ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ORGANİK KİMYA LABORATUVARI NÜKLEOFİLİK YERDEĞİŞTİRME REAKSİYONU -1 DENEY 4 : S N 1 REAKSİYONU : T- BÜTİL KLORÜRÜN SENTEZİ TEORİ Alkil halojenürler, sentetik organik kimyada önemli bir rol oynarlar. Alkil halojenürler, alkol ve alkenlerden kolaylıkla hazırlanabilir. Dolayısıyla, alkil halojenürler, çok fazla sayıdaki yeni fonksiyonel grupların sentezi için başlangıç malzemesidirler. Bu yeni fonksiyonel grupların sentezi daha çok, bir nükleofil ile halojenin yerdeğiştirdiği Nükleofilik Yerdeğiştirme reaksiyonlarıdır. Nükleofilik Yerdeğiştirme reaksiyonları, iki farklı Yerdeğiştirme mekanizması, başlıca başlatıcı malzemenin yapısına bağlı olarak üzerinden yürütülebilir. Bu başlatıcılar ; S N 1 ve S N 2 mekanizmaları. Benzer şekilde asit katalizörü varlığında alkil halojenürleri elde etmek için alkoller kullanılabilir. Burada, alkolik grup ilk önce protonlaştırılır daha sonra positif olarak yüklenmiş molekül, ortamda bulunan bir nükleofil ile saldırıya tutulur. Bu nükleofil, bir halojenür olduğunda, ürün uygun bir alkil halojeni olacaktır ve ayrılan H 2 O olacaktır. S N 1(tek moleküllü Nükleofilik Yerdeğiştirme) mekanizmasında, hız belirleyici adımda sadece bir tane molekül varken, S N 2 (iki moleküllü Nükleofilik Yerdeğiştirme) mekanizmasında, hız belirleyici adımda iki molekül vardır.
X X + X Nu- N Mekanizmaya uygun olarak, S N 1 mekanizması için primerden tersiyere doğru gittiğinizde reaksiyonun kullanım kolaylığı artarken, S N 2 mekanizma için tersiyerden primere doğru gittiğinizde reaksiyonunun kullanım kolaylığı artmaktadır. Reaksiyon mekanizmasını etkileyen diğer faktörler ; çözücü etkisi, nükleofillerin nükleofilikliği ve derişimi ve ayrılan grubun etkileridir. Su ve alkol gibi Polar protik ( protonlu) çözücüler, karbokatyonların olması mümkün olan hidrojen bağlarının oluşumundan dolayı S N 1 mekanizmasını tercih ederler. Yine bu gerçek doğrultusunda, polar protonsuz ve polar olmayan çözücülerde S N 2 mekanizmasını tercih ederler. Nükleofillerin derişimi, tek moleküllü S N 1 reaksiyonunu etkilemez çünkü reaksiyonun hız belirleyen basamağı, karbokatyonunun oluşum basamağıdır. Nükleofiller daha yüksek derişimlerde elde ediklerinden dolayıda S N 2 mekanizması tercih edilir. Grubun ayrılma yeteneği, her iki mekanizma türü içinde reaksiyon hızını artırır. S N 1 REAKSİYONU : T- BÜTİL KLORÜRÜN SENTEZİ Bu deneyde HCI varlığında, t- bütil alkolden t-bütil klorür üretilecektir. Reaksiyon koşulları S N 1 mekanizmasını seçecek şekilde ayarlanır. Bunun için tersiyer bir alkol kullanılacaktır, burada polar protik( protonlu ) çözücü olarak su kullanılacak ve reaksiyon sıcaklığı düşük tutulacaktır. OH H + OH 2 + H 2 O Cl-
DENEY İÇİN GEREKLİ MALZEMELER - Ayırma Hunisi - Erlen ( 250 ml) - Balon - Spor - Isıtıcı - Beher (Su banyosu için) (500 ml) - Spatül DENEY İÇİN GEREKLİ KİMYASALLAR - t bütil alkol - HCl - Saf Su - NaHCO 3 - CaCl 2
DENEYİN YAPILIŞI; 1) 125 ml lik bir ayırma hunisinin içerisine 15 ml t-bütil alkol eklenir. 2) Buz gibi soğuk derişik HCI çözeltisinden 50 ml ayırma hunisine eklenir ve 15 dakika karıştırılır. Zaman zaman ayırma hunisinde oluşacak olan fazla basıncı huninin tıpası açılarak dışarı verilir. İki faz tabakasının ayrımı tamamen olana kadar karışım sabit tutulur. 3) Alttaki sulu tabaka atılır. 4) Ham ürün, ilk önce 15 ml su ile daha sonra 15 ml % 5 lik NaHCO3 ile yıkanır. Tekrar ürün 15 ml su ile yıkanır. 5) Ürün 50 ml lik kuru bir erlene transfer edilir ve artık suyu absorbe edebilmek için ortama 1-2 gram kalsiyum klorür eklenir. 6) Daha sonra ürün 50 ml lik temiz ve kuru bir balona boşaltılır ve distillenir. 48-52 0 C de kaynayan kısım darası alınmış bir kap içerisinde toplanır ve ürünün ağırlığı tartılır. Deney İçin Gerekli Distilasyon Düzeneği
DİKKAT: 1 - Alkil halojenürlerin deri ile teması ve solunum yolu ile içeri alınması zararlıdır. Hazırlarken çeker ocak kullanılmalıdır. Mümkünse deneyi çeker ocak ortamında yürütün. 2- Eldiven kullanmak zorunludur. 3 - Sodyum bi karbonat (NaHCO 3 ), gözleri tahriş edebilir. SORULAR 1- Deney sırasında meydana gelen tepkime denklemini yazınız. 2- t- bütil klorürün yapı formülünü gösteriniz. 3- t - bütil klorürü neden CaCl 2 ile yıkarız. Sebebini kısaca açıklayınız. 4- t- bütil alkolün fiziksel ve kimyasal özelliklerini (erime noktası, oda koşullarındaki fiziksel hali, molekül ağırlığı, yapı formülü ) belirtiniz. 5- Deney sırasında Sodyum bi karbonat (NaHCO 3 ) niçin kullanılır? Not: Teori olarak sadece föye bağlı kalmayınız. Araş. Gör. Gediz UĞUZ