ORGANİK KİMYA

ORGANİK KİMYA



“Karbon bileşiklerinin kimyası” olarakta isimlendirilirler.



Karbon bileşikleri C ve H’den oluşur.



Bağ türü ve molekül yapılarına göre ya



Doymuş (alkanlar, parafinler, alifatikler)



Doymamış (alkenler, alkinler, olefinler)



Ya da



Düz zincirli (asiklik)



Halkalı (siklik)

bileşikler olarak gruplandırılırlar.



Kovalent bağlı karbon omurgalı moleküller organik bileşikler olarak isimlendirilirler.



Biyomoleküllerin çoğunluğu organik bileşiktir.



Gerek bitkisel gerekse hayvansal organizmaların

yapı ve hayatlarını sürdürebilmeleri için gerekli

olan klorofil, vitamin, hormon, enzim, koenzim,

protein, yağ asidi ve karbonhidrat gibi pek çok

bileşik organik yapıdadır.



Organik kimyanın bir bilim dalı olarak 1780’lerde gelişimi ile birlikte;



Canlı organizmadan elde edilen bileşikler

organik, cansız kaynaklardan elde edilen ise

inorganik bileşikler olarak tanımlanmıştır.

Scheele



Üzümden = Tartarik asit



Elmadan = Malik asit



Limondan = Sitrik asit



Sütten = Laktik asit



İdrardan = Ürik asit

elde etti.



Molekül formülleri aynı kimyasal özellikleri farklı olan bileşiklere İZOMER denir.



Liebig-Wöhler:

İzomer moleküllerin varlığını göstererek izomeri

kavramını tanımladılar.



Organik bileşikler ile inorganik bileşikler arasında farklar vardır.



Bu farklılıklar karbonun periyodik cetveldeki

yerinden kaynaklanır.



Organik bileşikler genellikle yanıcıdır.



Organik bileşiklerin erime noktaları genellikle düşüktür (300

C den düşüktür).



Organik bileşikler genellikle suda çözünmezler.



Organik bileşiklerin çoğunun yapısı iyonik değildir.



Organik bileşiklerde izomerizm büyük rol oynar.

 İnorganik bileşikler yanıcı değildir.

 İnorganik bileşiklerin erime noktaları genellikle yüksektir.

 İnorganik bileşiklerin çoğu suda çözünürler.

 İnorganik bileşikler iyonik yapıdadır.

 İnorganik bileşiklerde izomerizm yoktur.



Organik bileşiklerin oluşumunda katalizörlerin rolü büyüktür.

Farklı katalizörler kullanılarak aynı maddelerden farklı

bileşikler oluşturulabilir.



Organik bileşiklerle yapılan

reaksiyonlar fazla ısı ve zaman gerektirir.



Organik bileşiklerin dansitesi genellikle düşüktür.



Organik bileşiklerin

reaksiyonları kantitatif değildir.



İnorganik bileşiklerin

reaksiyonları daha hızlıdır.

Orbitaller ve Kovalent Bağlanma



Hidrojen Bağlanma: Hidrojen (H

) en basit moleküldür.



Hidrojen atomu 1s orbitalinde bir elektron taşır.



İki hidrojen atomu arasında bir moleküler orbital

oluşur ve kovalent bağ meydana gelir. Bu

moleküler orbitale sigma (σ) moleküler orbitali,

oluşan bağa sigma bağı denir.

Karbonun melez orbitalleri



Karbon 1s orbitalinde 2 elektron taşır ve dolu olan bu orbital bağ yapımında kullanılmaz.



Karbonun değerlik eletronları ikinci ana enerji düzeyindeki 4 elektronudur.



İkinci ana enerji düzeyinde 2s ve üç 2p olmak üzere 4 orbital vardır.



Karbon bağ yaparken bu dört orbitali bu

durumlarıyla kullanmaz onları melezleştirir.

Üç şekilde melezleştirilir



1- sp

melezleşmesi, karbon 4 tekli bağ yaptığında kullanılır.



2- sp

melezleşmesi, karbon çift bağ yaptığında kullanılır.



3- sp melezleşmesi, karbon üçlü bağ veya bitişik

(kümüle) çift bağ yaptığında kullanılır.



Karbon atomu, melez orbitaller daha iyi

örtüştükleri, daha düşük enerjili, daha

kararlı moleküller oluşturdukları için

melezleşmiş orbitallerle bağ yapar.



Metanda C atomu 4H’ine 4 eşdeğer bağ ile bağlanmıştır. CH bağları arasındaki bağ açısı 109,5

dir. Bu dört eşdeğer bağ dört atomik orbitalin bir 2s ve üç 2p orbitallerinin karışmasıyla sp

melez orbitalleri oluşur.

sp

Melezleşmesi



Karbon çekirdeğinin etrafında dört sp

melez orbitali, negatif yüklerin birbirini

itmesi nedeniyle birbirlerinden

olabildiğince uzak, bir düzgün dört

yüzlünün (tetrahedron) köşelerine

yönlenmiş durumda bulunurlar. sp

melezleşmesi yapmış C atomuna düzgün

dört yüzlü C atomu da denir.



Herhangi bir molekülde, bir C atomu dört

başka atoma bağlanmışsa sp

melezleşmesi yapmıştır ve bağın dördü

de sigma bağıdır. Eğer bir engel yoksa

bağ açıları 109,5

dir.

sp

Melezleşmesi



Karbon atomu, başka bir atoma iki bağ ile bağlanmışsa sp

melezleşmesi yapmıştır.



Karbon, sp

bağlayıcı orbitallerini oluşturmak için 2s orbitali ile 2p orbitallerinden ikisini melezleştirir.



Melezleşme için üç atomik orbital

kullanıldığından üç tane sp

melez orbitali oluşur.



Karbon çekirdeği etrafındaki üç sp

melez orbitali birbirinden olabildiğince uzak olacak şekilde yerleşirler. Aralarındaki açı 120

dir.



sp

melezleşmesi yapmış karbon atomuna

eşkenar karbon denir.



Etilen’de karbon atomları birer sp

melez orbitallerinin örtüşmesiyle kendi aralarında bir sigma bağı oluştururlar. Sigma bağı çift bağları oluşturan bağlardan biridir.



Karbon atomlarının geriye kalan ikişer sp

melez orbitalleri H atomlarıyla bağ yapar. Ayrıca her bir C atomu melezleşmemiş bir p atomik orbitali taşır.

Geriye kalan bu p orbitalleri, biri sigma bağları

düzleminin altında, diğeri ise üstünde olan iki loba

sahiptirler ve birer elektron taşırlar .



Eğer bu p elektronları, bağlayıcı bir moleküler orbitalde ortaklaşırlarsa sistemin enerjisi azalır. P orbitalleri yan yana bulunduklarından yan yana örtüşürler.

Yandan örtüşme ile oluşan bu bağa pi (π)

bağı denir ve çift bağı oluşturan diğer bağdır.



Başka 3 atoma bağlanmış C atomu sp

melezleşmesi yapmıştır.



Kararlı bileşiklerde sp

melezleşmesi yapmış

C atomunun p orbitali komşu bir atomun p

orbitali ile örtüşür. Bu komşu atom karbon

olabileceği gibi başka bir elementin atomu

da olabilir.



İki p orbitalinden oluşan pi bağı sigma bağına göre daha az kararlıdır.



Pi elektronları daha yüksek enerjili oldukları için dış etkilere karşı sigma bağı elektronlarından daha duyarlıdırlar, daha kolay polarlanırlar ve yüksek enerjili bir orbitale daha kolay atlarlar.



Dışarıdaki bir atom veya molekül pi bağına

daha kolay saldırır (etkin bölge).



Pi bağı, çift bağlı C atomlarını sıkı sıkıya tutar, ayrıca bu C atomlarına bağlı diğer atomları da sabit tutar.



Çift bağlı karbon atomlarının ve bunlara

bağlı grupların çift bağ ekseni etrafında

dönebilmeleri için pi bağının kopması

gerekir.

sp Melezleşmesi



Bir C atomu yalnızca iki başka atoma bağlanmışsa sp melezleşmesi yapmıştır.



sp melezleşmesi bir 2s orbitali ile bir 2p orbitalinin karışımından oluşur.



Herbiri tek elektron taşıyan iki 2p orbitali

melezleşme dışı kalır.



P orbitaller hem birbirine, hem de sp orbitaline diktir.

Orbitalleri arasında 180

lik açı bulunmaktadır.



Asetilen’de iki C atomu sp-sp sigma bağlarıyla bağlanmıştır. Ayrıca her C bir H atomuna sp-s sigma bağıyla bağlıdır.



Bir C’daki iki p orbitali de iki pi-bağı yapmak üzere

diğer C’un iki p orbitali ile örtüşür. Yani sp

melezleşmesinde 1 sigma ve 2 pi bağı bulunur.

Fonksiyonel (işlevsel) Gruplar



Molekülün kimyasal etkinliğe sahip bölgesine işlevsel grup denir.



Bir organik molekülde kimyasal tepkimenin

meydana gelmesini sağlayan pi bağı ya da

elektronegatif (veya elektropozitif) bir atom bir

işlevsel grup ve ya işlevsel grubun parçası

olabilir.



Aynı işlevsel grubu taşıyan bileşikler benzer kimyasal tepkimeleri verme eğilimindedirler.



Örneğin: hidroksil grubu taşıyan moleküller benzer kimyasal tepkimeler verirler ve alkol sınıfına girerler.



Aynı işlevsel grubu taşıyan bileşiklerin

kimyasal özellikleri benzer olduğu için bunları

bir genel formül ile göstermek mümkündür.



Yalnızca sp

melezleşmesi yapmış C atomları ve hidrojenleri taşıyan alkil grubu R ile gösterilir.



R = bir alkil grubudur.



CH

- : metil



CH

CH

- : etil gibi

 ROH = bir alkoldür.



CH

OH : metil alkol



CH

CH

OH : etil alkol gibi

Karbonil grubu



Karbonil grubu (C=O), çeşitli işlevsel grupların bir bölümüdür.



Bileşiklerin işlevsel grubu ve sınıfı, karbonil

grubuna bağlı diğer atomlar tarafından

tayin edilir.



Eğer bu karbonil grubuna,



Bir H bağlanırsa aldehit meydana gelir.



İki C bağlanırsa keton oluşur.



OH grubu bağlanırsa karboksilli asitler oluşur.

Konjuge çift bağlar



Organik moleküllerde çift bağlar başlıca iki konumda bulunabilirler.



Çift bağlar arasında birer tek bağ varsa bunlara konjuge çift bağlar denir.



Çift bağlar arasında birden fazla tek bağ varsa

bunlara ayrık (izole) ya da konjuge olmayan çift

bağlar denir (yani çift bağlardaki karbon atomları

komşu değildir).

Aromatik Sistemler



Benzen halkalı bir bileşiktir.



Her C sp

melezleşmesi yapmış 6 C’dan oluşur.



Her bir C, bir H’e bağlıdır.

Organik Bileşiklerde İzomeri

 Sadece C ve H içeren bir bileşik hidrokarbon adını alır.



Metan, Etilen, Benzen gibi

Yalnız sp

melezleşmesi yapmış karbon atomlu hidrokarbonlara alkan denir.

Eğer bunların C atomları halka biçiminde

birleşmişse sikloalkanlar adı verilir.



Alkan ve sikloalkanlara doymuş hidrokarbonlar adı verilir.



Bu bileşikler H ile reaksiyon vermezler.



Pi bağı içeren bileşiklere doymamış bileşikler denir. Bu bileşikler H ile tepkimeye girerek doymuş ürünler verir.



Aynı molekül formülü ile gösterilen iki yada daha

fazla sayıda farklı bileşiğe izomer denir.

İzomerlerin Sınıflandırılması

Yapı (konstitüsyon) İzomeri: Aynı yapıtaşlarının farklı sıralanması

- İskelet izomeri - Pozisyon izomeri - Fonksiyonel izomeri

Konfigürasyon (stereo) izomeri:

Şiralite

Cis-Trans İzomeri

Konformasyon izomeri: Serbest dönmenin sonucu

Yapı İzomerleri



Organik bileşiklerin yapılarındaki çeşitlilik



Molekülde bulunan farklı sayıdaki atom tiplerinden



Bir moleküldeki atomların birbirine bağlanma düzeninden kaynaklanabilir.



Aynı molekül formülü ile gösterildiği halde

atomların bağlanma düzenleri farklı olan bileşiklere

yapı izomeri denir.



İskelet izomeri: Temel iskeletteki C atomlarının farklı dizilimleri

Örnek: n-hekzan, 2-metil pentan

Üç yada daha az sayıda C içeren atomların izomeri yoktur.

Dört C’lu alkanda karbon atomları düz ve dallanmış zincirli olmak üzere iki farklı şekilde düzenlenebilir.

Bir işlevsel grubun bir molekülde farklı durumlarda

bulunması da yapı izomerisine neden olur.

Pozisyon izomeri:

Primer (I) C atomu: Komşu C atomuna tek valansları ile bağlanmışlardır. Zincir başında ve sonunda yer alır.

Sekonder (II) C atomu: Zincir içinde yer alırlar,

komşu C atomuna iki valansları üzerinden

bağlanırlar.

Tersiyer (III) C atomu: Komşu 3C atomuna 3 valansları üzerinden bağlanırlar. Zincirdeki dallanma noktasında yer alırlar.

Quarter C atomu: Komşu 4 C atomuna 4 valansları

üzerinden bağlanırlar. Zincirde her iki yana dallanma

olan bölgede yer alır.



Fonksiyonel İzomeri: Fonksiyonel grupların farklı pozisyonlarda yer alması.

Örneğin C

H

O molekül formülü için iki farklı yapı molekülü yazılabilir.



CH

OCH

(dimetileter): oda sıcaklığında gaz olup, soğutucu ve itici gaz olarak kullanılır.



CH

CH

OH (etilalkol): oda sıcaklığında sıvıdır. Hem çözücü hemde alkollü içeceklerin yapımında

kullanılır.

Konfigürasyon izomeri



Cis-Trans İzomeri: Halka sistemindeki ve çift bağlardaki substitüentlerin farklı dizilişi ile oluşur. Bir alkenin yapısını yazarken sp

melezleşmesi yapmış C atomlarını ve bunlara bağlı diğer atomları bütünüyle bir düzlem içindeymiş gibi gösteririz.



Benzer iki grup



Çift bağın iki yanındaysa molekül cis,



Çift bağın karşıt yanlarında ise molekül trans yapıdadır.



Cis ve trans 1,2-dikloreten farklı fiziksel özelliklere sahiptir.



Bunlar değişik bileşiklerdir. Ancak bunlar yapı izomerleri değildirler.



Çünkü, cis ve trans izomerlerde atomların sırası ve çift

bağın yeri her iki bileşikte aynıdır.



Cis ve trans 1,2-dikloreten bileşikleri birbirinin steroizomeridir.



Yani, bunlar sadece atomlarını uzaydaki dizilişleri farklı olan, aynı yapıya sahip değişik bileşiklerdir.



Bunlar geometrik izomerlerin özel bir grubunu

oluşturur. Bunlara cis-trans izomerlerde denir.



Şiralite (Molekül asimetrisi, Optik izomeri): Asimetrik C atomundaki farklı dizilim.



Kiral (asimetrik) karbon atomu: Dört farklı gruba bağlanmış C atomuna kiral karbon atomu veya asimetrik karbon atomu denir. Aslında kiral olan C atomu değil moleküldür.



Kiral bir molekülün en önemli yapısal özelliği C atomunun sp

melezleşmesi yapmış olmasıdır.



İki enantiomeri vardır (L – D).



Üst üste çakışmazlık (kirallik) dışında enantiomerlerin yapıları aynıdır. Bu nedenle hemen hemen tüm fiziksel ve kimyasal özellikleri aynıdır.



Ancak, iki özelliği farklıdır;



Diğer asimetrik bileşiklerle etkileşimi



Polarlanmış ışık ile etkileşimi

Adi ışık, çeşitli dalga boylarında ve çeşitli düzlemlerde hareket eden dalgalardan oluşmuştur.

Dalga hareketi, ışığın yayılma doğrultusuna diktir.



Polarize ışığın yayılma düzlemini sağa çeviren enantiomere destrorotatori yada sağa çeviren denir.



Bunun ayna görüntüsü polarize ışığın yayılma düzlemini sola çevirir ve buna levorotator yada sola çeviren adı verilir.



Adlandırmada sağa çeviren (+),

sola çeviren (-) işaretiyle belirtilir

 Bir bileşiğin optik izomerlerinin maksimum sayısı 2

’dir.



n: kiral karbonların sayısıdır.



2 asimetrik karbonu varsa 4 stereoizomeri olabilir.



3 asimetrik karbonu varsa 8 stereoizomeri

olabilir.

Konformasyon İzomeri



Konformasyonları göstermede üç çeşit formül kullanılır;



1) Üç boyutlu formüller



2) Top ve çubuk formülü



3) Newman iz düşümleri



Top ve çubuk formülü ile üç boyutlu formül bir bileşiğin moleküler modelinin üç boyutlu gösterilişidir.



Newman izdüşümünde molekülün, yalnızca iki C atomu

arka arkaya getirilmiştir. Öndeki C’un taşıdığı bağlar

yuvarlağa kadardır.