Doymamış Alifatik Hidrokarbonlar (Alkenler) ve Polimerleri Prof. Dr. Arif ALTINTAŞ 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 1
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 dir. İki çift bağ varsa dien, üç tane çift bağ varsa trien son ekiyle adlandırılır. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 2
Alkenler Genel olarak çok reaktiftirler. Tipik olarak reaksiyonları hidrojen ve halojen eklenmesini kapsar. Polimerleşme polietilen, polipropilen Çok sayıda çift bağ içerebilir Konjuge olmuş - p elektronların delokalizasyonu 1,3-butadien - sentetik kauçuk üretimi Izopren (2-metil-1,3-butadien) - izoprenoidler, steroidler H 2 =H H 2 H 2 H= H 2 H 2 == H 2 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 3 H H 3 2-metil-2-buten H 3 3-methylcyclopentene 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 5
Ortak Adları Genellikle küçük moleküller için kullanılır Örnekler: H H H 2 2 H 2 H H 2 H H 3 2 H H 3 ethylene ethylene Etilen propylene propylene Propilen H H 3 3 H H 2 H 3 2 H 3 isobutylene isobutylene İzobutilen Alken Molekül formülü Özel adı Eten H 2 = H 2 Etilen Propen H 3 H=H 2 Propilen 1-buten H 3 H 2 α-butilen H=H 2 2-buten H 3 H=H H 2 β-butilen Metil propen H 3 H 3 = H 2 İzo-butilen 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 6
Alken kökleri = H 2 metilen (metiliden) - H = H 2 vinil (etenil) - H 2 - H = H 2 allil (2-propenil) 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 9
Karakteristik Reaksiyonlar 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 (hydrohalogenation) Hydration Bromination (halogenation) H 2 O HO + Br 2 Bromo(halo)hydrin ( X 2 ) Br (X) formation 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 10
Karakteristik Reaksiyonlar 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) 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 11
Alkenlerin Polimerleri Polietilen 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 12
Bilinen Sentetik Polimerler Polietilen Vinil klorid Polipropilen Politetrafloroetilen (Teflon) Polidikloroetilen (Saran) Polistiren 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 13
Bilinen Sentetik Polimerler PV (monomer) (polimer) (monomer) polimer) 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 14
Bilinen Sentetik Polimerler 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 15
Plastik Nedir? Karbonun metal olmayan elementlerle (H, O, l, N) meydana getirdiği büyük moleküllü organik bileşiklere plastik denir. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 17
Polimerler Polimerler Monomer denen tekrarlanan küçük moleküllerin kovalan bağlarla oluşturdukları bir Makromolekül setidir. Polimerler büyük, uzun-zincir moleküllerdir, Bitkilerde selüloz, gıdalarda nişasta, vücutta proteinler ve DNA doğal polimerlerdir. Sentetik polimerler de vardır: polietilen ve polistiren, teflon ve naylon gibi. Küçük alkenlerin reaksiyonundan yapılabilir Alkenler sahip oldukları çift bağ sayesinde çok reaktiftirler n H 2 = H 2 - (H H) n - 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 18
Polimerizasyon Polimerizasyonda, küçük tekrarlanan birimler (monomer) uzun zincir polimer oluşturur. H H H H H H + + monomer Tekrarlanan unit monomer repeats birimler 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) 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 19
Birçok Mer Çeşidi Vardır 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 21
Monomerler ve Polimerler Monomer Polimer bölümü Ortak kullanım Yapışmaz kaplama Plastik film ve wrap Plastik kahve bardakları ve kartonlar, yalıtım 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 22
Polimer Molekülünün Kimyasal Oluşumu Polimerizasyon Teflon Polietilen de (H) atomları flour (F) atomları ile yer değiştirmişse, polimerizasyon sonucu PTFE = Teflon meydana gelir. Polietilen de (H) atomlarından birisi (l) ile yer değiştirirse polimerizasyon sonucu PV oluşur. PV PV 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 23
Polietilen de (H) atomlarından birisi (H 3 ) ile yer değiştirirse ; polimerizasyon sonucu polipropilen (PP) oluşur. Polipropilen 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 25
2. Dallı Yapıda Polimerler Lineer yapıdaki polimere göre zincir dolgusundaki verimlilik veya yapıdaki zincir yoğunluğu azalmıştır. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 27
4. Network Yapıda Polimerler Bu 3D (Üç boyutlu) network yapılar, üç fonksiyonlu MER lerden oluşmuştur. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 28
Molekül Zincirleri Arasındaki Bağlar Kovalan bağ: Lineer moleküllerde ana elemanlar arasındaki kimyasal bağ dır. En güçlü bağ dır. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 30
Kovalan Bağ ın Zincirler Arasındaki İlişkisi Dallı Çapraz bağlı 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 31
Çapraz bağlanma Polimer zincirleri arasında oluşan bağlar polimeri katılaştırır. Doğal kauçuk kendisi yumuşaktır ve kimyasal olarak reaktivite onu çok yararlı bir malzeme yapar kauçuktan vulkanizasyon ile (kükürtlü zincirler çapraz bağ yaparak) yararlı maddeler yapılır. S 8 Isı İzopren Doğal kauçuk (sakızlı) Çapraz bağlı kauçuk (sert elastomer) 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 32
Polimerlerin 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. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 33
Yapılarına göre polimerler Polimerler yapılarına göre; HOMOPOLİMER ve KOPOLİMER şeklinde incelenir. 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 34
Kopolimer Nedir? K 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 35
Kopolimer Çeşitleri Ve Molekül Zincir Şekilleri 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 R NHR' + H 2 O 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 38
Kondenzasyon Polimerler Polimerler kondenzasyon reaksiyonla oluşur diasit diol diasit diamin 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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) 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 40
Katılma Polimerler Etilen katalizör Poli(etilen) TFE katalizör Teflon Stiren katalizör Poli(stiren) 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 41
Katılma polimerler Katılma Polimerler Monomer Adı Formülü Polimer Formülü Ortak Adı 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 42
Etilenin serbest radikal katılma Polimerizasyonu H 2 H 2 200 2000 atm O 2 peroksitler H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 polietilen 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 43
Benzer şekilde... H 2 =Hl H 2 =H 6 H 5 F 2 =F 2 polivinil klorid Teflon polistiren 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 polipropilen 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 45
Bir katılma Polimer : Poli(vinilalkol) H vinil alkol = H OH OH ( H ) H H H x 2 2 linear zincir polimer H OH katalist ısı poli(vinil alkol) x = 103-104 Çapraz bağ: boraks (B O 2- ) Sonuç materyal viskoelastik tir 4 7 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 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 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 47
Bilinen Materyaller 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 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 48
Sabrınız için Teşekkürler 8.1.2013 Biyokimya AD ders notları 49