Doymamış Alifatik Hidrokarbonlar (Alkenler) ve Polimerleri Prof. Dr. Arif ALTINTAŞ
Doymamış Hidrokarbonlar Alkenler (Olefinler) Genel formülleri n H 2n olan ve yapılarında en az bir çift bağ bulunduran bileşiklerdir. Bu bileşiklere, moleküllerindeki çift bağ içermeleri ve sadece karbon ve hidrojenden oluşmalarından ötürü doymamış hidrokarbon da denir. Bu tip bileşiklere halojenlerle reaksiyona girdiği zaman yağ görünüşlü ürünler oluşturduğundan, yağ oluşturucu anlamına gelen olefin ismi de verilir. Çift bağın reaksiyon verme yeteneğinden dolayı alkenler fonksiyonel bir gruptur. Molekülde bir tane çift bağ varsa IUPA sistemine göre son eki en en dir. İki çift bağ varsa dien dien, üç tane çift bağ varsa trien son ekiyle adlandırılır. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 2
Alkenler Genel l olarak çok reakti tiftirler. Tipik olarak reaks ksiyonları hidrojen ve halojen eklenmesini kapsar. Polimer merleşme poliet etilen, poliprop propilen Çok sayıda çift bağ içerebilir Konjuge olmuş - π elektron tronların delokali alizasyonu 1,3-butadien - sentetik kauçuk üretimi Izopren (2-met metil-1,3-butadien) - izoprenoidler, steroidler H 2 =H H 2 H 2 H= H 2 H 2 == H 2 http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 3
Alkenler σ = π Alkenlerde çift bağ bir adet kuvvetli sigma (σ) bağı ile sigma bağına kıyasla biraz daha zayıf pi (π ) bağından oluşmuştur Pi bağının kolayca kırılmasından dolayı, alkanlara kıyasla alkenler daha reaktiftirler. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 4
Alkenlerin İsimlendirilmesi Alkanların isimlendirilmesine benzer. Tek fark alkanlardaki son ek "an" ekinin alkenlerde "en" ekine dönüşmesidir. Örneğin, Etan Eten, Prapan Propen, Butan Buten,...vb. Alkenlerin isimlendirilmesinde dikkat edilecek konulardan birisi de, en uzun karbon zincirinin tespit edilmesinde karbon-karbon çift bağının en küçük numarayı alabileceği yönde numaralandırmaktır H 3 6 5 4 3 2 1 H 3 -H 2 -H 2 H = H - H 3 2-Hekzen 1 H 3 2 3 4 5 6 H-H=H-H 2 -H 3 H 3 2-Metil-3-hekzen H 2 H H 2 H 3 1-buten H H 3 H 3 2-metil-2-buten H 3 3-methylcyclopentene http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 5
Ortak Adları Genellikle küçük moleküller için kullanılır Örnekler: H 3 Alken Eten Propen 1-buten 2-buten Metil propen Molekül formülü Özel adı H 2 = H 2 Etilen H 3 H=H 2 H 3 H 2 H=H 2 H 3 H=H H 2 H 2 H 2 ethylene E ti l e Propilen α-butilen β-butilen H 2 HH 3 propylene H 3 H 3 = H 2 İzo-butilen n P r o pi le n H 2 H 3 isobutylene İz o b ut ile n http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 6
Alken kökleri = H 2 metilen (metiliden) -H = H 2 vinil (etenil) -H 2 -H = H 2 allil (2-propenil) http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 7
Alkenlerin Genel Özellikleri Alkenlerin genel çift bağ özelliklerini eten (etilen) üzerinde ele alalım. Alkenlerde karbon atomu üç adet sp2 hibritleşmiş ve bir tane de hibritleşmemiş p orbitaline sahiptir. İki karbon atomu bağ yapmak üzere birbirlerine yaklaştıkları takdirde, iki çeşit bağ oluşur; sp2 orbitallerinin kafa kafaya örtüşmesinden bir adet "sigma (σ) ve p orbitallerinin yan yana örtüşmelerinden oluşan bir adet "pi (π)" bağı oluşur. Çift bağlı karbon atomları ve bunlara bağlı dört atom hepsi bir düzlem içinde bulunurlar. Bağ açıları 120 dir. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 8
Alkenlerin Kimyasal Özellikleri Alkenler pi bağının nispeten elektronca zenginliğinden dolayı elektron bakımından fakir merkezler (elektrofiller) ile "katılma reaksiyonları" verirler. Örneğin, HBr ün eten molekülüne katılması ile bromometan elde edilir 2 HBr + H 2 = H 2 2 H 3 Br Bromometan http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 9
Karakteristik Reaks ksiyonlar Alkenlerin tipik reaksiyonları katılmadır React ion Descriptive Name(s ) + + + Hl (HX) H 2 O Br 2 (X 2 ) H H (X) Br l (X) OH Br (X) Hydrochlorination (hydrohalogen ation ) Hydration Bromination (halogenation) H 2 O HO + Br 2 Bromo(halo)hydrin (X 2 ) Br (X) form ation http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 10
Karakteristik Reaks ksiyonlar H 2 O HgOAc + Hg(OAc) 2 Oxymercuration HO + BH 3 H BH 2 Hydroboration + OsO 4 HO OH Diol formation (oxidation) + H 2 H H Hydrogenation (reduction) http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 11
Alkenlerin lerin Polimer merleri Polietilen http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 12
Bilinen Sentetik Polimerler Polietilen Vinil klorid Polipropilen Politetrafloroetilen (Teflon) Polidikloroetilen (Saran) Polistiren http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 13
Bilinen n SentetiS ntetik Polimer merler PV (monomer) (polimer) (monomer) polimer) http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 14
Bilinen n SentetiS ntetik Polimer merler http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 15
Plastik Nedir? Karbonun metal olmayan elementlerle (H, O, l,, N) meydana getirdiği büyük moleküllü organik bileşiklere plastik denir. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 16
Plastiğin Diğer Adı Polimer Nedir? Karbonun diğer veya H, O, OH, l gibi element veya iyonlarla kovalan bağlarla oluşturduğu molekül zincirlerinin van der Waals çekmeleri ile bir arada bulunması ile oluşan malzeme grubuna polimer denir. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 17
Polimer merler Polimer merler Monomer denen tekrarlanan küçük moleküllerin kovalan bağlarla oluşturdukları bir Makromolekül setidir. Polimerler büyük, uzun-zincir zincir moleküllerdir, Bitkilerde selüloz, gıdalarda nişasta, vücutta proteinler ve DNA doğal polimerlerdir dir. Sentetik polimerler de vardır: poliet etilen ve polist stiren, teflon ve naylon gibi. Küçük alkenlerin reaksiyonundan yapılabilir Alkenler sahip oldukları çift bağ sayesinde çok reaktiftirler n H 2 = H 2 - (H H) n - http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 18
Polimeriza merizasyon Polimeriza merizasyonda, küçük tekrarlanan birimler (monomer) uzun zincir polimer oluşturur. H H H H H H + + monomer Tekrarlanan unit monomer repeatsbirimler H H H H H H Ethylene Etilen monomerler monomers devam chain eden continues zincir H H H H H H H H H H H H devam chain eden continues zincir Polyethylene Polietilen (polimer) http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 19
Birçok Mer Mer Çeşidi Vardır http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 20
Monomerler ve Polimerler Monomer Polimer bölümü Ortak kullanım Plastik kutular, film, yalıtım materyalleri Plastik pipetler ve tüpler Bahçe materyalleri, kafesler Kayak ve yürüyüş giyimleri, Halı, yapay eklemler http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 21
Monomerler ve Polimer merler Monomer Polimer bölümü Ortak kullanım Yapışmaz kaplama Plastik film ve wrap Plastik kahve bardakları ve kartonlar, yalıtım http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 22
Polimer Molekülünün Kimyasal Oluşumu Polimerizasyon Polietilen de (H) atomları flour (F) atomları ile yer değiştirmişse, polimerizasyon sonucu PTFE = Teflon meydana gelir. Polietilen de (H) atomlarından birisi (l( l) ) ile yer değiştirirse polimerizasyon sonucu PV oluşur. PV Teflon PV http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 23
Polietilen de (H) atomlarından birisi (H 3 ) ile yer değiştirirse ; polimerizasyon sonucu polipropilen (PP) oluşur. Polipropilen http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 24
Polimer Molekülünün Yapısı 1. Lineer Yapıda Polimerler Zincirleri oluşturan atomlar kendi aralarında kovalan bağlı, fakat zincirler arasında van der Waals bağları vardır. Örnek ; PE, Naylon gibi http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 25
2. Dallı Yapıda Polimerler Lineer yapıdaki polimere göre zincir dolgusundaki verimlilik veya yapıdaki zincir yoğunluğu azalmıştır. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 26
3. Çapraz Bağlı Yapıda Polimerler Bu yapıda zincirler de kovalan bağla birbirlerine bağlanmışlardır. Ek atom veya molekül ile zincirler arasında sık sık bağlanma olur. Kauçuk ve lastik bu yapıdadır. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 27
4. Network Yapıda Polimerler Bu 3D (Üç boyutlu) network yapılar, üç fonksiyonlu MER lerden oluşmuştur. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 28
Molekül Zincirleri Arasındaki Bağlar Kovalan bağ: Lineer moleküllerde ana elemanlar arasındaki kimyasal bağ dır. En güçlü bağ dır. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 29
Van der Waals bağ Lineer moleküllerde zincirlerin birbirine uzaklık yakınlıkları arasındaki çekimdir. Bağ/bağımsı güçlerin en zayıfıdır. Elektrostatik çekme kuvvetleridir. Yani molekülün (+) kutbu ile (-)( kutbunun çekim kuvvetidir. Isıya karşı duyarlı kuvvettir. Oksijen Oksijen Hidrojen bağları Oksijen Van der Waals güçleri http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 30
Kovalan Bağ ın Zincirler Arasındaki İlişkisi Dallı Çapraz bağlı http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 31
Çapraz bağlanma Polimer zincirleri arasında oluşan bağlar polimeri katılaştırır laştırır. Doğal kauçuk kendisi yumuşaktır ve kimyasal olarak reaktivite onu çok yararlı bir malzeme yapar ar kauçuktan vulkanizasyon ile (kükürtlü zincirler çapraz bağ yaparak) yararlı maddeler yapılır. S 8 Isı İzopren Doğal kauçuk (sakızlı) Çapraz bağlı kauçuk (sert elastomer) http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 32
Polimer merlerin Özellikleri Polimer zincirler kolayca katlanmaya ve esnekliğe meyillidir. Zincirlerin kristal uyumu sert bir polimer yapar Germe veya ekstrüzyon bir polimerin kristalinitesini artırabilir Kristalinite derecesi kimyasal yapısı ve polimer zincir uzunluğu ile belirlenir: Düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) 10 4 amu molekül ağırlığında bir ortalamaya sahiptir (plastik wrap larda kullanılır) Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) 10 6 amu molekül ağırlığında bir ortalamaya sahiptir (süt kartonlarında kullanılır) Polytetrafluoroethylene, -[(F 2 F 2 )n-]-, küçük damar greftlerinde kullanılır. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 33
Yapılarına göre polimerler Polimerler yapılarına göre; HOMOPOLİMER ve KOPOLİMER şeklinde incelenir. http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 34
Kopolimer Nedir? K http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 35
Kopolimer Çeşitleri Ve Molekül Zincir Şekilleri http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 36
Sentezlenişlerine göre Polimerler 1. Kondenzasyon polimerler Polimerler bir küçük molekülün (H2O, Hl, O2) uzaklaştırılmasıyla oluşur Örnekler: Biyolojik Polimerler Proteinler DNA Karbonhidratlar 2. Katılma polimerler Monomer bir çift bağ içerir Katılma reaksiyonla Polimerler oluşur http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 37
Kondenzasyon Reaksiyonları Bir küçük molekülün ayrılmasıyla (su gibi) iki molekül birleşir Esterler ve Amidler kondenzasyon reaksiyonları ile oluşur: karboksilik + alkol ester + su asit O O + H O R R OR' R OH + H 2 O karboksilik + amin amid + su asit O O + H N H R OH R NHR' R + H 2 O http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 38
Kondenzasyon Polimerler Polimerler kondenzasyon reaksiyonla oluşur diasit diol diasit diamin http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 39
Biyolojik Polimerler 1. DNA, RNA Monomerler : nükleotidler kondenzasyon reaksiyonu ile DNA ve RNA H 3 PO 4 poliesterleridir Monomer (nükleotid) 2. Proteinler Monomer : amino asitler kondenzasyon reaksiyonu ile Proteinler poliamidlerdir. DNA (polimer) Amino asit monomerler Protein amid bağı (ya da peptid bağı) http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 40
Katılma Polimerler Etilen katalizör Poli(etilen) TFE katalizör Teflon Stiren katalizör Poli(stiren) http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 41
Katılma polimerler Katılma Polimerler Monomer Adı Formülü Polimer Formülü Ortak Adı http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 42
Etilenin serbest radikal katılma Polimerizasyonu H 2 200 2000 atm H 2 O 2 peroks ksitler H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 poliet etilen http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 43
Benzer şekilde... H 2 =Hl H 2 =H 6 H 5 F 2 =F 2 polivinil klorid Teflon polistiren http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 44
Propen in serbest-radikal Polimerizasyonu H 2 HH 3 H H H H H H H H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 poliprop propilen http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 45
Bir katılma Polimer : Poli(vin vinilalkol) H vinil alkol = H OH OH H H 2 H 2 linear zincir polimer ( ) x H H OH katalist ısı poli(vinil alkol) x = 103-104 2-7 Çapraz bağ: boraks (B O ) Sonuç materyal viskoelastik tir 4 http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 46
Bilinen Polimerler ve Biyomateryaller Seramikler (inorganik, metalik olmayan katılar) Material: su yumuşatma için Zeolitler Na + iyonları aluminosilikat içinde a2+ ile değişken şekilde kolayca yuvalanır Sodyum Zeolit A Material: kurşun geçirmez yelek için Kevlar polimer zincirleri arasında hidrojen bağları kuvvetli bir malzeme üretir Kevlar http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 47
Bilinen Materyal allerler Yarıiletkenler Materyal: trafik ışıklarında ışık yayan diyot. Bir diyot yalnızca bir yönde akım geçişini sağlayan bir yarıiletken cihazdır. LED ler (Light-emitting diode) diod dur LED "Işık Yayan Diyot, yarı-iletken, ışık yayan bir elektronik devre LED kimyasal fotonun dalga boyunu (renk) belirler http://veterinary.ankara.edu.tr/~fidanci 48