel Enerji Seviyeleri (elektron kabuğu): n = 1, 2, 3 vb. şekilnde gösterilir bir temel enerji seviyesinin toplam alabileceği elektron sayısı 2(n) 2 dir (n=1 için kapasite 2 e -, n=2 için kapasite 8 e -, n = 3 için kapasite 18 e - ) 2) Alt- seviyeler (sub- levels): Her temel enerji seviyesinin aljnda eşit enerjili orbitaller grubu yer alır (alt kabuk olarak da isimlendirilirler) bu orbital grupları s, p, d, f olarak gösterilir (Bir elektronun lokasyonu için hem temel enerji seviyesi hem de alt kabuk cinsi verilmelidir) 3) Orbital: Alt kabuklar atomik orbitallerden oluşur. Her bir orbital, alt kabuk içerisinde elektronun bulunma olasılığı yüksek olan spesifikbir bölgeyi belirhr. 4) Bir orbital maksimum 2 elektrona sahip olabilir Number of orbitals Electron capacity s 1 2 p 3 6 d 5 10 f 7 14

21 Oktet Kuralı Oktet Kuralı; atomlar valans kabuklarını 8 elektrona tamamlayacak şekilde reaksiyona girerler (kararlı konfigürasyon soygaz konfigürasyonu) Soygazlar (8A grubu) reakhf değildir, bunun sebebi son yörüngelerinde 8 elektron taşımalarıdır (Helyum bir ispsna olarak son yörüngesinde 2 elektron taşır) Soygazlar haricindeki atomlar kararlı olan soygaz konfigürasyonuna ulaşmak için elektron kazanır/kaybederler u Oktet kuralını kullanarak atomlar arasında gerçekleşecek kimyasal değişimleri de tahmin edebiliriz hkp:// gen- chem- to- org- chem- pt- 7- lewis- structures/

22 Orbital Şekilleri 1 s orbitali, 3 p orbitali, 5 d orbitali hkp://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/genchem2/intro/2.html

23 Elektron Konfigürasyonu ve Au au Prensibi 1. temel enerji seviyesi (n = 1) - 1s 2. temel enerji seviyesi (n = 2) 2s 2p 3. temel enerji seviyesi (n = 3) 3s 3p 3d 4. temel enerji seviyesi (n = 4) 4s 4p 4d 4f Auaau prensibi: elektronlar ilk olarak elverişli olan en düşük enerjili orbitali doldurur

24 Bir Atomun Elektronik Konfigürasyonu Nasıl Yazılır? Kurallar: 1) Orbitalleri en düşük enerjiliden ihbaren doldurmaya başlayın; (1s orbitali en düşük enerjili orbitaldir) 2) Her temel enerji seviyesi n tane alt- seviyeden (sub- levels) oluşur ve her alt- seviye belli sayıda orbital içerir 3) Bir orbitale 2 elektrondan fazlası yerleşhrilemez 1s < 2s < 2p < 3s < 3p (İlk 3 temel enerji seviyesi için enerji sırası) Be: 1s 2 2s 2 O: 1s 2 2s 2 2p 4 Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 hkp:// states.php?lang=eng

25 Moleküller Nasıl Oluşur? Birden fazla elemenken oluşan saf maddelere bileşik adı verilir, mesela su (H 2 O) ve karbondioksit (CO 2 ) Değerlik (valans) elektronları ; Çekirdekten en uzak yörüngede (kabukta) yer alan elektronlardır Değerlik elektronları önemlidir çünkü; bağ oluşumu değerlik elektronlarının atomlar arası transferi ile gerçekleşir Tam dolu değerlik kabuğu bir atomun en kararlı halidir (soygaz konfigürasyonu) Kimyasal bağ oluşumunun temel amacı tam dolu değerlik (valans) kabuğuna sahip olmak%r. Valans kabuğu

26 Kimyasal Bağ Oluşumu 1) Kovalent bağ: Bir veya daha fazla elektron çioi atomlar arasında eşit olarak paylaşılır 2) İyonik bağ: Elektronların bir atomdan diğerine tamamen transferiyle oluşan bağdır 3) Metalik bağ: Metaller arasında oluşan bağ çeşidi elektron havuzu içerisinde metal iyonları ü İki ametal atomu reaksiyona girerek kovalent bileşik oluşturur ü Bir metal bir ametalle reaksiyona girerek iyonik bileşik oluşturur

27 1) Kovalent Bağ: Elektronların Paylaşımı Kovalent bağda elektronlar atomlar arasında ortaklaşa paylaşılır Kovalent bağ oluşumu için değerlik kabuğundaki orbitallerin örtüşmesi gerekir (molekül orbitalleri oluşur) Atomlar, elektron paylaşarak soygaz konfigürasyonuna ulaşmış olurlar Kovalent bağlarla bağlanmış atomlar molekülleri oluştururlar; (O 2 ve C 6 H 12 O 6 gibi) Molekül formülü bir kovalent bileşiğin kompozisyonunu gösterir C 3 H 8 S (1- Hyol), soğan kokusu C 6 H 12 O 6 (glukoz), şeker hkp://hyperphysics.phy- astr.gsu.edu/hbase/chemical/lewis.html

28 Kovalent Bağ: Tekli ve Çoklu Bağlar Kovalent bağ çeşitleri: Sigma (γ) ve pi (π) bağları İki atom arasında tekli veya çoklu bağlar oluşabilir Tekli bağlar her zaman sigma bağıdır Tekli bağ bir sigma bağı Çioli bağ bir sigma bağı + bir pi bağı Üçlü bağ bir sigma bağı + 2 pi bağı hkp://hyperphysics.phy- astr.gsu.edu/hbase/chemical/lewis.html

29 2) İyonik Bağ: Elektronların Transferi İyonik bağ, bir veya daha fazla elektronun bir atomdan diğerine tamamiyle transferiyle oluşur; bu transferde atomlardan biri pozihf yükle yüklenirken (katyon), diğeri ise negahf yükle yüklenir (anyon) İyonik bağ, zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostahk etkileşim sonucu oluşur (coulomb kuvveh) İyonik bileşikler sürekli bir kristal kafes yapısına sahiph (ladces) katyon ve anyonların oluşturduğu bir ağ yapısı (network) İyonik bileşiklerin net yükü sıurdır hkp://

30 Polar Kovalent Bağ ve ElektronegaHvite Kovalent bağda elektron transferi olmamasına rağmen, bağı oluşturan atomlar kısmi yüklere sahip olabilirler Heteroatomik bir molekülde molekül üzerindeki elektron dağılımı homojen değildir elektronlar eşit olarak paylaşılmaz Elektronega-vite bir atomun kimyasal bağdaki elektronları kendine doğru çekebilme yeteneğinin bir ölçüsüdür Elektronega'vite bir molekülde hangi atomun kısmi nega'f, hangisinin ise kısmi pozi'f olduğunu belirleyicidir Polar bağlara sahip bütün moleküllerin kendileri polar değildir (mesela CO 2 ) hkp://apbrwww5.apsu.edu/thompsonj/anatomy%20&%20physiology hkp://bio1151b.nicerweb.net/locked/media/ch02/ hkp:// tokyo.ac.jp/~fukuyama/interachve_trial

31 Moleküller Arası (Non- Kovalent) Etkileşimler Non- kovalent (kovalent- olmayan) etkileşimler moleküller arasındaki zayıf bağlardır (fiziksel etkileşimler) Non- kovalent etkileşimler kaynama noktası, donma noktası, yoğunluk gibi fiziksel özellikleri belirler Bu etkileşimler biyolojik sistemler için çok önemlidir (genomun paketlenmesi, protein katlanması, hücre zarının yapısı gibi olaylarda) Zayıf olmalarına rağmen, iki molekül arasında aynı anda oluşan çok sayıda non- kovalent bağ büyük bir kümülahf etki yapar Etkileşim Türü Kovalent Van der Waals Hidrojen Bağı Enerji kcal/mol 1-2 kcal/mol 3-5 kcal/mol

32 Moleküller Arası Etkileşim Türleri: 1) ElektrostaPk Etkileşimler (iyon- dipol ve dipol- dipol etkileşimleri) 2) Van der Waals Kuvvetleri 3) Hidrojen Bağı 4) Hidrofobik Etkileşimler

33 1) ElektrostaHk Etkileşimler (Coulomb Etkileşimleri) Zıt yükler birbirini çeker, aynı tür yükler birbirini iter Polar kovalent bağlar nedeniyle molekülün bir tarae kısmi negahf, diğer tarae kısmi pozihf yüklüdür - bu moleküller dipol e sahiphr İyon- dipol ve dipol- dipol etkileşimleri elektrosta-k türden etkileşimlerdir iyon- dipol etkileşimi dipol- dipol etkileşimi hkp://chemwiki.ucdavis.edu/organic_chemistry/organic_chemistry_with_a_biological_emphasis

34 2) Van der Waals Etkileşimleri London Dispersiyon kuvvetleri: Moleküller arasında indüklenmiş dipoller dolaysıyla görülen etkileşimlerdir bütün moleküller arasında görülür apolar moleküller arasındaki tek etkileşim çeşididir (örneğin metan molekülünde) Geçici dipol (indüklenmiş dipol) oluşumu sonucu gerçekleşen etkileşimlerdir kısa sürelidirler Uzaklık ve ortam Van der Waals etkileşimlerinin şiddepni belirleyen iki önemli parametredir

35 3) Hidrojen Bağı Hidrojen Bağı Nedir?: Oksijen, azot veya flor atomuna kovalent olarak bağlı bir hidrojen atomunun başka bir oksijen, azot veya flor atomu üzerindeki yalnız elektron çioi ile etkileşmesine hidrojen bağı denir 1) Hidrojen atomu oksijen, azot veya flor atomlarından birisine kovalent olarak bağlı olmalı 2) Aynı hidrojen atomu başka bir oksijen, azot veya flor atomu üzerindeki yalnız elektron çiii ile etkileşmelidir Hidrojen bağları kovalent bağa göre daha zayıf ancak Van der Waals etkileşimlerine göre ise daha kuvvetlidir Hidrojen bağı dipol- dipol etkileşiminin özel bir türüdür Su molekülleri arası hidrojen bağı hkp://commons.wikimedia.org/wiki/file:hydrogen- bonding- in- water- 2D.png hkp:// i/protein- structure/secondary- structure

36 4) Hidrofobik Etkileşimler Moleküller arası etkileşimlerin en zayıflarındandır Su ve hidrofilik bileşenleri olan sistemlerde görülür Hidrofobik (Apolar) moleküller, suyla temaslarını en aza indirmek için birbirleriyle etkileşerek bütüncül bir yapı oluştururlar hidrofobik etkileşim Bu tür etkileşimler amfibilik moleküllerin sulu ortamda davranışının açıklanmasında önemlidir Vücudumuzda lipidlerin ve proteinlerdeki hidrofobik amino asitlerin davranışı hidrofobik etkileşimlerle açıklanır hkp://biology.stackexchange.com/queshons/34679/why- dont- phospholipid- bilayers- dissolve

37 Maddenin Üç Hali Moleküller arası fiziksel etkileşimlerin (non- kovalent) derecesi bir maddenin fiziksel halini belirler KaJ > sıvı > gaz (non- kovalent etkileşimlerin kuvveh) Non- kovalent etkileşimlerin sayısı ve kuvvet derecesi değişhrilerek maddenin fiziksel hali değişhrebilir - bu durum maddeden enerji vererek veya alarak gerçekleşir hkp://scienceehs.blogspot.com.tr/2011/09/three- states- of- water.html

38 Maddenin Üç Hali Bir maddenin sahip olduğu enerjiyi arjrdıkça, o maddenin molekülleri daha hızlı hareket eder; bu hareket belirli bir düzeye çıkjğında moleküller arasındaki çekme kuvvehni yenerek maddenin faz değişhrmesine neden olur Polar moleküller non- polar moleküllere göre daha yüksek erime ve kaynama noktalarına sahiphrler (su b.p. =100 C, metan b.p.= C) hkp://

39 Kimyasal Reaksiyonlar Kimyasal reaksiyon atomlar arasındaki mevcut bağların kırılmasını ve yeni bağların oluşumunu içerir Kimyasal reaksiyonların temelinde atomların son yörüngelerindeki elektron sayılarını (valans kabuğu) kararlı yapı olan soygaz konfigürasyonuna benzetme isteği yatar (oktet kuralı) Reaksiyona giren maddeler belirli sabit oranlarda (stokiyometri) tepkime verirler (sabit oranlar kanunu) Reaksiyon stokiyometrisi, moleküllerin kimyasal formülleri önündeki sayılarla ifade edilir 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 (fotosentez) 6 : 6 1 : 6 girenler ürünler

40 Nükleofil ve Elektrofil Kavramı Nükleofiller, elektronca zengin atom veya moleküllerdir (Nu veya Nu δ ) Nükleofillerin son yörüngelerinde en az bir adet bağ yapmaya elverişli elektron çioi vardır; bu elektronlar bağ yapmak için kullanılmaya uygundur Elektrofiller, elektronca fakir atom veya moleküllerdir (E + veya E δ+ ), Elektrofiller tam bir elektron çioi kabul ederek nükleofillerle kovalent bağ oluşturabilirler hkp://science.uvu.edu/ochem/index.php/alphabehcal/m- n/nucleophile/

41 İndirgenme ve Yükseltgenme Reaksiyonları (Redoks) İndirgenme ve yükseltgenme reaksiyonlarında (redoks reaksiyonları) bir molekülün yükseltgenmesi diğer molekülün indirgenmesiyle eş zamanlı gerçekleşir Bir nükleofil bir elektrofile elektron(lar) vererek redoks reaksiyonu gerçekleşir Elektron kaybeden molekül yükseltgenmiş hale gelirken, elektron kazanan molekül ise indirgenmiş olur yükseltgenen (indirgeyici) indirgenen (yükseltgeyici) hkp:// synthesis.com/webbook/15_redox/redox.php

42 Birçok durumda; ü hidrojen kaybı yükseltgenmedir / hidrojen kazanımı indirgenmedir; ü oksijen kaybı indirgenmedir / oksijen kazanımı ise yükseltgenmedir Redoks reaksiyonlarının biyolojik sistemlerde birçok örneği vardır; mesela organik bileşiklerin birçoğunun oksidasyonu NAD + veya FAD gibi kofaktörlerin indirgenmesiyle eş zamanlı olur hkp:// synthesis.com/webbook/15_redox/redox.php

43 Reaksiyon Mekanizması Reaksiyon mekanizması, reaksiyona giren maddelerin nasıl ürünlere dönüştüğünü açıklar (basamak sayısı, her basamaktaki reaksiyonun cinsi vb.) Bir reaksiyonda ürünlerin oluşumu direk olarak değil, çeşitli basamaklar üzerinden gerçekleşir Bu basamaklar reaksiyonun mekanizmasını belirler

44 Reaksiyonun Mekanizması Bir reaksiyon tek basamaklı veya birden fazla basamaklı olabilir Tek basamaklı bir reaksiyonu ele alalım: A + B à C Reaksiyona giren maddeler bir anda ürünleri nehce vermez ; bunun yerine bir geçiş hali (transihon state) üzerinden ürün oluşur Geçiş hali bir reaksiyondaki en yüksek enerjili noktadır Geçiş halinde bazı bağlar kısmi olarak kırılmışken bazı bağlar ise kısmi olarak oluşmuştur AkHfleşme enerjisi hkp://chemistry.tutorvista.com/organic- chemistry/hammond- postulate.html

45 Geçiş Halleri (TransiHon states) ve Ara Çok basamaklı bir reaksiyonu ele alalım: Reaksiyona giren maddeler her basamakta bir ara ürün oluştururlar; son basamakta ise son ürün oluşturulur Çok basamaklı bir reaksiyonda her basamaktaki ara ürün oluşumu için ayrı bir geçiş hali mevcukur Ara ürünler geçiş hallerinden daha kararlıdırlar ve ömürleri daha uzundur Ürünler (net reaksiyon)

46 Reaksiyon Mekanizması Çeşitleri: 1) Yer değişhrme (SubsHtuHon) 2) KaJlma (AddiHon) 3) Ayrılma (EliminaHon) 4) Kondenzasyon (CondensaHon) 5) Hidroliz

47 1) Yer DeğişHrme Bir yer değişhrme reaksiyonunda giren madde üzerindeki bir atom başka bir atomla yer değişhrir A + B - X > B + A - X (A atomu B atomu ile yer değişhrmiş) Yer değişhrme reaksiyonları nükleofilik veya elektrofilik olabilir Nükleofilik yer değiş-rme reaksiyonları en yaygın görülen türüdür

48 Nükleofilik Yer DeğişHrme Bir nükleofilin bir moleküle atağı sonucu yer değişhrme gerçekleşirse bu reaksiyona nükleofilik yer değişprme reaksiyonu denir Nükleofilik yer değişhrme reaksiyonları bir veya iki basamakta gerçekleşebilir hkp://chemwiki.ucdavis.edu/organic_chemistry/organic_chemistry_with_a_biological_emphasis/chapter_08%3a_nucleophilic_subshtuhon_reachons_i

49 Bir kajlma reaksiyonunda iki molekül birleşerek ürün olarak tek bir molekülü verirler A + B > AB 2) KaJlma En yaygın görülen kajlma reaksiyonları küçük moleküllerin karbon- karbon çio bağlarına (alkenlere) kajlmalarıdır Bu tür reaksiyonlarda çi[ bağ nükleofil, ka\lan molekül ise elektrofil olarak davranır (elektrofil) Diğer bir yaygın kajlma reaksiyonu ise bir nükleofilin karbonil bağındaki karbon atomuna (karbon- oksijen çio bağı) Su kajlması reaksiyonuna hidrasyon ismi verilir hkp://chemwiki.ucdavis.edu/organic_chemistry/organic_chemistry_with_a_biological_emphasis

50 3) Ayrılma (Eliminasyon) Bir ayrılma reaksiyonunda, molekül bir kısmını kaybederek çio bağ oluşturur; elimine olan kısım ise ayrı bir molekül haline gelir Eliminasyon reaksiyonu kajlma reaksiyonunun tersidir Eliminasyon reaksiyonu nehcesinde molekülde çioli bağ oluşur Bu reaksiyonlar bir veya iki basamaklı mekanizmalar üzerinden gerçekleşir

51 4) Kondenzasyon Bir kondenzasyon reaksiyonunda iki molekül birleşerek bir büyük molekül, bir de küçük molekülü ürün olarak oluştururlar A- X + B- Y à A- B (büyük molekül) + X- Y (küçük yan ürün) Kondenzasyon reaksiyonları iki küçük molekülü birleşhrerek bir büyük molekülü oluşturmaya imkan sağlar Genelde, elimine olarak oluşan küçük ürün su molekülüdür (su çıkması- dehidrasyon reaksiyonu) Kondenzasyon reaksiyonlarının biyolojide birçok örneği vardır (amino asitlerden protein oluşması, nükleik asitlerin birleşerek DNA/RNA oluşturması gibi) hkp://

52 5) Hidroliz Büyük moleküllerin suyla reaksiyona girerek küçük moleküllere parçalandığı reaksiyonlara hidroliz denir Suyun oluştuğu Kondenzasyon reaksiyonlarının tam zıjdır Dikkat: hidrasyon ve hidrolizi karış%rmayın!;hidrasyonda su bir molekülün yapısına ka\lır ve molekülde parçalanma olmaz Biyolojik sistemlerdeki en önemli reaksiyonlardan birisi ATP moleküllerinin hidrolizidir