Alkanlar ve sikloalkanlar (Halkalı bileşikler)
Yüklə 47,11 Kb.
|
|
ALKANLAR VE SIKLOALKANLAR (Halkalı bileşikler)
Organik kimya bilimine temel teşkil eden en önemli özelliğin, karbon atomlarının birbirleri ile uzun zincirli bileşikler oluşturabilmesidir. Farklı zincir uzunluğunda molekül oluşturabilme kabiliyeti sayısız molekül oluşmasına sebep olmuş ve bu molekülleri ayrı ayrı öğrenmeyi imkansız kılmıştır. Dikkatlice bakıldığında bir çok benzer molekülün benzer özellik gösterdiğinin anlaşılması üzerine, organik molekülleri kimyasal davranışları ve fonksiyonel gurupları dikkate alınarak sınıflandırmalar yapmak mümkün olmuştur. Daha önce fonksiyonel gruplar adı altında tanıtılmış olan bu sınıflandırmalar dersimizin konusu olup tek tek incelenecektir.
İncelemeye en basit organik moleküller olan alkanlar ve sikloalkanlardan başlanacaktır. Daha önceki konularda karbon-karbon arası tekli bağların SP3-SP3 hibritleşmesi yapmış orbitallerin üst üste çakışmasıyla oluştuğunu ve s bağı olarak adlandırıldığını görmüştük.
Alkanlar ve hidrojenlerle doyurulmuşkarbonları arasında sadece tekli bağ içeren bileşiklerdir. Şimdi sırası ile bunlardan bazılarını inceleyelim. Eğer bir tek karbon atomunun sp3 hibritleşmiş dört orbitalini de hidrojenle doyurursak bir tek molekül yapısının mümkündür. Bu yapı alkanlar serisinin ilk üyesi en küçük molekülüdür, Metan diye adlandırılır. Çoğunlukla organik moleküllerin hidrojenli ortamda parçalanması sonunda ortaya çıkan uçucu bir gaz yapısındadır. Bu durum iki ve üç karbon zinciri içeren etan ve propan için de geçerlidir.
Homolog ( birbirini takip eden) seriden propan’a kadar yalnızca bir tek molekül yapısı yazılabilirken, kapalı formülü C4H10 olan butan ve sonrasında ki moleküller için birden fazla molekül yapısı karşımıza çıkar ki bunlara YAPISAL İZOMER denir.
Bütan molekülünün yapısal izomerleri.
Butan için iki değişik açık formül ( izomer) yazabildik. Organik moleküllerin uzun zincirli olması ve bir çok karbon ve hidrojen atomundan oluşması çoğunlukla molekülü yazan kişi açısından zahmetli bir iş olduğundan kısaca çizgi formu diye adlandırılan yöntemle modelize edilir.
Pentan molekülü ve bundan sonraki moleküller zorunluluk gerekmediği durumlarda, daha açık gözükmesi ve yazımı zahmetsiz olduğu için çizgi formu ile incelenecektir. NOT:Çizgi formülünde her bir uç ve kırım noktasının bir karbon atomunu gösterdiğini ve bunlarında hidrojenle doyurulduğunu hatırda tutunuz.
Pentanın yapısal izomerleri
İZOMER-kavramı başka yapıların açıklanmasında da kullanılacağı için alkanlarda, yapı izomerligi olarak adlandırılır.
On karbonlu dekan a kadar çokça bilinen alkanları, 11 ile Undekan, 12 ile Dodekan ve 13 ile Tridekan takip eder. 3.1-Alkil grubu ve dallanma tanımları:
Alkanlarda bir hidrojen atomu yerine başka bir grubun bağlı bulunduğu yapılarda aklan artığı kısma genel olarak ALKİL GURUBU denir ve alkan isminin sonundaki -an eki yerine -il eki getirilerek adlandırılır. 
Alkil grupları sanal olarak kabullenmedir, kendi halinde bulunmazlar, bağlı bulunan son gruba göre ad ve özellik kazanırlar.
Alkil grupları çok daha basit bir şekilde alkilin ilk iki harfi kullanılarak ta belirtilir. Örnek olarak, Metil alkol Me-OH , Etilamin Et-NH2, Dietil eter Et-O-Et vb.
Dallanmış alkillerin isimlendirilmesinde dikkat edilmesi ve ezberlenmesi gereken şey, dallanmanın hangi karbon atomunda olduğunun belirtilmesidir, bazı durumlarda özel isimlendirmeler de vardır. Bunlar sırası ile, 
Propil için eğer dallanma uç karbonda ise n-Propil veya sadece propil; orta karbondan bağlanma ise iso-propil diye tanımlanır. Örneğin n-Propil alkol ve iso-propil alkolü yazalım. 
Şimdi de kapalı formülü C4H10O olan, butil alkol için mümkün tüm yapıları ve isimlendirmelerini açıklayalım. 
Butanol örneğinden de anlaşılacağı üzere alkanlarda dallanma dört şekilde mümkün olur. Bunlar sırası ile, 1- Düz zincirli olanlar ki - primer- olarak adlandırılır. 2- Iki karbona bağlı olanlar -sekonder-olarak adlandırılır. 3- Üç karbona bağlı olanlar-tersiyer-olarak adlandırılır. 4- Dört karbona bağlı olanlar-Quarterner- dir ki bu çok sık karşılaşılan bir durum değildir ve sadece doymuş alkanlar için geçerlidir. Neden ?.
R- gösterimi, metil, etil, propil, hekzil- vb gibi alkil guruplarının genel gösterimi için kullanılır ve fonksiyonel gurup içermeyen, kimyasal anlamda molekülün reaktivitesini çok etkilemeyen kısım olarak düşünülebilir.
Fonksiyonel gurup içeren organik moleküllerin isimlendirilmesinde, primer, sekonder, tersiyer tabirleri sıkça kullanılmaktadır. Örnek olarak aminleri incelersek, 
Dikkatlice bakıldığında fonksiyonel grubun bağlı bulunduğu karbona sadece bir karbonun bağlı bulunduğu durum primer ( tekli), iki ayrı karbonun bağlı bulunduğu durum sekonder (ikili), üç alkil gurubunun bağlı bulunduğu durum ise tersiyer ( üçlü ) olarak adlandırılmaktadır.
3.2-IUPAC (-İnternational Union of Pure and Applied Chemistry-) İsimlendirme kuralları. Organik kimyanın yeni ortaya çıktığı zamanlarda bulunan her hangi bir molekül onun keşfedicisi tarafından adlandırılıyordu. Fakat kimyadaki yeni bileşikler o kadar çoğaldı ki bu tür isimlendirmeleri hatırlamak mümkün olmaz oldu. Bunun üzerine kurulan uluslar arası bir kimya kurulu IUPAC-oluşturuldu. Bu isimlendirme karışıklığı için bir sıralama düzen getirilmiş oldu. Günümüzde tüm kimyacıların kullandığı bu adlandırma kurallarını basit olması açısından dallanmış alkanlarda bir bir örneklerle inceleyelim.
1- Kimyasal formülün en uzun karbon zinciri bulunur ve ana isim olarak kullanılır. Not: En uzun zincir her zaman çizgisel yazılmayıp, yanıltıcı olabilir. 
Görüldüğü gibi molekül bir pentan değil hekzan türevidir. Ana isim olarak hexan kullanılacaktır.
2-Eğer iki veya daha fazla dallanma varsa ve bunlardan en uzun zincirli olanı iki tane ise (birbirine eşit) çok dallanmış olanı ana yapı olarak kabul edilir. (Dallanmanın çok olduğu yöne doğru gidilir) 
Her ikisinde de en uzun zincir altılı olmakla birlikte birinci (soldaki-kırmızı) yapıda bir dallanma var iken, ikinci yapıda (sağdaki-mavi) iki dallanma vardır ve çok dallanma olan ikinci yapı tercih dilecektir. 3- Karbon zincirini numaralandırırken dallanmaya yakın olan kısımdan başlayarak son karbona kadar yazınız. 
Numaralama mümkün olan en küçük sayılar olacak şekilde (dallanmalar açısından) olmalıdır ve burada birinci durum geçerlidir. Bazı özel durumlarda dikkat edilmesi gerekenler değişebilir. Uç kısımlara en yakın dallanmalar aynı uzaklıkta iseler ikinci dallanmanın yakın olacağı şekilde numaralandırınız.
Yukarıdaki dekan türevinde de görüldüğü gibi her iki ilk dallanma da, eşit uzaklıkta olmakla birlikte ikinci numaralar 4 ve 7 dir ki küçük olanı 4- tercih edilecektir. 3- Substituentleri ve bağlı bulundukları karbon atomlarının numaraları ile tespit ediniz.
4-etil-3,5-dimetiloktan
Eğer aynı substituent molekülde iki veya daha fazla bulunuyorsa bunları yan yana ( birleştirerek ( iki tane için -di, üç -tri, dört -tetra, beş -penta , altı -hekza ön ekleri ile) yazınız. 4- Tüm molekül ismi tek bir kelime olarak yazılmakla birlikte rakamlar virgül ile rakam ve yazılar ise çizgi ile ayrılmalıdır. İki veya daha fazla dallanmanın olduğu durumlarda substituentleri alfabetik sıraya göre yazınız. Di, tri, tetra gibi ön ekler alfabetik sıralamaya girmez.
Bu kuralları pekiştirmek için bazı örneklendirmeler aşağıda verilmekle beraber öğrencinin kendi yazacağı bazı molekülleri isimlendirmesi veya isimlerini yazıp molekül formülünü çıkarmaya çalışacağı düşünülmüştür. 
3.3-SİKLOALKANLAR Alkanlar, bu zamana kadar incelediğimiz gibi her zaman açık uçlu olmayabilirler. Bazen alkanların her iki ucu birleşerek kapalı uçlu (-halkalı-) bileşiklerde yapabilirler. Bunlara halkalı alkan anlamına gelen sikloalkanlar denir, ve alkanların adlandırılmasının önüne siklo- eki getirilerek yapılır. 
Tabiattaki bir çok doğal bileşikler halkalar içeren molekül yapısına sahiptirler. Bunlara örnek olarak Krisantemum bitkilerinin çiçeklerinde ki böcek ilacı olarak da kullanılan Krisantemik asit siklopropan yapısını içermektedir. 
İnsan vücudundaki bir çok fizyolojik özellikleri kontrol eden Prostaglondinlerin yanında Stereoidler de halkalı doğal yapılara iyi birer örnektir. 
Sikloalkanların adlandırılmasında da IUPAC kuralları geçerli olmakla beraber, dikkat edilmesi gereken bazı hususlar şunlardır. Halkave açık zincirin ayrı ayrı uzunluklarına bakılır. alkilin karbon sayısı halkadan fazla ise ana yapı açık zincir, az ise ana yapı halkalı yapı olarak kabul edilir.
İsimlendirmeye ilginç bir örnek aşağıda verilmiştir. 
3.4-SIKLOALKANLAR DA CİS-TRANS İZOMERLİĞİ
Sikloalkanlar bir çok yönüyle alkanlara benzemekle beraber bazı farklılıkları da vardır. Örnek olarak iki atom arasındaki tekli bağlar aşağıda gösterildiği gibi bağ etrafında dönebilirken, 
bu durum sikloalkanlarda halkalı yapıdan dolayı mümkün olmamaktadır. Halka yapısı bağın kendi etrafında dönmesini engellediği için sikloalkanların sabit bir yapısı vardır. Bu yapıyı oluşturmak ve tanımlamakta önceden anlatılan İZOMER kavramını hatırlamak gerekmektedir.
Halkalı bileşiklerde halka yapısı büyüdükçe bu bileşiklerin özellikleri açık uçlu olanlara daha fazla benzerler. Karbon sayısı 7 ( yedi) ye kadar olan yapılar hem halkalı bileşiklerin spesifik özelliklerini gösterdiğinden hem de tabiatta çok bulunduklarından daha dikkate değerdirler. Halkalı bileşikler çoğunlukla düzleme yayılan karbon atomları içerirler ve üç boyutlu halinde bu düzlemin altında ve üstünde bağlı gurup bulundurabilirler bu üç boyutlu sıralanıştan kaynaklanan farklı yapılara birbirinin izomeri denir.
Örnek olarak iki metil bağlı siklopropanı inceleyelim.
Bu durumu siklobutan ve siklo pentan örneği içinde siz inceleyiniz. Siklohekzan da iki farklı durum vardır. Bunlar Koltuk ve Kayık şekilleri olarak isimlendirilir ve şekilleri aşağıda gösterilmiştir. 
Sikloaklanların moleküler yapıları ve izomerleri stereokimya bölümünde daha detaylı anlatılacaktır. 3.5- Alkanların genel özellikleri ve bazı reaksiyonları.
1-Yanma reaksiyonları: Daha öncede anlatıldığı gibi alkanlar çoğunlukla enerji kaynağı (yakıt) olarak kullanılmaktadır. Yanma oksijenli ortamda olurken iyi bir yanmada karbondioksit ve su ortaya çıkmaktadır. 
Tam bir yanma sonucunda evlerde kullanılan tüp gaz (LPG- Liquid Petrolium Gas) yada arabalarda kullanılan benzin (Oktan) sonucunda molekülde bulunan karbon sayısı kadar karbondioksit ve hidrojen atomlarının yarısı kadar da su oluşur.
Butan durumunda daha sonra açıklanacağı üzere 1-Bromobutan yerine daha kararlı ürün olan 2-Bromobutan oluşmaktadır.
3-Alkan eldesi: a) Alkanlar nikel ve paladyum gibi metallerin katalizörlüğü yardımı ile alkenlerden katılma reaksiyonu sonucu elde edilebilirler. 
Çözücü olarak genelde etanol kullanılır ve tepkime yüksek hidrojen gaz basıncı altında yapılır. 
Halkalı yapılarda da aynı tepkime rahatlıkla yürümektedir. b) Alkanlar, alkil halojenürlerin asidik çinko çözeltisinde ısıtılması ile de elde edilebilir. 
Yukarıdaki tepkime sonunda 2-bromobütandan asidik ortamda çinko yardımı ile bütan elde edilmiştir. Yüklə 47,11 Kb. Dostları ilə paylaş:
|
