15 ÜNİTE Organik Kimya - II Heteroatomlu Bileşikler Amaçlar Bu üniteyi çalıştıktan sonra; ■ Heteroatom kavramını, ■ Heteroatom içeren bileşiklerin önemini, ■ Heteroatom içeren bileşiklerin reaksiyonlarını, ■ Heteroatom içeren bileşiklerin isimlerini öğreneceksiniz. İçindekiler ■ Giriş ■ Alkoller ■ Eterler ■ Aminler ■ Alkil halojenürler ■ Aldehitler ■ Ketonlar ■ Karboksilik asitler ■ Karboksilik esterler ■ Karboksilik amitler ■ Karboksilik halojenürler ■ Özet ■ Değerlendirme Soruları Öneriler ■ Bu üniteyi kavrayabilmek için karbon, oksijen, azot ve hidrojen elementlerinin temel kimyasal özelliklerinin bilinmesi gerekir. ■ Kimyasal bağlanma nedir? Bu kavramın iyice anlaşılması gerekir. ■ Tüm fonksiyonel gruplara ilişkin formüllerin bilinmesi gerekir. 1. GİRİŞ Ünite 14'de hidrokarbonları görmüştük. Daha önce belirttiğimiz gibi, karbon ve hidrojen atomunun dışındaki atomlara "heteroatom" demekteyiz. Organik kimyada göreceğimiz en önemli heteroatomlar oksijen (O), azot (N), kükürt (S), fosfor (P) ve halojenler (F,Cl, Br, I) dir. 2. ALKOLLER Doymuş sp3 -hibritleşmiş karbon atomlarına hidroksil (OH) grubu bağlı bileşiklere "alkoller" denir. Bu tanımlama fenollerin (aromatik bir hidrokarbona hidroksil grubunun bağlı olduğu bileşikler) ve enollerin (vinil alkoller) alkol sınıfına dahil edilmemeleri gerektiğini göstermektedir.. OH OH H H H Metanol Fenol H OH H H Vinil alkol (Bir enol) Yapısal olarak yukarıdaki üç maddede de hidroksil grubu olmasına rağmen, bu maddelerin kimyasal özellikleri birbirinden oldukça farklıdır. Alkoller su molekülündeki hidrojen atomlarının bir organik grup ile yer değiştirmiş türevi kabul edilebilir. Genel formülleri R-OH şeklindedir. H O H Su molekülü R O H R : Bir organik grup Alkol Etanol, mentol ve kolesterol doğada oluşan alkollerdir. - 278 - H 3C H3C H CH3CH2OH Etanol H 3C H 3C H C H H H H H H HO OH H Kolesterol CH3 Mentol 2.1. Alkollerin İsimlendirilmesi Alkoller sistematik (IUPAC) isimlendirmeye göre üzerinde (OH) hidroksil grubu bulunduran en uzun karbon zinciri seçilerek hidroksil grubuna en küçük numarayı verecek tarzda numaralanır ve alkanların soneki "an" ın "ol" eki ile değiştirilmesiyle isimlendirilirler. OH CH3CH2CH2OH 1 2 H 3C 3 4 5 C CH2CH2CH3 CH3 Propanol 2-Metil-2-pentanol IUPAC tarafından da kabul edilen alternatif bir diğer isimlendirme ise, "OH" grubunun bağlı olduğu alkil grubuna göre isimlendirmedir. Bu durumda alkil grubundan sonra sonek olarak "alkol" eki getirilir. CH2OH CH3CH2OH H3C Etil alkol Benzil alkol CH3 H C OH CH3 İzopropil alkol H3C C OH CH3 t-Bütil alkol t : T ersiyer Alkoller hidroksil grubunun bağlı olduğu karbon atomuna bağlı karbon atomlarının (alkil gruplarının,R) sayısına bağlı olarak birincil (1°) ikincil (2°) ve üçüncül (3°) olmak üzere üç sınıfta sınıflandırılırlar. - 279 - H H R C OH R C OH R H 1º-Alkol 2º-Alkol R R C OH R 3º-Alkol Buna göre hidroksil grubunun bağlı olduğu merkez karbona sadece bir tek alkil grubu bağlı ise, yapı "birincil alkol" olarak adlandırılır. Örneğin, etil alkol birincil bir alkoldür. Benzer şekilde merkez karbona iki adet alkil grubunun bağlı olması durumundaki alkoller "ikincil alkoller" ve üç adet alkil grubunun bağlı olması durumundaki alkoller ise "üçüncül alkoller" olarak adlandırılırlar. İzopropil alkol ikincil alkollere, t-bütil alkol ise üçüncül alkollere örnek olarak verilebilirler. 2.2. Alkollerin Genel Özellikleri Alkoller hidroksil grubunun polar yapısından dolayı alkan ve alkenlere kıyasla çok daha polar bileşiklerdir. Metanol, etanol, propanol ve bütanol gibi küçük alkollerin suda çok çözünmelerine rağmen, genelde karbon sayısı arttıkça alkollerin su içindeki çözünürlükleri azalır. Alkollerin suda çözünmeleri, alkol molekülleri ile su molekülleri arasındaki hidrojen bağlanmasının bir sonucudur. Öte yandan alkol molekülleri arasında da hidrojen bağı söz konusudur. Alkollerin kaynama noktaları beklenenden daha yüksektir. Bu durum hidrojen bağlanmasından kaynaklanmaktadır. 2.3. Alkollerin Kimyasal Özellikleri Alkollerin reaksiyonları karbon-oksijen ve oksijen-hidrojen bağından kaynaklanan reaksiyonlar olmak üzere iki grupta toplanır. O-H Reaksiyonları C O H C-O Reaksiyonları Ünite 14 de değinildiği gibi alkollerin uygun şartlarda bir mol su kaybetmeleri ile "alkenler" elde edilir. - 280 - Bu reaksiyonlar genel olarak "ayrılma" veya "eliminasyon" reaksiyonları olarak bilinirler. Ancak alkollerden bu reaksiyonlar aracılığı ile bir molekül su ayrılması durumunda "dehidratasyon reaksiyonları" olarak adlandırılırlar. Birincil ve ikincil alkoller tionil klorür (SOCl2), fosfor pentaklorür ve benzeri halojenlendirme maddeleri ile alkil halojenürlere (R - X) dönüşürler. CH3CH2CH2OH + SOCl2 Propanol CH3CH2CH2Cl + SO2 + HCl Tionil klorür Klorapropan O Alkollerin en önemli reaksiyonlarından birisi karbonil C bileşikleri- ne yükseltgenme reaksiyonudur. OH O Na2Cr2O7 H2O, CH3COOH, ısı Siklohekzanon Siklohekzanol O CH2OH C CrO3, H2SO4 H2O, aseton Siklopentilmetanol OH Siklopentankarboksilik asit - 281 - 3. ETERLER Bir oksijen atomuna iki organik grubu bağlı bileşiklere "eterler" denir. Organik gruplar alkil, aril, veya vinilik olabilir. Bu durumda genel formülleri şöyle olur R - O - R '. O CH3CH2 CH3 O CH2CH3 O Dietil eter Tetrahidrofuran (THF, halkalı eter) Metil fenil eter (Anisol) 3.1. Eterlerin İsimlendirilmesi Eterlerin isimlendirilmesi biraz karışık olmakla birlikte, (IUPAC) iki çeşit isimlendirmeye izin vermektedir. Eğer oksijene bağlı gruplar basit ise, bu durumda bu grupların ismini belirterek sonek olarak "eter" kelimesini ilave ederiz. O H 3C H O CH3 Dimetil eter CH3CH2CH2 O C CH2 n-Propil vinil eter Siklopropil fenil eter Eğer birden fazla eter grubu veya daha önemli başka bir fonksiyonel grup varsa, bu durumda eterler ana bileşiğe bağlı gruplar gibi okunur. OCH2CH3 OCH2CH3 1,2-Dietoksibenzen 3 2 4 O CH3 1 4-Metoksi-1-siklohekzen - 282 - 3.2. Eterlerin Genel Özellikleri Eterlerin polariteleri çok düşüktür. Bundan dolayı suda çok az çözünürler. Ancak eterler, düşük polariteli organik bileşiklerin çözünmelerinde çok uygun çözücüdürler. 3.3. Eterlerin Kimyasal Özellikleri Eterlerin en önemli kimyasal özelliklerinden birisi kimyasal reaktivitelerinin çok düşük olmasıdır. Eterler oksijen ile çok yavaş reaksiyona girerek peroksitleri oluştururlar. CH3CH2 O CH2CH3 + O2 CH3CH2 Dietil eter O O CH2CH3 Dietil peroksit Eterlerin önemli reaksiyonlarında birisi de yanma reaksiyonudur. H 3C O CH3 + 2 CO2 3 O2 + 3 H2O + ısı Dimetil eter Eterler sulu HBr veya HI ile reaksiyona sokuldukları takdirde eter bağı parçalanır. H H 3C H C COOH + OCH2CH3 HI H 2O 100ºC CH3CH2I + H3C İyodoetan OH 2-Etoksipropanoik asit O CH2CH3 C COOH Laktik asit O H 2O + HBr Kaynatma Etil fenil eter Bromoetan Fenol - 283 - H + CH CH Br 3 2 4. AMİNLER Amonyak (NH3) molekülündeki hidrojen atomlarından birinin veya daha fazlasının bir alkil, aril veya vinilik grup ile yerdeğiştirmesi ile elde edilen bileşiklere "aminler" denir. Eğer hidrokarbon grubu aromatik yapıda ise bu tür aminlere "aromatik aminler", şayet alkil veya vinilik yapıda ise bu tür aminlere "alifatik aminler" denir. Aminlerin genel formülü R - NH2 dir. NH2 CH3 NH2 Metilamin (Alifatik amin) Fenilamin (Anilin) (Aromatik amin)) 4.1. Aminlerin İsimlendirilmesi Aminler azota bağlı alkil sayısına bağlı olarak birincil (1°) amin, ikincil (2°) amin ve üçüncül (3°) amin diye sınıflandırılırlar. H N H H N R R N R H H H Amonyak 1º-Amin 2º-Amin R N R R 3º-Amin Örneğin; H N CH2CH3 N CH2CH3 H H Etilamin N- Feniletilamin N CH2CH3 CH3 N- metil-N-feniletilamin Aminlerin IUPAC sistematik isimlendirilmesi yukarıdaki örneklerden de anlaşılacağı üzere, alkil grubunun sonuna "amin" soneki'nin getirilmesiyle olur. - 284 - 4.2. Aminlerin Genel Özellikleri Aminler oldukça polar maddeler olduklarından dolayı bunların kaynama noktaları eşdeğer molekül ağırlığına sahip alkanlara kıyasla çok daha fazladır. 4.3. Aminlerin Kimyasal Özellikleri Aminlerin en göze çarpan özellikleri bunların oldukça bazik özelliklere sahip olmasıdır. Aminler proton kabul eden bileşikler olduğu için, bunlar Brφnsted-Lowry bazıdırlar. Örneğin, Trimetilamin sudan proton kapak trimetilamonyum hidroksiti oluşturur. CH3 H3C N CH3 + H3C H OH CH3 N H OH CH3 Trimetilamonyum hidroksit Trimetilamin (Lewis bazı) Bilindiği gibi bir çift elektron kabul edebilecek alıcıya bir çift elektron verebilen maddelere "Lewis bazı" denmektedir. Bu tanıma uygun olan aminlerdeki azot atomunun eşleşmemiş bir çift elektronu bir Lewis asiti ile paylaşılabilir. CH3 H3C CH3 N + H3C H Cl CH3 CH3 Trimetilamonyum klorür Trimetilamin (Lewis bazı) CH3 CH3 H3C N CH3 N H Cl + H3C H3C I N CH3 I CH3 İyodometan Tetrametilamonyum iyodür Trimetilamin (Lewis bazı) - 285 - Aminlerin en önemli reaksiyonları alkil ve asil halojenürler ile yaptıkları alkilleme ve asilleme reaksiyonlarıdır. H N CH2CH3 + H CH3I İyodometan H N CH2CH3 CH2CH3 CH3 N- Metiletilamin Etilamin H N O + H 3C O Piridin C Cl H 3C C N CH2CH3 Asetil klorür H H N-Etiletanamit Etilamin Aminler uygun şartlarda alkenlere dönüştürülebilirler. CH3CH2CH2CH2CH2CH2NH2 + CH 3I n-Hekzilamin CH3CH2CH2CH2CH2CH2 (fazlası) İyodometan CH3 N CH3 I CH3 n-Hekzil trimetilamonyum iyodür Ag2O H 2O AgI + CH3CH2CH2CH2CH2CH2 CH3 N CH3 OH CH3 n-Hekzil trimetilamonyum hidroksit ısı CH3CH2CH2CH2CH 1-Hekzen CH 2 + CH3 H3C N CH 3 Trimetilamin - 286 - 5. ALKİL HALOJENÜRLERİ Hidrokarbonlardaki hidrojenlerden birinin halojenür atomu ile yer değiştirmesi sonucu elde edilen yapılara "alkil halojenürler" denir. Genel formülleri R - X şeklindedir. Genel formüldeki X bir halojen atomu temsil etmektedir. CH3 H 3C F H 3C Florometan (Metil florür) C Cl CH3 2-Kloro-2-metilpropan (t-Bütil klorür) 5.1. Alkil Halojenürlerin İsimlendirilmesi IUPAC sistematik isimlendirmeye göre halojenürler ana karbon zincirinde bağlı grup olarak düşünülür. Br 1 2 3 4 5 6 7 CH3CHCH2CHCHCH2CH3 CH3 CH3CH2CH2I İyodopropan CH3 5-Bromo-2,4-dimetilheptan Sistematik isimlendirmenin yanında, karbon sayısı düşük bazı alkil halojenürler geleneksel isimleri ile bilinirler. Yapı Sistematik isimlendirme (IUPAC) Geleneksel isim CH3I CH2Cl2 CHCl3 İyodometan Metil iyodür Diklorometan Metilen klorür Triklorometan Kloroform Bromosiklohekzan Siklohekzil bromür Br - 287 - 5.2. Alkil Halojenürlerin Genel Özellikleri Alkil halojenürlerde karbon-halojen bağı sp3 hibritleşmiş karbon atomu ile bir halojen orbitalinin örtüşmesinden oluşmuştur. Bundan dolayı alkil halojenürdeki karbon atomları aşağı yukarı tetrahadral bir geometriye sahiptir. H - C - X bağ açıları 109° civarındadır. 5.3. Alkil Halojenürlerin Kimyasal Özellikleri Alkil halojenürlerin gerçekleştirebildiği en önemli reaksiyonlarından biri "ayrılma" (eliminasyon) reaksiyonlarıdır. CH3CH2CH2Cl CH3CH Kloropropan CH2 + HCl Propen Alkil halojenürler eter veya THF içinde mağnezyum ile etkileşerek organik kimyada çok büyük öneme sahip olan "Grignard bileşiklerini" verirler. R X + Mg Eter Alkil halojenür X = F, Cl, Br, I RMgX Alkilmağnezyum halojenür (Grignard bileşiği) Br MgBr + Mg Eter Bromobenzen Fenil mağnezyum bromür Grignard bileşiği) CH3 H 2C C + Mg CH3 THF H2C C MgBr Br 2-Bromopropen İzopropenilmağnezyum bromür (Grignard bileşiği) Alkil halojenürler pentan gibi uygun çözücüler içinde metalik lityum ile etkileşerek yine büyük öneme sahip alkillityum bileşiklerini verir. CH3Br + 2 Li Pentan CH3Li Metillityum Bromometan - 288 - + LiBr Alkil halojenürlerin gerçekleştirebildiği bir diğer çok önemli reaksiyon ise "nükleofilik yer değiştirme" reaksiyonlarıdır. Bu reaksiyonlar aracılığı ile "alkil halojenürlerden aminler, alkoller vs. gibi maddeler oluşturulabilirler. CH3I + H2O CH3OH İyodometan CH3CH2Br HI + Metanol + CH3CH2NH2 NH3 + HBr Etilamin Bromoetan 6. ALDEHİTLER O R- C - H Genel formülüne sahip maddelere "aldehit" denir. Aldehitler organik kimyada en önemli bileşiklerdendir. Doğada, yaşam için gerekli bir çok madde aldehittir. Aldehitler hayvan ve bitki organizmalarında yaygın şekilde bulunur. Badem yağının temelini benzaldehit, vanilyanın temelini vanilin ve tarçını ise sinnamaldehit oluştururlar. O O C H O H H3CO C H C C H C H HO Benzaldehit (Badem yağinda) Vanilin (Vanilyada) Sinnamaldehit (Tarçında) Aminoasitlerin metabolik reaksiyonlarında rol alan koenzim piridoksal bir aldehittir. H C O HOH2C OH N OCH3 Piridoksal - 289 - 6.1. Aldehitlerin İsimlendirilmeleri Aldehitlerin IUPAC kuralına göre isimlendirilmesinde -CHO grubunu içeren en uzun karbon zinciri seçilir, ardından buna karşılık gelen hidrokarbonun sonuna "al" eki getirilir. Bazı basit ve/veya çok bilinen aldehitler ise, IUPAC tarafından da kabul edilen geleneksel isimleri ile bilinirler. Formül Geleneksel isim Sistematik isim Formaldehit Metanal Asetaldehit Etanal Propionaldehit Propanal Bütiraldehit Bütanal Valeraldehit Pentanal Benzaldehit Benzenkarbaldehit O H C H O H3C C H O CH3CH2 C H O CH3CH2CH2 C H O CH3CH2CH2CH2 C H O C H Şayet -CHO grubu bir halkaya bağlı ise, bu durumda aldehit "karbaldehit" soneki getirilerek isimlendirilir. O C O 1 2 H C H H O Siklohekzankarbaldehit 2-Naftalinkarbaldehit C O 2-Furankarbaldehit 6.2. Aldehitlerin Genel Özellikleri Aldehitlerin en göze çarpan özelliklerinden birisi karbon-oksijen çift bağının polarizasyonundan kaynaklanan reaktiviteleridir. Karbon-oksijen çift bağında oksijen atomunun yüksek elektronegativitesinden dolayı pi elektronları oksijen atomu üzerine çekilir. So- 290 - nuç itibariyle, karbon atomu artı yüklü merkez haline gelerek elektronca zengin merkezler (nükleofiller) için uygun bir merkez olmuş olur. R δ+ R δ− C O R C O C O H H Aldehit yapısı 6.3. Aldehitlerin Kimyasal Özellikleri Sıcak nitrik asit, potasyum permanganat ve sülfirik asit içinde C rO3 gibi yükseltgeyici maddeler aldehitleri kolaylıkla karboksilik asitlere dönüştürürler. O O CH3CH2CH2CH2 C H CrO3, H2O H 2SO4, Aseton CH3CH2CH2CH2 Pentanal C OH Pentanoik asit "Nükleofilik katılma" reaksiyonu aldehitlerin en önemli reaksiyonlarından biridir. O C CH3CH2 OH HCN CH3CH2 H C CN H Propanal 2-Hidroksibütannitril "Nükleofilik katılma" reaksiyonuna tipik bir örnek, Grignard bileşikleri ile aldehitler arasındaki reaksiyondur. O C H + CH 3MgBr Benzaldehit OMgBr C H CH3 Ara ürün H3O OH C H CH3 1-Feniletanol Aldehitlerin asit katalizatörlüğünde alkoller ile reaksiyonları sonunda "asetal"ler elde edilirler. - 291 - O C H 3C + H H3C H 3O CH3CH2OH H Etanol Etanal (Asetaldehit) C OCH2CH3 OCH2CH3 1,1-Dietoksietan veya Etanal dietil asetal Aromatik aldehitler ve bazı alifalik aldehitler (CHO grubunun bağlı olduğu karbon üzerinde hidrojen içermeyen alifatik aldehitler) derişik KOH ile ısıtıldıklarında "Cannizaro reaksiyonu" olarak bilinen özel bir reaksiyon gerçekleştirirler. Bu reaksiyon sonunda iki mol aldehitten biri karboksilik asite yükseltgenirken diğeri alkole indirgenir. O O C H C 1. H2O/OH OH CH2OH + 2. H3O Benzaldehit Benzoik asit CH3 O H3C C C CH H 3 Benzil alkol CH3 CH3 O H3C C CH2OH + H3C C C OH CH 3 CH 3 2,2-Dimetilpropanoik asit 2,2-Dimetil-propan-1-ol 1. H2O/OH 2. H3O 2,2-Dimetilpropanal (Alifatik aldehit) Aldehitlerin en önemli elde edilme yöntemlerinden birisi birincil alkollerin uygun yükseltgeyiciler ile yükseltgenmesidir. O CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH PCC CH2Cl2 n-Hekzanol CH3CH2CH2CH2CH2 C Hekzanal H PCC: (Piridinyum klorokromat) N H CrO3Cl Aldehitler en azından bir adet vinilik hidrojene sahip alkenlerin ozon ile yükselgenmesinden elde edilebilirler. C C H CH3 2. Zn/H3O O O 1. O3 H3C C CH2CH2CH2CH2 6-Okzoheptanal 1-Metilsiklohekzen - 292 - C H 7. KETONLAR O genel formülüne sahip maddelere "keton" denir. Keton yapısındaki hidro- R-C-R karbon grupları (R) alkil, aril ve vinilik vs. olabilir. Ketonlar da aldehitler gibi doğal hayatta ve organik kimyada büyük öneme sahip bileşiklerdir. Aseton endüstride en çok kullanılan ketonlardan biridir. O H 3C C CH3 Propanon (Dimetil keton) (Aseton) 7.1. Ketonların İsimlendirilmesi Ketonların IUPAC kuralına göre isimlendirilmesinde karbonil grubunu içeren en uzun karbon zinciri seçilir, ardından buna karşılık gelen hidrokarbonun sonuna "on" soneki getirilir. Burada dikkat edilecek tek konu, en uzun karbon zincirini seçtikten sonra, bu zincirin karbonil grubuna en küçük numarayı getirecek şekilde numaralanmasıdır. O C Karbonil grubu O O O C CH 2CH3 CH3CH2CH2 CH2CH2CH2CH3 4-Oktanon 2-Bütanon n-Bütil n-propil keton (Etil metil keton) H 3C C CH3CH CHCH2 C CH3 4-Hekzen-2-on Bazı ketonlar geleneksel isimlerini muhafaza edebilirler. O O H 3C C C O CH3 C CH3 Aseton Asetofenon Benzofenon Ketonlar yukarıdaki örneklerden de anlaşılacağı üzere karbonil grubuna bağlı alkil veya aril gruplarına göre de isimlendirilebilir. - 293 - 7.2. Ketonların Genel Özellikleri Karbon-oksijen çift bağındaki polariteden dolayı ketonlar benzer molelül ağırlığına sahip alkanlara kıyasla daha yüksek kaynama noktalarına sahiptirler. Ancak, ketonlar hidrojen bağı yapamadıklarından dolayı, bunlara karşılık gelen alkollere nazaran kaynama noktası düşüktür. 7.3. Ketonların Kimyasal Özellikleri Ketonların kimyasal reaktiviteleri aldehitlerinkine çok benzemekle birlikte, aldehitlere O kıyasla biraz daha düşük reaktiviteye sahiptirler. Bunun nedeni, karbonil grubuna (- C -) bağlı hidrokarbon gruplarının (R) karbonil grubundaki karbon atomuna doğru elektronları itmesi dolayısıyla, karbonil grubundaki karbon-oksijen çift bağındaki polaritenin azalmasıdır. Ketonlar çoğu yükseltgeyicilere karşı duyarsız olmalarına rağmen, sıcak potasyum permanganat (KMnO4) ile reaksiyona girdiklerinde karbonil grubuna komşu karbon-karbon bağının kırılması ile sonuçlanan bir yükseltgenme reaksiyonu verir. O O O C KMnO4, ısı HO H2O, OH C CH2CH2CH2CH2 C 1,6-Hekzandioik asit Siklohekzanon Aldehitler gibi ketonların da en önemli reaksiyonları "nükleofilik katılma" reaksiyonlarıdır. Ketonların Grignard bileşikleri ile reaksiyonları sonunda "üçüncül alkoller" elde edilirler. O H 3C C 1. CH3MgBr CH3 2. H3O Aseton CH3 H3C C OH CH3 t-Bütil alkol - 294 - OH Ketonların asit katalizörlüğünde alkoller ile reaksiyonları sonunda "ketal"ler elde edilirler. O C OCH3 CH3 + CH3OH H3O C OCH3 CH3 Metanol Asetofenon dimetil ketal Asetofenon Ketonların elde edilme yöntemleri aldehitlerin elde edilme yöntemlerine çok benzer. İkincil alkollerin sulu sülfürik asit içinde CrO3 ile yükseltgenmesi ketonları verir. H2O + CrO3 + H2SO4 CH 2Cl2 OH O Siklopentanol Siklopentanon Uygun alkenlerin ozon ile yükseltgenmesi ketonları verir. H 3C CH2CH3 C C H 3C CH3 O O 1. O 3 2. Zn/H3O H 3C C CH3 Aseton 2,3-Dimetil-pent-2-en + H3C C CH2CH3 2-Bütanon Aril ketonların hazırlanması ise, Lewis asidi eşliğinde karboksilik asit halojenürleri ile yapılır. O + CH3CH2 C AlCl3 , ısı Cl Benzen O C CH2CH3 Propanoil klorür Etil fenil keton - 295 - Metil ketonlar uç (terminal) alkinlerin civa asetat katalizörlüğünde su ile olan reaksiyonundan elde edilirler. O CH3CH2 H 3O Hg(OAc) 2 C C H 1-Bütin C H 3C CH2CH3 2-Bütanon O AcO: H 3C C O (Asetat anyonu) 8. KARBOKSİLİK ASİTLER Karboksilik asitler tüm canlı organizmalarda bulunan temel organik bileşiklerdendir. Karboksilik asitler terpenlerin, steroidlerin, uzun zincir yağ asitlerinin ve lipitlerin başlangıç maddeleridir. Genel formülleri O R - C - OH şeklindedir. Bu formulasyonda yer alan hidro- karbon grupları (R) alkil, aril ve vinilik vs. olabilir. H H CH3(CH2)7 C C (CH2)7 Oleik asit (Yağ asiti) O C OH 8.1. Karboksilik Asitlerin İsimlendirilmesi IUPAC karboksilik asitlerin isimlendirilmesinde asit molekülünün karmaşık olup olmadığına göre iki çeşit isimlendirmeye izin vermektedir. O Bu isimlendirmenin ilki aldehitlerin isimlendirmesine benzer. Buna göre - C - OH grubunu içeren en uzun karbon zinciri seçilir, ardından buna karşılık gelen hidrokarbonun sonuna "oik" soneki getirilir. Karboksilik asit grubuna bağlı zinciri numaralama yaparken O grubundaki karbon atomu her zaman 1 numarayı almalıdır. - C - OH Cl O CH3CHCH2CH2 C OH 4-Kloropentanoik asit Br H O C C C OH NC 3-Bromo-3-siyanopropenoik asit - 296 - Eğer - COOH grubu bir halkaya bağlı ise, bu durumda halka isminde sonra "karboksilik asit" soneki getirilir. O 1 C O 5 OH 1 C 4 Br 2 4 OH 2 3 3 1-Siklopentenkarboksilik asit 4-Bromosiklohekzankarboksilik asit Tarihsel nedenlerden dolayı IUPAC birçok karboksilik asitin geleneksel ismi ile kullanılmasına imkân tanımaktadır. Asit Sistematik isim yapısı (IUPAC) Geleneksel isim Asil grubu Asil yapısı O H C OH Metanoik asit Formik asit Formil Etanoik asit Asetik asit Asetil H O H3C C OH O H3C O C OH Propanoik asit Propionik asit Propionil CH3CH2CH2 O C OH Bütanoik asit Bütirik asit Bütiril Pentanoik asit Valerik asit Valeril CH3CH2CH2CH2 Etandioik asit Okzalik asit Okzalil 1,3-Propandioik asit Malonik asit Malonil CH3CH2 COOH CH 2 C O C O C O C COOH CH2 COOH C O COOH COOH C O CH3CH2CH2 O C OH C O CH3CH2 CH3CH2CH2CH2 O C CH2 O C O C 1,4-Bütandioik asit Süksinik asit Süksinil CH 2 CH 2 CH 2 COOH O C H O H 2C C C OH H O H 2C C C Propenoik asit Akrilik asit Akrilil O H C C C OH O Propinoik asit Propiolik asit - 297 - Propiolil H C C C 8.2. Karboksilik Asitlerin Genel Özellikleri Aynı molekül ağırlığına sahip bileşikler ile kıyaslandığında karboksilik asitlerin kaynama noktalarının beklenenden çok fazla olduğu görülür. Örneğin, formik asit, dimetil eter ve etanol aynı molekül ağırlığına sahip olmalarına rağmen, dimetil eterin kaynama nokası -25°C, etanolün kaynama noktası 79°C ve formik asidin kaynama noktası 101°C'dir. Karboksilik asitlerin bu yüksek kaynama noktalarına sahip olmaları, hidrojen-bağlı dimer oluşturmaları ile açıklanabilir. H O O C H H C O H O Formik asit (Dimer hali, k.n.= 101ºC) O Karboksilik asit fonsiyonel grupları yapısal olarak hem ketonlara ( R- C -R ) hem de alkollere (R - OH) benzemekle birlikte, yine de büyük farklar vardır. Karboksil grubundaki O karbon atomu sp2 hibritleşmiş karbon atomudur. Dolayısıyla, karboksil asit - C - OH grupları düzlemsel bir yapıya sahiptir. C - C - O ve O - C - O bağ açıları yaklaşık 120° civarındadır. Karboksilik asitler Brφnsted-Lowry asitleridir. Karboksil O ( - C - OH ) grubun- daki proton bir baz tarafından kolaylıkla alınabilir. Karboksilik asitler "zayıf asitler" olarak bilinirler ve pKa değerleri yaklaşık olarak 0 - 5 civarındadır. 8.3. Karboksilik Asitlerin Kimyasal Özellikleri Karboksilik asitlerin zayıf asitler olduğunu daha önce belirtmiştik. Asidik özellikleri nedeniyle karboksilik asitler sodyum hidroksit ve sodyum bikarbonat gibi bazlar ile "metal karboksilat" lar denen tuzları oluştururlar. O H 3C C O + H 3C NaOH OH + C O Asetik asit Sodyum asetat - 298 - Na H 2O Karboksilik asitler kuvvetli hidrür bileşikleri alkollere kolayca indirgenebilirler. O 1. LiAlH4, THF, ısı C CH2OH 2. H3O OH Benzil alkol Benzoik asit Karboksilik asitler alkoller ile "esterleri"; amonyak veya aminler ile "amitleri" ve uygun halojenlendirme bileşikleri ile "karboksilik asit halojenürleri " verirler. O O C + H3O CH3OH C OCH3 OH Benzoik asit Metil benzoat O O H 3C C + OH CH3CH2NH2 H 3C Etilamin C N CH2CH3 H Asetik asit N-Etiletanamit O C O + OH SOCl2 H3O C Tionil klorür Cl Siklohekzankarboksilik asit Siklohekzankarbonoil klorür Karboksilik asitler çeşitli yollardan elde edilebilirler. Alkenlerin potasyum permanganat ile parçalanması sonucu karboksilik asitler elde edilebilirler. O CH3CH CH2 + KMnO4 H 3C Propen + H C C OH Asetik asit - 299 - O OH Formik asit Grignard bileşiklerinin karbon dioksit ile reaksiyonu karboksilik asitleri verir. CH3CH2MgBr O C O + H 3O O CH3CH2 C OH Etilmağnezyum bromür Propanoik asit Karboksilik asitlerin önemli elde edilme yöntemlerinden biri de aldehit ve alkollerin uygun yükseltgenler ile yükseltgenmeleridir. O C O H C H 2O, H2SO4 OH CrO 3 Benzoik asit Benzaldehit CH3CH2CH2OH n-Propil alkol H2O, H2SO4 CrO 3 O CH3CH2 C OH Propanoik asit 9. KARBOKSİLİK ESTERLER Esterler doğal olarak oluşan bileşikler içinde en önemli ve en yaygın şekilde bulunan bileşiklerdir. Yapısal olarak karboksilik asitlere çok benzer. Tek fark - COOH grubundaki hidrojen atomunun bir alkil, aril, vinil ve vb. grup ile yer değiştirmesidir. Genel formülleri aşağıdaki şekildedir. O R C OR' Molekül ağırlığı düşük esterler genellikle hoş kokulu bileşiklerdir. Örneğin, metil bütanoat elmadan ve izopentil asetat muzdan izole edilebilirler. - 300 - 9.1. Karboksilik Esterlerin İsimlendirilmeleri Esterlerin isimlendirilmeleri aldehit ve karboksilik asitlerin isimlendirilmesine benzer. Karbonil O C grubunu içeren en uzun karbon zinciri seçilir, arO dından buna karşılık gelen hidrokarbonun sonuna "oat" soneki ve C - OR' gru- bundaki oksijene bağlı hidrokarbon grubuna (R') ait isim önek olarak verilir. Karboksilik asitlerde olduğu gibi bazı karboksilik esterler geleneksel isimleri ile bilinirler. 9.2. Karboksilik Esterlerin Genel Özellikleri Karboksilik asitler yapısal olarak aldehit, keton ve karboksilik asitlere benzemekle birlikO O te ester grubundaki (RC - OR') R'O- grubunun karbonil karbonuna C doğru elektron itme özelliğinden dolayı fiziksel ve kimyasal özellikleri farklılık gösterir. 9.3. Karboksilik Esterlerin Kimyasal Özellikleri Karboksilik esterlerin asidik veya bazik ortamda su ile reaksiyonu (hidroliz reaksiyonu) "karboksilik asitleri" verir. - 301 - Esterler amonyak veya aminler ile "amitleri" verirler. O H 3C + NH3 C Eter O H3C OCH2CH3 + CH3CH2OH C NH2 Etanol Etanamit (Asetamit) Etil asetat Esterlerin Grignard bileşikleri ile reaksiyonları sonunda "tersiyer alkoller" oluşur. O C OCH2CH3 CH3 1. CH3MgBr C OH 2. THF, H3O Etil siklohekzankarboksilat CH3 2-Siklohekzil-2-propanol Esterler lityum alüminyum hidrür (LiALH4) ile kolaylıkla birincil alkollere indirgenirler. O 1. LiAlH4, eter CH3CH2CH2 C OCH2CH3 2. H 3O Etil bütanoat CH3CH2CH2CH2OH + n- Bütanol CH3CH2OH Etanol 10. KARBOKSİLİK AMİTLER O R-C-N 1 R R 2 genel formülüne sahip maddelere "amit" denir. Yapısal formülden de anla- şılacağı üzere karboksilik amitler karboksilik asit ve karboksilik esterlere benzerler. Karbonil grubuna bağlı hidrokarbon grubu (R) alkil, aril ve alkenil vs. olabilir. Azota bağlı R1 ve R2 grupları hidrojen, alkil, aril ve alkanil vs. grupları olabilir. - 302 - 10.1. Karboksilik Amitlerin İsimlendirilmesi O Amitlerin isimlendirilmeleri esterlerinkine benzer. Önce grubunu içeren en -C-N uzun karbon-zinciri seçilir, ardından buna karşılık gelen hidrokarbonun sonuna "amit" ve eğer azota bir grup bağlı ise buna karşılık gelen alkil veya aril önek olarak belirtilir. O O 6 5 4 3 2 1 CH3CH2CHCH2CH2 C CH3CH2CH2CH2 N CH3 CH3 C H N H Pentanamit 4, N-Dimetil-N-fenilhekzanamit (4-Metilhekzanoik asit metil-fenil-amit) O Eğer -C-N grubu doğrudan bir halkaya bağlı ise bu durumda isimlen- dirme aşağıdaki şekilde olur. O C O N C H H N CH3 CH3 Siklohekzankarboksamit N,N-Dimetilsiklopentankarboksamit Sistematik isimlendirmenin yanında bazı amitler geleneksel isimleri ile bilinirler. O H 3C C O N H Etanamit (Asetamit) H H C O N CH3 C CH3 N,N-Dimetilmetanamit (Dimetilformamit, DMF) N H H Benzamit 10.2. Karboksilik Amitlerin Genel Özellikleri Amitlerin en karakteristik özelliklerinden birisi amit azotunun nükleofillik ve bazlık özelliğinin buna karşılık gelen amine kıyasla çok azalmasıdır. Bunun nedeni azot ve karbon atomu arasındaki bağ tam olarak tekli bağ olmamasıdır. Gerçek elektronik yapı iki yapının arasında yani tek bağ ile çift bağ arasında düşünülmelidir. - 303 - O R C O N R C N Amit yapısı 10.3. Karboksilik Amitlerin Reaksiyonları Amitlerin önemli reaksiyonlarından birisi bunların asidik veya bazik ortamda su ile yaptıkları "hidroliz" reaksiyonudur. O C N H O HCl H 2O H NH3 + C OH Benzamit Benzoik asit Amitler lityum alüminyum hidrür (LiAlH4) ile "aminlere" indirgenirler. O CH3CH2CH2 C N-Metilbütanamit N CH3 1. LiAlH 4, eter H 2. H 3O CH3 CH3CH2CH2CH2 N N-Metilbütilamin H Amitler genellikle karboksilik asit halojenürlerinin amonyak veya aminler ile reaksiyonundan elde edilir. O O H 3C + CH 3CH2NH2 C Cl H 3C Etilamin C N CH2CH3 + HCl H Asetil klorür N- Etiletanamit 11. KARBOKSİLİK ASİT HALOJENÜRLERİ Karboksilik asitlerdeki - OH grubunun bir halojenür (F, Cl, Br, I) ile yer değiştirmesi sonucu elde edilen bileşiklere "karboksilik asit halojenürleri" denir. Genel formülleri şeklindedir. R alkil, aril, alkenil vs. grubu olabilir. - 304 - O R-C-X O CH3CH2 O C C Cl Cl Benzoil klorür Propanoil klorür 11.1. Karboksilik Asit Halojenürlerinin İsimlendirilmesi Karboksilik asit halojenürlerinin IUPAC kuralına göre isimlendirilmeleri karO boksilik asitlerin isimlendirilmesine benzer. grubunu içeren en uzun kar- -C-X bon-zinciri seçilir, ardından buna karşılık gelen hidrokarbonun sonuna "oil" soneki getirilir. 7 6 5 4 3 2 CH3CH2CHCH2CH2CH2 1 O 4 C 3 2 1 O CH3CH CH2 C Br CH3 Cl 2-Bütenoil klorür 5-Metilheptanoil bromür Eğer O grubu doğrudan bir halkaya bağlı ise bu durumda isimlendir- -C-X me aşağıda belirtildiği gibi olur. O O 1 C I 2 Siklopentankarbonoil iyodür C F 1-Siklohekzenkarbonoil florür 11.2. Karboksilik Asit Halojenürlerinin Genel Özellikleri Karboksilik asit halojenür molekülündeki karbon-oksijen çift bağı (C = O) ve karbon-halojen (C - X) bağındaki yüksek polariteden dolayı, karbonil bileşikleri içinde en yüksek reaktiviteye sahip maddeler karboksilik asit halojenür bileşikleridir. Karboksilik asit halojenürleri havadaki sudan dahi etkilenerek kolayca karboksilik asitleri verirler. O R C O + H 2O R C X + OH X: F, Cl, Br, I - 305 - HX 11.3. Karboksilik Asit Halojenürlerinin Kimyasal Özellikleri Karboksilik asit halojenürlerinin temel reaksiyonları "nükleofilik yer değiştirme" reaksiyonlarıdır. O O R C + Nü + R C X X Nü Karboksilik asit halojenür X: F, Cl, Br, I Nü: Nükleofil Karboksilik asit halojenürleri amonyak veya aminler ile kolaylıkla etkileşerek "amitleri" verir. O O C H 3C + CH 3CH2NH2 Cl Etilamin Asetil klorür H 3C C N H + CH3CH2NH3Cl Etilamonyum klorür CH 2CH3 N-Etiletanamit Karboksilik asit halojenürler Grignard bileşikleri ile "üçüncül alkolleri" verirler. O C Cl CH2CH3 1. CH 3MgBr, eter C OH 2. H3O CH2CH3 Benzoil klorür 3-Fenil-3-pentanol Karboksilik asit halojenürler alkoller ile "esterleri" verirler. O C + Br Propanoil bromür CH3CH2 OH Piridin Siklopentanol CH3CH2 O C O + HBr Siklopentil propanoat (Propanoik asit siklopentil esteri) Karboksilik asit halojenürleri lityum alüminyum hidrür (LiAlH4) ile "alkollere" indirgenir. - 306 - O 1. LiAlH4, eter C CH2OH 2. H 3O Cl Benzil alkol Benzoil klorür Karboksilik asit halojenürleri benzen gibi aromatik bileşikler ile Lewis asiti katalizörlüğünde "Friedel-Crafts" reaksiyonu gerçekleştirirler. Bu reaksiyonlar sonucu "ketonlar" elde edilir. O + H 3C C AlCl3 (susuz) O Cl Benzen + C HCl CH3 Asetil klorür Asetofenon Özet Doymuş sp3 hibritleşmiş karbon atomlarına (OH) grubu bağlı bileşiklere "alkoller" denir. Alkoller su molekülündeki hidrojen atomlarının bir organik grup ile yer değiştirmiş türevidirler. Alkollerin en önemli reaksiyonları ayrılma (eliminasyon) reaksiyonlarıdır. Bir oksijen atomuna iki organik grubu bağlı bileşiklere "eterler" denir. Eterler su molekülündeki hidrojen atomlarının iki organik grup ile yer değiştirmiş türevidirler. Eterlerin kimyasal reaktiviteleri oldukça düşüktür. Eterlerin en önemli reaksiyonlarından birisi yanma reaksiyonudur. Amonyak molekülündeki hidrojen atomlarından en az birisinin veya daha fazlasının alkil, aril veya vinilik bir grup ile yer değiştirmesi ile elde edilen bileşiklere "aminler" denir. Aminlerin en önemli reaksiyonları alkil ve asil halojenürler ile yaptıkları reaksiyonlardır. - 307 - Hidrokarbonlardaki hidrojenlerden birinin halojenür atomu ile yer değiştirmesi sonucu elde edilen yapılara "alkil halojenürler" denir. Genel formülleri R - X şeklindedir. Alkil halojenürlerin en önemli reaksiyonlarından birisi ayrılma (eliminasyon) reaksiyonlarıdır. Alkil halojenürlerin yaptığı önemli reaksiyonlardan birisi de nükleofilik yer değiştirme reaksiyonlarıdır. R - C = O Genel formülüne sahip maddelere "aldehit" denir. H Aldehitlerin en önemli reaksiyonları nükleofilik katılma reaksiyonlarıdır. R Genel formülüne sahip maddelere "keton" denir. C= R O Genel formülleri R - C - OH olan bileşiklere "karboksilik asitler" denir. Karboksilik asitler genellikle zayıf asidik karakter sergilerler. Karboksilik asitler alkoller ile esterleri, aminler ile amitleri ve uygun halojenlendirme bileşikleri ile karboksilik asit halojenürleri verirler. Karboksilik asitlerdeki OH grubunun alkoksi (OR) grubu ile yer değiştirmesi sonucu elde O edilen bileşiklere "karboksilik esterler" denir. Genel formülleri dir. O R - C - OR şeklinde- R Genel formülüne sahip maddelere "karboksilik amitler" denir. R-C-N R O R-C-X Genel formülüne sahip bileşiklere "karboksilik asit halojenürleri" denir. Karboksilik asitlerin, karboksilik esterlerin, karboksilik amitlerin ve karboksilik asit halojenürlerinin en önemli reaksiyonları nükleofilik yer değiştirme reaksiyonlarıdır. Karboksilik asit halojenürleri karbonil bileşikleri içinde kimyasal reaktiviteleri en çok olan bileşiklerdir. - 308 - Değerlendirme Soruları 1. Aşağıdaki reaksiyonlardan hangisi gerçekleşebilir? O A) H C 3 O C OH + CH3NH2 H 3C O B) H3C O C OH + CH3NH2 H 3C O C) H 3C C OH + CH3NH2 H 3C 2. + H 2O + NH3 + CH4 + NH2OH CH3 C OCH3 C ONH2 O C OH + CH3NH2 H 3C O E) H3C N O O D) H 3C C H C CH3 O C OH + CH3NH2 H 3C C CH2NH2 + H 2O Aşağıdaki reaksiyonun gerçekleşebilmesi için boş kalan yere uygun gelen maddeyi yazınız. O CH3CH2 C Cl + A) CH3CH2OCH2CH3 B) H3C—CH3 O ? CH3CH2 O C) H3C C OCH2CH3 O D) H3C E) CH3CH2OH C OH - 309 - C OCH2CH3 3. Aşağıdakilerden hangisi Lewis bazı değildir? NH2 A) B) CH3NH2 C) NH3 H N D) CH3 E) H3C N Cl CH3 4. Aşağıdakilerden hangisi benzaldehit ( Ph - C - H) ile tepkimeye girebilir? O A) HCN B) H 2O O C) H3C C OCH3 D) H 3C O CH3 E) CH3CH2 O CH2CH3 - 310 - 5. Aşağıdaki reaksiyon sonucu çıkan ürünü belirleyiniz. + OH Na2Cr2O7 + H2O CH 3COOH ısı A) O B) O O O C) O O D) O O E) 6. Aşağıdakilerden hangisi siklobutil fenil eter'e karşılık gelir? A) O B) O C) O D) O E) O - 311 - ? 7. Aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? A) Aldehitler nükleofilik katılma reaksiyonu verirler. B) Karbonil bileşikleri genellikle nükleofilik katılma ve nükleofilikle yer değiştirme reaksiyonları verir. C) Karbonil bileşikleri genellikle elektrofilik katılma reaksiyonu verir. D) Karboksilik asit esterleri genellikle nükleofilik yer değiştirme reaksiyonu verirler. E) Karboksilik asit klorürleri karboksilik asitlere kıyasla daha reaktif maddelerdir. 8. Aşağıdaki reaksiyonun gerçekleşebilmesi için boş kalan yere uygun maddeyi yazınız. H O C C OH + CH3CH2CH2 OCH3 B) HI NaIO3 C) I2 D) CH3OH E) NaOH A) 9. ? H 2O 100ºC Aşağıdakilerden hangisi ikincil alkoldür? A) CH3CH2OH CH3 B) H 3C C OH H CH3 C) H3C C OH CH3 OH D) H2C C H E) H 3C O CH3 - 312 - H O CH3CH2CH2 C C OH + CH3I OH 10. Aşağıdaki reaksiyon sonucu çıkan ürünü yazınız. CH3CH2CH2I + CH3NH2 1 mol 1 mol A) CH3NHI B) CH 3NHCH2CH3 C) CH3NHCH2CH2CH3 CH3 D) H3C N CH3 I CH2CH2CH3 E) CH3CH2CH2CH3 - 313 - ? + HI