Kimya.12 3.Ünite Konu Özeti

Transkript

1 Kimya.12 3.Ünite Konu Özeti 1. ORGANĠK REDOKS TEPKĠMELERĠ 2. YER DEĞĠġTĠRME (SÜBSTĠTÜSYON) TEPKĠMELERĠ 3. KATILMA TEPKĠMELERĠ 4. AYRILMA (ELĠMĠNASYON) TEPKĠMELERĠ 5. KONDENZASYON TEPKĠMELERĠ Hazırlayan Ali Arpat 1

2 ORGANĠK REDOKS TEPKĠMELERĠ Dünyadaki en önemli kimyasal tepkimelerden biri CO 2 nin karbonhidrata dönüģtüğü fotosentez tepkimesidir. 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 +6O 2 Aynı Ģekilde Metanın yanma tepkimesi ile ortak özelliği her ikisinde de karbonun yükseltgenme basamaklarının değiģmesidir. Bu Ģekilde indirgenme ve yükseltgenme tepkimelerinin bir arada olduğu tepkimelere Redoks tepkimeleri denir. b) lerin Yükseltgenmesi Yükseltgenme indirgenme reaksiyonlarını denkleģtirmek için çeģitli yollar vardır. Not: Karbon elementinin alabileceği en yüksek yükseltgenme basamağı +4 olduğundan bu değere ulaģan karbon bileģikleri yanma özelliği gösteremez. (CCl 4, CF 4 ) Asidik veya nötr ortamda, denklemde; a) Oksijen gerekli olan tarafa H 2 O ilave edilir. ORGANĠK BĠLEġĠKLERDE KARBONUN YÜKSELTGENME BASAMAĞI Karbon elementinin hem kendisi ile hem de birçok farklı elementle tekli, ikili ve üçlü bağlar yapabilmesi onun milyonlarca organik bileģik oluģturabilmesini mümkün kılar. Karbon atomunun yükseltgenme basamağı CO 2 ile hidrokarbon arasında değiģmektedir. Karbon ve hidrojenin dıģındaki elementleri de bulunduran bileģiklere heteroatom bileģikler denir. Elementlerin elektro negatiflik sıralaması, F > O > N > CI > Br > C > I > H Ģeklinde özetlenebilir. Her karbon atomunun yükseltgenme basamağı, bağ yaptığı elementin elektronegatifliğine bağlı olarak değiģebilir. Bir molekülde yer alan her element atomunun yükü farklı olabilir. Elementin molekül içinde taģıdığı birim yüke formal yük denir. Organik bileģiklerde bazı karbon atomlarının değerliği değiģmez. Değerliği sabit kalan karbonların redoks hesaplamasına katılmasına gerek yoktur. ORGANĠK REDOKS ÖRNEKLERĠ H 2 + 1/2O 2 H 2 O tepkimesi bir redoks tepkimesidir. Bu tepkime gibi organik bileģiklerin tepkimeleri de birer redoks tepkimesi olmasına rağmen bazen basit denklemler gibi denkleģtirmek daha kolaydır. a) Wurtz Sentezi Bu sentez, iki alkil halojenürdeki halojenleri Na ile koparıp, daha yüksek moleküllü bir alkan eldesidir. Genel: 2R X + 2Na R R + 2NaX e vererek yükseltgenir. Atom elektron alarak indirgenir. Örnek: 2R I + 2Na 2CH 3 I + 2Na R R + 2NaI C 2 H 6 + 2NaI Wutz sentezinin en önemli kusuru, yan tepkimelerin de oluģmasıdır. R 1 X ve R 2 X gibi iki alkil halojenür kullanılırsa, R 1 R 1, R 1 R 2 ve R 2 R 2 olmak üzere, üç ayrı ürünün karıģımı oluģur. b) Hidrojen gerekli olan tarafa H + ilave edilir. c) Yükleri denkleģtirmek için, reaksiyon denkleminin pozitif yükün fazla olduğu tarafına elektronlar ilave edilir. Örnek: CH 3 CH 2 OH+K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4 CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4 ) 3 Bu reaksiyon H 2 SO 4 ten anlaģıldığı gibi asitli ortamda yapılmıģtır. Bu reaksiyon için yarı reaksiyonlar aģağıdaki gibi yazılır. CH 3 CH 2 OH 2 Cr 2 O 7 CH 3 COOH Cr +3 Önce gerekli tarafa su eklenir, hidrojen sayısını eģitlemek için ise gerekli tarafa H + ve elektrik yükü eģitlemek için gerekli tarafa é eklenir. CH 3 CH 2 OH + H 2 O Cr 2 O H+ +6é CH 3 COOH + 4H + + 4é 2Cr H 2 O DenkleĢmiĢ olan iki yarı reaksiyondaki elektron sayıları eģitlenir ve toplanır. 3 / CH 3 CH 2 OH + H 2 O CH 3 COOH + 4H + + 4é 2 / Cr 2 O H + +6é 2Cr H 2 O Bundan sonra reaksiyon denklemi, denkleģmiģ moleküler denkleme çevrilir. 3CH 3 CH 2 OH +3H 2 O 3CH 3 COOH +12H + +12é 2Cr 2 O H + +12é 4Cr H 2 O Denklem taraf tarafa toplandığında 3CH 3 CH 2 OH +3H 2 O + 2Cr 2 O H + 3CH 3 COOH +12H + + 4Cr H 2 O Denklem sadeleģtirildiğinde 3CH 3 CH 2 OH + 2Cr 2 O H + 3CH 3 COOH + 4Cr H 2 O DenkleĢmiĢ tepkimesi elde edilir. 2

3 Bazik ortamda, denklemde; a) Oksijen gerekli olan tarafa OH ilave edilir. b) Hidrojen gerekli olan tarafına H 2 O ve her ilave edilen H 2 O için diğer tarafa OH ilave edilir. c) Pozitif yükün fazla olduğu tarafa gerektiği kadar elektron ilave edilir. Örnek: CH 3 CH 2 OH+KMnO 4 + NaOH CH 3 COOH + Mn(OH) 2 Yarı tepkime aģağıdaki gibidir. CH 3 CH 2 OH MnO 4 Mn +2 CH 3 COOH Oksijen gerekli olan tarafa OH ilave edilir. Hidrojen gerekli olan tarafına H 2 O ve Pozitif yükün fazla olduğu tarafa gerektiği kadar elektron ilave edilir. CH 3 CH 2 OH + 4OH CH 3 COOH + 3H 2 O + 4é MnO 4 + 4H 2 O + 4é Mn OH Alınıp verilen elektron sayısı eģit olduğundan tepkime toplanır. CH 3 CH 2 OH + MnO 4 + H 2 O CH 3 COOH + Mn OH DenkleĢmiĢ tepkimesi elde edilir. Bazik ortam tepkimelerinde KMnO 4 çözeltileri kullanılabilir. Tepkime denklemine ok üzerine [O] ifadesi yazılması yükseltgenme olacağını ifade etmektedir. Tepkime denklemine ok üzerine [H 2 ] ifadesi yazılması indirgenme olacağını ifade etmektedir. Primer alkollerin ilk kademe yükseltgenmesinde aldehit sonraki yükseltgenmesinde karboksilli asit oluģmaktadır sekonder alkollerin yükseltgenmesi ile ketonlar meydana gelir. Tersiyer alkoller yükseltgenmezler. Not: ler hidroksilin bağlı olduğu karbon atomundaki hidrojen sayısı kadar basamak yükseltgenir. Metil : 3 0 yükseltgenir. Primer : 2 0 yükseltgenir. Sekonder : 1 0 yükseltgenir. Tersiyer : 0 0 yükseltgenemez. Aldehitlerin Tolens ve Fehling çözeltileriyle yükseltgenmesi tepkimeleri aldehitlere özgü yükseltgenme tepkimeleridir. Yer DeğiĢtirme (Sübstitüsyon) Tepkimeleri Yer değiģtirme tepkimeleri reaktif maddelerin birbirleriyle yer değiģtirmesi Ģeklindeki tepkimelerdir. Organik bileģiklerin tepkimeleri, kovalent bağların kırılması ve oluģumu üzerinde gerçekleģmektedir. Elektron eksikliği olan atom ya da atom gruplarına Elektrofil denir. ( NO 2 +, SO 3 H +, RC +, RCO + gibi gruplar (Elektrofilik) elektron sevendir.) Üzerinde elektron çifti bulunan atom veya atom gruplarına Nükleofil denir. ( X, OH ) Radikaller Üzerinde Yürüyen Yer değiģtirme Tepkimeleri Alkanların halojenlerle olan tepkimeleri yüksek sıcaklıklarda veya ultraviyole ıģınları etkisi altında gerçekleģir ve yer değiģtirme tepkimeleri radikal oluģumu üzerinde gerçekleģir. Kimyasal bir tepkimede tepkimeye katılanların ürünlere dönüģmesi sırasında meydana gelen bağ oluģumlarını ve kırılmalarını basit basamaklar Ģeklinde gösterilmesine tepkime mekanizması denir. BileĢiğin yapısında bulunan atom veya yerini alan baģka atom veya atom gruplarına sübstitüent denir. Tepkimeye giren molekül ya da iyonlara substrat denir. R H + X 2 R X + HX bu tepkimeler tüm hidrojen atomları bitene kadar devam edebilir. Elektrofilik Yer DeğiĢtirme Tepkimeleri Benzen ve benzenin kimyasal özelliklerine sahip bileģiklere aromatik hidrokarbon bileģikleri veya benzenin türevleri denir. Benzen alkanlardaki gibi ultraviyole ıģık altında klorlandığında tepkime gerçekleģir. Benzen + 3X 2 Hegzaklorosiklihegzan Bu tepkime bir katılma tepkimesidir. Benzen + X 2 Nitrobenzen oluģumu Benzen + HNO 3 Benzensülfonik asit oluģumu Benzen + H 2 SO 4 Halojen benzen (Klorbenzen) Nitrobenzen + H 2 O Benzenin alkil türevlerinin oluģumu (Freidel Crafts) Benzen + R X Benzensülfonik asit + H 2 O Alkil benzen 1. BÖLÜM BĠTTĠ 3

4 Nükleofilik Yer DeğiĢtirme Tepkimeleri Organik bileģiklerin yer değiģtirme tepkimeleri sadece radikaller üzerinde yürüyen ve elektrofillik tepkimeler değildir. Nükleofil çekirdekseven anlamına gelir. Halojenler birer nükleofildir. R X + NaOH Williamson Eter Sentezi R OH + NaX Katılma Tepkimeleri Katılma tepkimeleri doymamıģ hidrokarbonlara ve karbonil grubu içeren aldehit ve ketonlara madde katılarak yapılarındaki pi bağlarının kırılarak yerine sigma bağları oluģumu Ģeklindeki tepkimelerdir. Katılma tepkimeleri ayrıģma tepkimelerinin tersidir. Bunlar Elektrofilik katılma ve Nükleofilik katılma Ģeklindedir. Katılma ve ayrıģma tepkimeleri birbirinin tersi olan reaksiyonlardır. R X + R ONa R O R + NaX Elektrofilik Katılma Tepkimeleri Benzen Halkasına Ġkinci Bir Grubun Bağlanması Benzen halkasına ikinci bir grubun aynı olasılıkla bağlanması düģünülebilir. Ancak gerçeğin böyle olmadığı görülmüģtür. Metilbenzen (Toluen) nitrolandığında orto veya para durumunda bağlanır. Nitrobenzene ikinci bir grup bağlandığında ise meta durumunda bağlandığı görülmüģtür. AraĢtırmalar ikinci grubun nasıl bağlanacağına birinci grubun karar verdiğini ortaya koymuģtur. Tepkime hızını daha etkin kılan gruplara gruplara etkinleģtirici (elektron sunucu) grup denir. Tepkimenin hızını azaltan gruplara ise elektron çekici grup denir. Elektron sunucu orto veya para yönlendirici (OH, NH 2, R-O, C6H5, R, X ), elektron çekici ise meta yönlendiricidir. (SO 3 H, CHO, HCO 2, CN, NO 2 ) Alken ve alkinlere halojen asidi katılması bir Elektrofilik katılma tepkimesidir. Çünkü bu reaksiyonlara katılma H katılmasıyla baģlar. Bu katılmalar Markovnikof kuralına göre olur. (HX, H OH, X 2 katılmaları) elektrofilik katılmalardır.) Markovnikov Kuralı Katılma tepkimelerinde simetrik olmayan reaktifler katılırken reaktifin pozitif kısmı hidrojeni fazla olan karbona katılır. (Hidrojen hidrojeni fazla olan karbon atomuna katılır.) Nükleofilik Katılma Tepkimeleri (Kolbe Schmitt) Fenol + CO 2 + NaOH Salisilikasit Katılma tepkimeleri gerçekleģirken pi bağı bir nükleofilin katılımıyla kırılıyorsa buna Nükleofilik katılma denir. R MgX + Aldehit R MgX + Keton 2. BÖLÜM BĠTTĠ 4 3. BÖLÜM BĠTTĠ

5 Ayrılma (Eliminasyon) Tepkimeleri Bu tepkimeler genellikle doymamıģ yapılı organik bileģik oluģumu ile sonuçlanır. Ayrılma Zaitsev kuralına göre olur. Zaitsev Kuralı BileĢikten hidroksil veya halojen atomu ayrılırken hidroksil veya halojen atomlarının bağlı olduğu karbona komģu olan karbonlardaki hidrojeni az olan karbondan da bir hidrojen koparmaktır. Ayrılma tepkimeleri Alkilhalojenürlerden HX ayrılması veya lerden Su çekilmesi Ģeklinde olur. Alkilhalojenür Alken + Halojenasidi Kondenzasyon Tepkimeleri Kondenzasyon tepkimesi iki molekülün veya fonksiyonel grubun birleģerek büyük bir molekül ve küçük bir molekül oluģturması olayıdır. Küçük moleküller (H 2 O, HX, CH 3 OH, CH 3 COOH) gibi moleküllerdir. lerde Eter eldesi Ġki mol mono alkolde düģük sıcaklıkta (140 0 ) bir mol su çekilmesiyle oluģan bir tepkimedir. Eterlerin bu Ģekilde elde edilmesi moleküller arası kondenzasyon tepkimesi olarak adlandırılır. Sıcaklık artıģı yan ürünün artmasına neden olur. Bu tepkimede yan ürün olarak alken oluģur. 2R OH R O R + H 2 O Alken + Su Karboksilli asitlerin alkollerle tepkimelerinde Bu tepkimelerde ester oluģur. (Fischer EsterleĢmesi) Bir mol monoalkol ile bir mol karboksilli asidin tepkimesinde bir mol su ayrılırsa ester oluģur. R OH + R COOH R CO O R + H 2 O Ġki aminoasit molekülünde peptit oluģumu Aminoasitler hem asit hem de baz özelliği gösteren organik bileģiklerdir. Ġki mol aminoasitten bir mol su çekildiğinde peptit bağı oluģur. Aminoasitler proteinlerin yapıtaģıdır. Doğada 20 kadar aminoasit bulunur. Kondenzasyon PolimerleĢmesi Proteinler önemli doğal polimerlerdir. Endüstri ürünleri ( Polietilen, Polieter, Poliester ) yapay polimerlerdir. Bu tepkimeler polimerleģme tepkimeleri gibi çoklu bağların kırılıp moleküllerin uç uca bağlanması Ģeklinde olmasının yanında küçük yan ürünlerin oluģmasıyla sonlanırlar. 4. BÖLÜM BĠTTĠ 5 5. BÖLÜM BĠTTĠ