Bölüm 1 Karbon Bileşikleri ve Kimyasal Bağlar

... konulu sunumlar: "Bölüm 1 Karbon Bileşikleri ve Kimyasal Bağlar"— Sunum transkripti:

1 Bölüm 1 Karbon Bileşikleri ve Kimyasal Bağlar

2 Giriş Organik Kimya Organik kimya karbon bileşikleri kimyasıdır
İnsan vücudunun büyük bir kısmı organik bileşiklerden oluşur Organik kimya ilaç üretimindede önemli rol oynamaktadır Bölüm 1

3 Yapısal teori İki Temel Başlıktan Oluşur
Organik bileşiklerdeki elementlerin atomları belirli sayıda bağlar oluşturabilir.Bu bağ oluşturabilme ölçüsüne değerlik denir Bir karbon atomu değerliklerinden birini yada daha fazlasını diğer karbon atomlarıyla bağ yapmakta kullanabilir Bölüm 1

4 İzomerler Aynı molekül formülüne sahip farklı bileşiklerdir
İzomerlerin birçok çeşitleri vardır Örnek Moleküler formülü C2H6O olan iki bileşik farklı özelliklere sahip olduklarindan birbirinden belirgin bir şekilde farklı olan bileşiklerdir Bu bileşikler bu nedenle bir diğerinin izomeri olarak sınıflandırılır İki izomerin erime ve kaynama noktalari farklıdır Bölüm 1

5 Yapı İzomeri Bir İzomer Tipidir
Yapı İzomerleri Yapı İzomeri Bir İzomer Tipidir Farklılıklari, aynı molekül formülüne sahip olup, bağlanabilirliklerinin farkından kaynaklanir Genellikle fiziksel özellik(erime noktasi kaynama noktasi yoğunluk) ve kimyasal özellikleri farklılık gösterir Bölüm 1

6 Moleküllerin 3 boyutlu yapısı
Atomlarin uzayda nasıl düzenlendigini bilme gereği onlarin biribirine bağlanma sıralanmasi bilgisiyle birlikte organik kimyayı anlamanın temelini oluşturur Wan’t Hoff ve Le Bel 1874 yılında yapısal formülleri 3 boyutlu hale getirmiştir.Örneğin metandaki karbon atomunun 4 bağının düzgün bir dörtyüzlünün köşelerine yönelecek şekilde olacağını ve karbon atomunun merkezde olacağını öne sürmüştür Bölüm 1

7 Kimyasal Bağlar: Oktet Kuralı
Atomlar bir asal gazın elektron konfigürasyonunu oluşturmak için bağlar oluştururlar (çünkü asal gazların elektronik konfigurasyonlari değişmezlik özelliğine sahiptir) Soygazlarin elektron dizilişine sahip olmayan atomlar buna ulaşmak için elektron verirler Atomlar oktete ulaşmak için kovalent bağ oluştururlar Bölüm 1

8 Elektronegatiflik Bir atomun elektronlari çekebilme becerisinin ölçüsüdür Periyodik tabloda yatay sıralarda soldan sağa gidildikçe, dikey kolonlarda aşağıdan yukari çıkıldıkça elektronegatiflik artar Flor en fazla elektro negatifliğe sahip elementtir buda yük yoğunluğundan kaynaklanir Bölüm 1

9 İyonik Bağlar Atomlar elektron kazanarak yada kaybederek iyon adı verilen parçacıklar oluştururlar Bir iyonik bağ, zıt yüklü iyonlar arasındaki çekim gücüdür Böyle iyonların bir kaynağı oldukça farklı elektro negatifliklere sahip atomlar arasındaki tepkimedir Örnek Lityum elektronegatifliği çok düşük olan tipik bir metaldir Flor ise bütün elementlerden daha fazla elektro negatiflige sahip bir ametaldir Lityum atomunun bir elektron kaybetmesiyle lityum katyonu; flor atomunun elektron kazanmasıyla flor anyonu oluşur Bölüm 1

10 Bölüm 1

11 Bölüm 1

12 Bölüm 1

13 Bölüm 1

14 Kovalent Bağ Elektro negatiflikleri aynı yada yakın olan iki yada daha fazla atom tepkime verirse tam bir elektron aktarımı olmaz Bu durumlarda atomlar soygaz yapısına elektron paylaşarak ulaşırlar Atomlar arasında kovalent bağlar oluşur ve oluşan ürünlere moleküller denir Moleküller elektron- nokta formülleriyle yada daha kolay olarak herbiri atomlar tarafından paylaşılan elektron çiftini belirten çizgilerle gösterilir Bölüm 1

15 Bölüm 1

16 Bölüm 1

17 Bölüm 1

18 Bölüm 1

19 Bölüm 1

20 Bölüm 1

21 Bölüm 1

22 Bölüm 1

23 Bölüm 1

24 Bölüm 1

25 Bölüm 1

26 Bölüm 1

27 Lewis Yapılarının Yazılması
Bir atmoun değerlik elektronlarının sayısı, atomun periyodik çizelgedeki grup numarasına eşittir Karbon 4A grubundadır 4 değerlik elektronu vardır Hidrojen 1A grubundadır 1 değerlik elektronu vardır Oksijen 6A grubundadır 6 değerlik elektronu vardır Azot 5A grubundadır 5 değerlik elektronu vardır Elektron paylaşan yada aktaran herbir atoma periyodik çizelgede aynı yatay sıradaki soyagazın elektron dizilişini veririz Örneğin hidrojen atomuna 2 elektron veririz, böylelikle ona helyum yapısını vermiş oluruz Eğer yapı bir iyonsa elektron katarak yada çıkararak dogru yükü veririrz Bölüm 1

28 Örnekler Klorat iyonu(ClO3-) için lewis yapısını yazınız
Bütün atomların toplam değerlik elektronu sayısını, iyona bir negatif yük verecek fazladan elektron ekleyerek buluruz Klor atomuyla 3 oksijen atomu arasında bağ oluşturmak için 3 çift elektron kullanırız Sonra 20 elektronu her bir atoma 1 oktet sağlayacak şekilde çiftler halinde dağıtırız Bölüm 1

29 Gerekli olduğu durumlarda soygaz atomlarının elektron dizilişini sağlamak için çiftli bağlar kullanırız.Karbonat iyonu buna örnektir Organik moleküller olan eten (C2H4) ve etin (C2H2) sırasıyla ikili ve üçlü bağlara sahiptir Bölüm 1

30 Oktet Kuralının İstisnalari
Periyodik çizelgenin ikinci periyodundaki elementlerin en fazla dört bağı(etrafında 8 elektronları) olabilir.Bu elementlerin bağ yapacak 2 elektronları vardır. Her bir orbital 2 elektron içerebildiğinden bu orbitalleri toplam 8 elektron doldurur Örnek: BF3 Üçüncü periyot ve sonraki elementlerin bağ oluşturacak d orbitalleri vardır.Bunlar değerlik kabuklarında sekizden fazla elektron bulundurabilir 4 ten fazla bağ yaparlar. Örneğin: PCl5 ve SF6 Bölüm 1

31 Formal Yük Atomdaki pozitif veye negatif yükler formal yükü oluşturur
Formal yüklerin toplamı molekül veya iyonun toplam yüküne eşittir Nötr serbest bir atomun değerlik elektronlarindan o atomun bağli haldeki değerlik elektronlarini çıkararak herbir atomun formal yükünü buluruz Bağlı haldeki atomlarin elektronlarını paylaştırma yoluyla belirleriz Bölüm 1

32 Örnekler Amonyum iyonu Nitrat İyonu (NO3)- Bölüm 1

33 Moleküllerin net elektrik yükleri yoktur
Moleküller nötr olarak tanımlanmıştır Bu nedenle bir molekülü oluşturan atomlarin herbirinin formal yükleri toplamı 0 dır. Bölüm 1

34 Rezonans Tek bir lewis yapısı kesin bir şekilde molekülün doğru yapısını temsil etmez Karbonat iyonunu göz önüne alalım 1-3 gibi üç farklı eşdeğer yapı yazılır Bu yapıların herbiri soygaz elektron düzenindedir ve bir yapı diğerine elektronların yerini değiştirerek dönüşebilir Bölüm 1

35 Doğru yapı tüm 3 yapının (ortalama) bir melezidir
Rezonans yapılar, gerçek molekül yada iyon yapıları değildir.Bunlar teoride olan sanal yapılardır Gerçekte var olan karbonat iyonunu rezonans teorisinde bu 3 sanal rezonans yapının bir melezi olarak görürüz Rezonans yapılarını yazarken sanal olduklarını gerçek olmadıklarını belirtmek için aralarını iki uçlu ok koyarız Doğru yapı tüm 3 yapının (ortalama) bir melezidir Bölüm 1

36 Yapıdaki bağlar çizgiler ve kesik çizgiler halinde gösterilmiştir.
Bu bağların birli bağ ile ikili bağ arasında olduğunu gösterir Elektrostatik potansiyel haritasında daha fazla negatif yüklü bölgeler kırmızıyı, daha fazla pozitif yüklü bölgeler, maviye kayan renklerle gösterilir Bölüm 1

37 b.Metanı çubuk ve top modelini gösterir
Şekilde metanın orbital melezleşmesi sonucunda oluşan düzgün dörtyüzlü geometrisi açıkca görülür a.İçteki koyu yüzey elektron yoğunluğunun yüksek olduğu bölgeyi gösterir b.Metanı çubuk ve top modelini gösterir c. Bu yapı metanın çizimini gösterir Bölüm 1

38 Etanın Yapısı (C2H6): Etanın bağ açıları düzgün dörtyüzlüdür
Etan için uygun model sp3 melezleşmiş karbon atomlarıyla gösterilir Bölüm 1

39 a. İçteki koyu yüzey yüksek elektron yoğunluğu olan bölgeyi gösterir
Aşağıdaki yapıda orbital melezleşmesi sonucu oluşmuş düzgün dörtyüzlü yapı açıkca görülür a. İçteki koyu yüzey yüksek elektron yoğunluğu olan bölgeyi gösterir b.Etanın çubuk ve top modelini gösterir c. Bu yapı etanın çizimini gösterir Bölüm 1

40 Cis-Trans İzomerisi Aynı molekül formülüne sahip farklı bileşikleridr
Bu izomerde atomların bağlanışları aynı fakat dizilişleri farklıdır Bu tür izomerlere stereoizomer denir İki aynı grubun aynı tarafta olduğu izomerleri, cis olarak belirtiriz İki aynı grubun farklı tarafta olduğu izomerler, trans olarak bilinir İkili bağın karbon atomlarından biri aynı 2 grubu içeriyorsa, cis-trans izomerisi mümkün değildir Bölüm 1

41 Etinin (Asetilen) Yapısı:
Üç elektron çiftini ortaklaşan, bu nedenlede üçlü bağ ile bağlı olan 2 karbon atomuna sahip hidrokarbonlara alkin denir En basit 2 alkin etin ve propindir Asetilen atomları doğrusal düzenlenmiştir.Etin molekülünün bağ açıları 180 derecedir. Bölüm 1

42 Etin,Eten ve Etanın Bağ Uzunlukları
S karakteri büyük olan karbon orbitallerinin, C-H bağları daha kısadır Karbon-karbon üçlü bağı, karbon-karbon ikili bağından kısadır Etinini karbon-hidrojen bağları, eteninkinden kısadır Etenin karbon-hidrojen bağları, etanınkinden kısadır Etinin sp orbitalleri 50% s karakterindedir ve en kısa C-H bağlarını oluşturur Etanın sp3 orbitalleri 25% s karakterindedir ve en uzun C-H bağlarını oluşturur Bölüm 1

43 Moleküler Geometri: Değerlik Kabuğu Elektron Çifti İtmesi(VSEPR) Modeli
Moleküllerin geometrisini tahmin etmek için basit bir teoridir Vsper kuramının uygulanışı: Merkez atomu 2 yada daha fazla atom veya gruba kovalent bağ ile bağlı olan molekülleri ele alırız Merkez atomunun bütün değerlik elektron çiftlerini Elektron çiftleri birbirini iter, bağlayıcı olamayan çiftler arasındaki itme, bağlayıcı çiftler arasındakinden daha fazladır Molekül geometrisine bağlayıcı olan ve olmayan bütün elektron çiftleri, göz önüne alınarak ulaşılır Bölüm 1

44 Metan Metanın değerlik kabuğu, 4 çift bağlayıcı elektron içerir
Düzgün dörtyüzlü yapıdaki herhangi bir atomun bağ açıları, 109.5o’ dir Metan molekülü düzgün dörtyüzlü yapıya sahiptir Bölüm 1

45 Amonyak Amonyakta, 3 çift bağlayıcı elektron, birde bağlayıcı olmayan çift vardır Amonyak molekülünün şekli üçgen piramittir Bağ açıları, düzgün dörtyüzlü bağ açısına, 109.5o ye çok yakın bir değer olan 107o’dir Bölüm 1

46 Su 2 bağlayıcı, 2 bağlayıcı olamayan elektron çifti içerir
Su molekülü düzgündörtyüzlü yapıdadır Su molekülünün bağ açıları 105o’ dir. Bağlayıcı olamayan çiftlerin, bağlayıcı çiftlerden daha büyük olması nedeniyle, tam bir düzgün dörtyüzlü değildir Bölüm 1

47 Üç elektron, 3 flor atomuyla ortaklaşmıştır
Bor Triflorür Üçgen düzlemsel yapıdadır. Bağ açıları 120o’dir Üç elektron, 3 flor atomuyla ortaklaşmıştır Berilyum Hidrür Doğrusal geometri oluşturur. Bağ açısı 180o’dir Bölüm 1

48 Karbon Dioksit Doğrusal yapıdadır ve bağ açıları 180o’dir Bölüm 1
Karbondioksitin merkezi karbon atomu, herbir oksijen atomuna ikili bağ ile bağlanmıştır Bölüm 1

49 Yapı Formüllerinin Gösterilmesi
Nokta yapısı, bütün değerlik elektronlarını gösterir ancak yazılması dikkat gerektirir Çizgi formülleri ve diğer formüller, daha elverişli olduklarından onları kullanırız Bölüm 1

50 Çizgi Yapı Formülleri Birli bağlarla birbirine bağlanan atomlar, bu birli bağlar etrafında nisbeten serbestçe dönebilir Aşağıdaki yapıların hepsi eşdeğerdir ve hepsi propil alkolün formülleridir Bu formüllerde bağ açıları 109.5o değil 90o olduğuna dikkat ediniz Yazdığımız bu yapı formülleri, moleküllerin gerçek şekillerini gösteren formüller olmayıp, atomların birbirine bağlanma sırasını belirtirler Yapı izomerleri: Yapı izomerlerinin bağlanma sıraları farklıdır İzopropil alkol Bölüm 1

51 Sıkıştırılmış Yapı Formülleri
Bir karbon atomuna bağlı hidrojenler, bu karbon atomundan sonra hemen yanına yazılır Tamamı sıkıştırılmış formüllerde,karbona bağlı atomların hepsi, karbondan hemen sonra hidrojenden başlanarak yan yana yazılır Bölüm 1

52 Çizgi Bağ Formülleri Sadece karbon iskeletini gösterdiği için, kolaylık sağlar Karbon atomlarının değerlerini tamamlamak için, gerekli hidrojen atomları var olmasına rağmen bunları yazmayız.Diğer atomlar(O,Cl,N) yazılır İki yada daha çok çizginin buluştuğu yerler, çizgilerin uçları başka atom belirtilmedikçe karbon atomunu gösterir Bölüm 1

53 Çizgi bağ formülleri çoğunlukla halkalı bileşikler için kullanılır
Çizgi-bağ formüllerinde çoklu bağlarda gösterilir Bölüm 1

54 Üç Boyutlu Formüller Üç boyutlu formüller, molekülün şekli hakkında bilgi gereksinimi olduğunda kullanılır Düzgün dörtyüzlü atomlar için, kağıt düzleminde olan iki bağı aralarında yaklaşık 109 derece olarak çizdiğimize, üç boyutluluğu sağlamak içinde kama ve kesikli kama şeklindeki bağları, kağıt üzerinde birbirine yakın olarak çizdiğimize dikkat edin Üçgen düzlemsel atomları ya bütün bağları 120 derecelik açıyla ayrılmış şekilde aynı kağıt düzleminde,yada üç bağdan biri kağıt düzleminde biri önde biri arkada olacak şekilde gösteririrz Doğrusal bağlı atomları göstermenin en güzel yolu, bütün bağları kağıt düzlemine çizmektir Bölüm 1

55 Bölüm 1

56 Bölüm 1

57 Bölüm 1

58 Bölüm 1

59 Bölüm 1

60 Bölüm 1

61 Bölüm 1

62 Bölüm 1

63 Bölüm 1

64 Bölüm 1

65 Bölüm 1

66 Bölüm 1

67 Bölüm 1

68 Bölüm 1

69 Bölüm 1

70 Bölüm 1

71 Bölüm 1

72 Bölüm 1

73 Bölüm 1

74 Bölüm 1

75 Bölüm 1

76 Bölüm 1

77 Atomların Elektronik Konfigurasyonları ve Terimlerin Açıklanması:
Aufbau prensibi: Orbitaller en düşük enerjiliden başlayarak doldurulurlar Pauli dışlama kuralı: Herbir orbitale elektron spinleri eşleşmiş en fazla 2 elektron yerleşebilir Hund kuralı: Eşit enerjili orbitallerin herbirine,spini eşleşmemiş bir elektronu herbir dejenere orbitalde 1 elektron olacak şekilde yerleştiririz Bazı İkinci Sıra Elementlerin Elektron Dizilişleri Bölüm 1

78 Metan ve Etanın Yapısı: Sp3 Hibritleşmesi
S ve p orbitalleri tek başlarına alındıklarında, metanın 4 değerlikli düzgün dörtyüzlü karbon atomu için, uygun model oluşturmazlar Orbital melezleşmesi bu konuya açıklık getirir S ve p orbitallerinin dalga fonksiyonlarının yeni orbitaller için dalga fonksiyonları elde etme amacıyla biraraya getirildiği matematiksel yaklaşım Karbon atomunun değerlik elektronları 2s ve 2p elektronlarıdır Bölüm 1

79 Her yeni molekül orbital 2 elektrona sahiptir
Metanın melez atomik orbitalleri, karbonun 2s orbitaliyle, üç 2p orbitalinin dalga fonksiyonunun birleşmesiyle elde edilir Dört orbital dört orbitalle melezleştirildiği zaman sonuç; Her yeni orbitalin bir bölümü s, 3 bölümü p karaktere sahiptir Dört özdeş orbital bir dört yüzlü yapı oluşturur Metanın melezleşmesinde bir kısım karakterin s orbitalinden 3 kısım karakterinini p orbitalinden geldiğini göstermek için sp3 orbitalleri denir Her yeni molekül orbital 2 elektrona sahiptir Bölüm 1

80 Bölüm 1

81 Oluşan karbon-hidrojen bağı oldukça kuvvetlidir
sp3 orbitalinin pozitif lobu hidrojenin pozitif 1s orbitaliyle örtüşerek karbon-hidrojen bağının bağlayıcı molekül orbitalini oluşturur Sp3 orbitalinin pozitif lobu büyük ve uzaya yayılmış olduğundan bununla hidrojenin 1s orbitalinin örtüşmesi büyüktür Oluşan karbon-hidrojen bağı oldukça kuvvetlidir Bölüm 1

82 Şekilde metanın orbital melezleşmesi sonucunda oluşan düzgün dörtyüzlü geometrisi açıkca görülür
a.İçteki koyu yüzey elektron yoğunluğunun yüksek olduğu bölgeyi gösterir b.Metanı çubuk ve top modelini gösterir c. Bu yapı metanın çizimini gösterir Bölüm 1

83 Etanın Yapısı (C2H6): Etanın bağ açıları düzgün dörtyüzlüdür
Etan için uygun model sp3 melezleşmiş karbon atomlarıyla gösterilir Bölüm 1

84 Aşağıdaki yapıda orbital melezleşmesi sonucu oluşmuş düzgün dörtyüzlü yapı açıkca görülür
a. İçteki koyu yüzey yüksek elektron yoğunluğu olan bölgeyi gösterir b.Etanın çubuk ve top modelini gösterir c. Bu yapı etanın çizimini gösterir Bölüm 1

85 Etenin Yapısı (Etilen) : Sp2 Hibritleşmesi
Eten (C2H2) bir alkendir Molekülleri karbon-karbon ikili bağı içeren hidrokarbonlara alken denir Molekül geometrisi trigonal planar’dır Etenin atomlarının düzlemi kağıda diktir Kesikli kamalı bağlar düzlemde kağıdın arkasına doğru, koyu kamalı bağlar kağıdın önüne doğru yönelmiştir Aralarında yaklaşık 120 derecelik açı vardır Bölüm 1

86 Şekilde 2s ve 2p orbitalleri melezleşmiştir
Bir 2p orbitali melezleşmemiş olarak kalır Her bir sp2 melez orbitaline 1 elektron kalan 2p orbitalinede 1 elektron yerleşir Melezleşme sonucu oluşan 3 sp2 orbitali eşkenar bir üçgenin kenarlarına yönelmiştir Karbonun melezleşmemiş p orbitali sp2 melez orbitallerinin oluşturduğu üçgene dik olarak bulunur Bölüm 1

87 İki sp2 melezleşmiş karbon atomu, her birinden birer sp2 orbitalinin örtüşmesiyle aralarında bir s bağı oluşur Karbon atomlarının kalan sp2 orbitalleri 4 hidrojen atomunun 1s orbitalleriyle örtüşerek s bağlarını oluşturur P orbitallerinin örtüşmesi pi(p) bağı diye bilinen bir tür kovalent bağ oluşturur Bu 5 bağda etenin 12 bağlayıcı ektronunun 10’u bulunur ve bunlara s bağ iskeleti denir Kalan 2 bağlayıcı elektron, herbir karbon atomunun p orbitalinde bulunur Bölüm 1

88 Etinin (Asetilen) Yapısı: Sp Hibritleşmesi
Üç elektron çiftini ortaklaşan, bu nedenlede üçlü bağ ile bağlı olan 2 karbon atomuna sahip hidrokarbonlara alkin denir En basit 2 alkin etin ve propindir Asetilen atomları doğrusal düzenlenmiştir.Etin molekülünün bağ açıları 180 derecedir. Bölüm 1

89 Etindeki karbonlar sp melezleşmesi yapar
Karbonun 2s orbitali ve bir 2p orbitali 2sp orbitali oluşturulmak için melezleştirilir Kalan 2p orbitali melezleşmez Sp melez orbitallerinin büyük pozitif loblarının biribirine göre 180 derece açıyla yönlendiği görülür Melezleşmemiş 2p orbitali,sp orbitallerinin merkezinden geçen eksene dik olarak bulunur Bölüm 1

90 Bunlar üçlü bağın diğer ikili bağını oluşturur
İki karbon atomu, sp orbitallerini bir sigma bağı oluşturmak için örtüştürür Kalan 2 sp orbitali, herbir karbonda hidrojen atomlarıyla örtüşerek 2 C-H sigma bağı oluştururlar Herbir karbon atomundaki 2 p orbitali 2 p bağı oluşturmak için yanayana örtüşür Bunlar üçlü bağın diğer ikili bağını oluşturur Bölüm 1

91 a. Etindeki pi bağını oluşturan 2 çift p orbitalini şematik olarak açıklayan ve sigma bağ iskeletini gösteren etinin yapısı b. Etinin hesaplanmış, pi molekül orbitallerini gösteren yapısı c. File şeklinde gösterilen yüzey,etindeki elektron yoğunluğunun ulaşabileceği yaklaşık sınırı gösterir Bölüm 1

92 Etin,Eten ve Etanın Bağ Uzunlukları
S karakteri büyük olan karbon orbitallerinin, C-H bağları daha kısadır Karbon-karbon üçlü bağı, karbon-karbon ikili bağından kısadır Etinini karbon-hidrojen bağları, eteninkinden kısadır Etenin karbon-hidrojen bağları, etanınkinden kısadır Etinin sp orbitalleri 50% s karakterindedir ve en kısa C-H bağlarını oluşturur Etanın sp3 orbitalleri 25% s karakterindedir ve en uzun C-H bağlarını oluşturur Bölüm 1