anadolu üniversitesi eczacılık fakültesi farmasötik kimya

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ ECZACILIK FAKÜLTESİ
FARMASÖTİK KİMYA ANABİLİMDALI
GENEL KİMYA II DERS NOTLARI
(ORGANİK KİMYAYA GİRİŞ)
Hazırlayan: Doç. Dr. Yusuf ÖZKAY
1. Organik bileşik kavramının tarihsel gelişimi
Organik kelimesi ilk olarak 1807 yılında İsveçli kimyacı Berzelius (Berzelyus)
tarafından kullanılmıştır.
1828 yılına kadar bilinen bütün organik bileşiklerin kaynağı hayvanlar ve bitkilerdi.
Ancak 1828 de WÖHLER, o zamana kadar yalnız idrardan elde edilen üreyi
“Amonyum siyanatı” ısıtarak elde etti. Böylece ilk olarak organik bir madde sentez
edilmiş oldu.
Wöhler,
bu
buluşu
ile
anorganik
maddelerden,
organik
maddelerin
sentezlenebileceğini ispatlamış oldu. Wöhler sentezi organik kimya için bir dönüm
noktası kabul edildi. Organik maddelerin laboratuvarlarda sentezlenme çalışmaları da
hız kazandı.
Organik ve anorganik bileşiklerin özellikleri
Organik Bileşikler:
Anorganik Bileşikler:
•Organik bileşikler, karbonun oksitleri,
karbonatları, siyanür ve siyanatları (CO,
CO2, CO3-2, CN-) hariç karbon
bileşikleridir
.
•Erime ve kaynama noktaları genellikle
düşüktür.
•Erime ve aynama noktaları genel olarak
yüksektir.
•Çabuk bozulurlar.
•Genellikle iyonik bağ içeren iyonlu
bileşiklerdir.
•Genellikle kovalent karakterli moleküler
yapıdadırlar.
• Tepkimeleri genel olarak hızlıdır
•Genellikle tepkimeleri yavaş gerçekleşir.
• Bileşik sayısı yüz bin civarındadır.
•Genellikle tepkimeleri iki yönlüdür.
•Bir kaçı dışında yanmazlar.
•Bileşik sayısı milyonlar civarındadır.
•CO ve SO2 ve H2 gibi maddeler yanar.
•Yanarlar genellikle CO2 ve H2O
oluştururlar.
•Genellikle suda çözünürler.
• Yüksek sıcaklıklarda dayanıklıdırlar.
•Genellikle organik çözücülerde
çözünürler.
1
2. Karbon Elementi ve Özellikleri
Organik bileşiklerde de temel element karbon elementidir. Organik bileşiklerin çok
sayıda olması karbon elementinin özellikleriyle açıklanır. Karbon elementi periyodik
cetvelde II. Periyot, 4A grubunda yer alır. Karbon atomunun dört tane değerlik
elektronu vardır. Değerlik elektronlarını ortak kullanarak aynı veya farklı atom ya da
atom gruplarıyla dört tane kovalent bağ yapar.
Karbon, başka karbon atomları ile tekli bağ (C - C), ikili bağ (C = C) ve üçlü bağ
(C ≡ C) yapabildiği gibi; başka atomlar ile de tekli, ikili ve üçlü bağlar yapabilir.
Karbon atomları sonsuz sayıda birbirine bağlanarak kararlı düz zincir, dallanmış
zincir ve halka yapılarına sahip çok sayıda bileşik oluşturabilir.
Karbon atomunun bağ yapma özelliklerinin diğer elementlerle
karşılaştırılması.
Periyodik sistemde karbona en yakın olan bor, azot, oksijen, silisyum, fosfor ve
kükürt atomlarının kendi aralarında bağlanıp zincir oluşturma özellikleri daha azdır.
Örneğin, silisyum en çok 11’li zincir oluşturabilirken azot en çok 3’lü zincir
oluşturabilir. Fosfor ya da kükürdün kendi atomlarıyla çok sayıda bağ yapması,
silisyum ve azot atomlarına göre daha fazla olsa da karbonla karşılaştırılamayacak
2
kadar azdır Bunun nedenlerinden biri bu atomların bağ enerjilerinin karbon
atomlarının bağ enerjilerinden düşük olmasıdır. Bağ enerjisinin yüksek olması daha
fazla bağ oluşumunu sağlar.
Diğer bir neden de elektronegatiflik değerleri arasındaki fark ile değerlik elektron
sayılarının azlığıdır. Elektro negatifliği büyük olanlar daha fazla bağ yapmak isterler.
Değerlik elektron sayısı fazla ise yapılacak zincir sayısı da o kadar fazla olur.
Aşağıdaki çizelgede görüldüğü gibi karbona en yakın olan B, Si ve P’un
elektronegatiflik değeri, karbon atomunun elektronegatiflik değerinden azdır. Bu
durumda B, Si ve P atomlarının birbirini ve diğer atomları çekme kuvveti karbon
atomlarının birbirini ve diğer atomları çekme kuvvetinden azdır.
Azot
ve
oksijen
atomlarının
elektronegatiflik
değeri
büyüktür,
fakat
bağ
yapabilecekleri elektron sayısının karbona göre daha az olması ve ortaklanmamış
elektron çiftlerinin varlığı, az sayıda bileşik yapmalarına neden olur. B, Si, P, N ve
O’in C gibi çok sayıda bağ yapması, zincir, dallanmış ve halkalı bileşikler oluşturması
beklenemez. Karbon bileşikleri yukarıda saydığımız nedenlerden dolayı Si 4 , P 4 , O 3 ,
S 8 , B 4 tipi moleküllerden daha kararlıdır.
3
Bazı Organik Bileşiklerin Lewis Formülleri
Lewis formülleri yazılırken aşağıdaki işlem basamakları esas alınır:
• Moleküldeki toplam değerlik elektronu sayısı bulunur.
• Merkez atomu belirlenir; bağlı atomlar tekli bağlarla merkez atomuna bağlanır.
• Bağlı atomların oktetleri tamamlanır. Artan elektron çiftleri varsa merkez atomuna
bağlanır.
• Merkez atomun okteti tamamlanmamışsa, bağlı atomlarla çoklu bağ olanağı aranır.
•Lewis formülleri yazılırken atom sembolünün çevresine atomun değerlik elektron
sayısı kadar nokta koyulur.
•Nokta tek ise ortaklanmamış elektron, iki tane ise ortaklanmamış elektron çiftini
gösterir.
•Kovalent bağda ortaklaşa kullanılan elektron çiftlerine ortaklanmış elektron çifti veya
bağlayıcı elektron çifti denir.
Aşağıdaki tabloda bulunan bileşiklerde yan yana siyah noktalar ortaklanmış elektron
çiftini belirtmek için kullanılmıştır. Bu elektron çiftine bağlayıcı elektron çifleri de denir.
Kovalent bağı oluşturacak ortaklanmış elektron çifti tek çizgi ile (-) gösterilir. Bundan
sonraki konularda her bir bağ tek bir çizgiyle gösterilecektir.
Soru: Su ve amonyağa ait Lewis
Formüllerini gösteriniz ?
4
Koordinasyon bağı (koordine kovalent bağ)
Kovalent bağı oluşturan elektronlardan her ikisi de aynı atom tarafından sağlanmışsa
bu tür bağlara koordine kovalent bağ denir.
Örnek: Amonyak ve hidrojen klorürün reaksiyonu
NH 4 + + CI-
:NH 3 + HCI
Bu renksiz gazlar birleştiklerinde katı amonyum klorürün beyaz dumanı oluşur.
Organik Moleküllerde Rezonans ve Tautomeri
Bazı molekül ya da iyonlar için tek bir elektron nokta yapısı (Levis Yapısı) mümkün
değildir. Ancak birden fazla formülle gösterilirler. Bu tür formüllere rezonans yapı
denir.
Her iki formülde de atomlar oktet ve dubletlerini tamamlamıştır. İkili bağların konumu
1 ve 2’de farklıdır. X-ışınıyla yapılan incelemelerde karbon-oksijen tekli bağlarının ikili
bağlardan uzun olması gerekirken format iyonunda eşit uzunlukta oldukları
görülmüştür. Bu gözlemi açıklamak için bileşiğin formülü yukarıda gösterildiği gibi iki
farklı şekilde yazılmıştır. Bu formüllerde atomların yerleri aynı kalırken elektron çiftleri
yer değiştirmektedir. Moleküldeki atomların yeri değişmezken, elektron çiftlerinin yer
değiştirmesine rezonans denir.
Aşağıda bazı rezonans melezleri verilmiştir. Burada kullanılan oka dikkat etmek
gerekir. Bileşiklere ait rezonans melezleri çift yönlü ok (
5
) ile gösterilir.
İkili bağların farklı konumlarda yer aldığı bir başka durum da tautomeridir. İkili bağ
bulunan karbon atomuna – OH grubu bağlıysa bu bileşiklere enol adı verilir. Kararsız
olan enol bileşiği – OH’deki hidrojenin yer değiştirmesiyle keto yapısına dönüşür.
Birbirine dönüşebilen enol ve keto bileşiklerinin dengede bulunmasına tautomeri,
bileşiklerin her birine tautomer denir. Tautomerler keto ve enol bileşikleri olduğu için
buna keto-enol tautomerisi denir. Tautomerler zıt yönlü üst üste iki ok (
ile gösterilir.
6
)