ALKANLAR VE SİKLOALKANLARw3.balikesir.edu.tr/~hnamli/okdn3/HN-OK-DN3.pdf · Organik kimya bilimine temel teşkil eden en önemli özelliğin, karbon atomlarının birbirleri ile

Dr. Hilmi NAMLI Organik Kimya Ders Notları

1

BÖLÜM III

ALKANLAR VE SİKLOALKANLAR


2

1. ALKANLAR VE SİKLOALKANLAR (Halkalı Alkanlar)

Organik kimya bilimine temel teşkil eden en önemli özelliğin, karbon atomlarının birbirleri

ile uzun zincirli bileşikler oluşturabilmesi olduğundan daha önce bahsetmiştik. Bu farklı zincir

uzunluğunda molekül oluşturabilme kabiliyeti organik kimyada sayısız molekül oluşmasına sebep

olmuş ve bu molekülleri ayrı ayrı öğrenmeyi imkânsız kılmıştır.

Bunun üzerine organik moleküllere detaylıca bakıldığında birçok benzer molekülün benzer özellik

gösterdiği anlaşılmıştır. Sonuç olarak organik molekülleri kimyasal davranışları ve fonksiyonel

gurupları dikkate alınarak sınıflandırmalar yapmak mümkün olmuştur.

Daha önce fonksiyonel gruplar adı altında tanıtılmış olan bu sınıflandırmalar organik kimya

derslerinin konusu olup her bir fonksiyonel grup tek tekele alınıp 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 −bağı olarak adlandırıldığını görmüştük.

Alkanlar karbonları arasında sadece tekli bağ (−bağları) içeren, hidrojenlerle doyurulmuş

bileşiklerdir.

Şimdi sırası ile bunlardan bazılarını inceleyelim.

Eğer bir tek karbon atomunu dört hidrojenle doyurursak, sadece bir tür molekül yapısının mümkün

olduğuna dikkat ediniz. Bu durum iki ve üç karbonlu yapılar için de geçerlidir. (Ok-çizgi (Kama-

Tire) gösterimi daha sonra anlatılacaktır)

Şekil 1-1


3

Homolog (birbirini takip eden) seriden propan’a kadar yalnızca bir tek molekül yapısı yazılabilirken,

kapalı formülü C4H10 olan bütan ve sonrasında birden fazla açık molekül yapısı karşımıza çıkar ki

bunlara birbirinin İZOMERİ denir.

Şekil 1-2 Butanın izomerleri

Butan için iki değişik formül (izomer) yazabildik.

Pentan molekülü daha açık gözükmesi için çizgi formu ile incelenecektir.

NOT: Çizgi formülünde her bir uç ve kırım noktasının bir karbon atomunu gösterdiğini ve bunlarında

hidrojenle doyurulduğunu hatırda tutunuz.

Şekil 1-3 Pentanın Yapısal izomerleri

İZOMER-kavramı başka yapıların açıklanmasında da kullanılacağı için alkanlarda, yapı izomerligi

olarak adlandırılır.


4

On karbonlu dekan a kadar çokça bilinen alkanları, 11 karbon ile Undekan, 12 ile Dodekan ve 13 ile

Tridekan takip eder.

1.1 Alkil grubu (R-) ve dallanma tanımları:

Alkanlardan bir hidrojen atomu çıkarılması ile oluşan yapılara genel olarak “ALKİL GURUBU”

denir ve alkan isminin sonundaki -an eki yerine -il eki getirilerek adlandırılır. Genelde R- simgesi ile

gösterilir. Alkiller kendi başına bir bileşik değildir, mutlaka bir atom ya da gruba bağlıdır.

Şekil 1-4

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 özel

isimlendirmeler de vardır. Bunlar sırası ile;

Şekil 1-5


5

propil için eğer dallanma son karbonda ise n-Propil veya sadece propil; orta karbondan bağlanma ise

iso-propil diye tanımlanır. Örneğin n-Propil alkol ve izo-propil alkolü yazalım.

Şekil 1-6

Şimdi de kapalı formülü C4H10O olan, butil alkol için mümkün tüm yapıları ve isimlendirmelerini

açıklayalım.

Şekil 1-7

Bütanol örneğinden de anlaşılacağı üzere alkanlarda dallanma dört şekilde mümkün olur. Bunlar

sırası ile,

a) Düz zincirli olanlar ki - primer-birincil- olarak adlandırılır.

b) 2-Iki karbona bağlı olanlar -sekonder-ikincil-olarak adlandırılır.

c) 3-üç karbona bağlı olanlar-tersiyer-üçüncül-olarak adlandırılır.

d) 4-Dört karbona bağlı olanlar-Quarter-dördüncül- dir ki bu çok sık karşılaşılan bir durum

değildir ve sadece doymuş alkanlar için geçerlidir. Neden?


6

Şekil 1-8

R-(alkil) 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,

Şekil 1-9

Dikkatlice bakıldığında fonksiyonel grubun bağlı bulunduğu karbona sadece bir karbonun bağlı

bulunduğu iki hidrojenin bağlı olduğu durum primer (birincil), iki ayrı karbonun bir hidrojenin bağlı

bulunduğu durum sekonder (ikincil), üç alkil gurubunun bağlı bulunduğu durum ise tersiyer

(üçüncül) olarak adlandırılmaktadır.

1.2 IUPAC(-İnternational Union of Pure and Applied Chemistry-) İsimlendirme

kuralları.

Organik kimyanın yeni ortaya çıktığı zamanlarda bulunan herhangi bir molekül onun keşfedicisi

tarafından adlandırılıyordu. Fakat kimyadaki yeni bileşikler o kadar çoğaldı ki bu tür


7

isimlendirmeleri hatırlamak mümkün olmaz oldu. Bunun üzerine kurulan uluslararası bir kimya

kurulu olan IUPAC-teşekkül etti ve 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.

✓ Kimyasal formülün en uzun karbon zinciri bulunur ve ana isim olarak kullanılır.

Not: En uzun zincir her zaman çizgisel yazılmayıp, yanıltıcı olabilir.

Şekil 1-10

Görüldüğü gibi molekül bir pentan türevi değil hekzan türevidir. En uzun zincir doğru seçildiğinde

ana isim olarak hekzan kullanılacaktır.

✓ 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.

Şekil 1-11


8

Her ikisinde de en uzun zincir altılı olmakla birlikte birinci yapıda bir dallanma var iken, ikinci yapıda

iki dallanma vardır ve çok dallanma olan ikinci yapı tercih dilecektir.

✓ Zinciri numaralandırırken dallanmaya yakın olan kısımdan başlayarak son karbona kadar

yazınız.

Şekil 1-12

Numaralama küçük sayılar olacak şekilde olmalıdır ve burada birinci durum geçerlidir.

Uç kısımlara en yakın dallanmalar aynı uzaklıkta iseler ikinci dallanmanın yakın olacağı şekilde

numaralandırınız.

3-4-8 numaralı karbon atomları

dallanmış

DOĞRU

NUMARALANDIRMA

Şekil 1-13

3-7-8 numaralı karbon atomları

dallanmış

YANLIŞ NUMARLANDIRMA

Şekil 1-14

Yukarıdaki dekan türevinde de görüldüğü gibi her iki açık yapıda da ilk dallanmada, eşit uzaklıkta

(3) olmakla birlikte ikinci numaralar 4 ve 7’dir ki, küçük olanı 4- tercih edilecektir.


9

✓ Substituentleri (dallanma) ve bağlı bulundukları karbon atomlarının numaraları ile tespit

ediniz.

Şekil 1-15

Eğer aynı substituent molekülde iki veya daha fazla bulunuyorsa bunları yan yana ( birleştirerek, iki

tane için -di, üç için -tri, dört için -tetra, beş için -penta, altı için -hekza ön ekleri ile) yazınız.

✓ 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 sıralamada

dikkate alınmaz.

Bu kuralları pekiştirmek için bazı örneklendirmeler aşağıda verilmekle beraber öğrencinin kendi

yazacağı bazı molekülleri isimlendirmesi veya isimlerini yazıp molekül formülünü çıkarmaya

çalışacağı düşünülmüştür.


10

Şekil 1-16

1.3 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.


11

Şekil 1-17

Tabiattaki birçok doğal bileşikler halkalar içeren molekül yapısına sahiptirler. Bunlara örnek olarak

Krisantemum bitkilerinin çiçeklerinde ki böcek ilacı olarak da kullanılan “Krisantemik asit”

siklopropan yapısını içermektedir.

Şekil 1-18 Krisantemik asit molekül yapısı

İnsan vücudundaki birçok fizyolojik özellikleri kontrol eden Prostaglondinlerin yanında Stereoidler

de halkalı doğal yapılara iyi birer örnektir.


12

Şekil 1-19

Sikloalkanların adlandırılmasında da IUPAC kuralları geçerli olmakla beraber, dikkat edilmesi

gereken bazı hususlar şunlardır.

1) Halkaya bağlı alkilin karbon sayısı halkadan fazla ise ana yapı açık zincir az ise ana yapı

halkalı yapı olarak kabul edilir.

Şekil 1-20

İsimlendirmeye ilginç bir örnek aşağıda verilmiştir.

Şekil 1-21


13

1.4 Sikloalkanlarda Cis-Trans İzomerliği ( Stereo İzomerlik)

Sikloalkanlar birçok yönüyle alkanlara benzemekle beraber bazı farklılıkları da vardır. Örnek olarak

iki atom arasındaki tekli bağlar aşağıda gösterildiği gibi bağ etrafında dönebilirken,

Şekil 1-22

bu durum sikloalkanlarda halkalı yapıdan dolayı mümkün olmamaktadır. Halka yapısı bağın kendi

etrafında dönmesini engellediği için sikloalkanların sabit bir yapısı vardır ve stereo kimyasal durumu

önemlidir. 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 bulundura bilirler bu üç boyutlu sıralanıştan kaynaklanan

yapıya da stereoizomer denir.

Örnek olarak iki metil bağlı siklopropanı inceleyelim.


14

Şekil 1-23

Sikolopropanın halkalı yapısının halkayı oluşturan C-C bağları etrafında dönemediğini ve bu nedenle

stereo yapısının önemli olduğunu söylemiştik, yukarıda görünen yapıda siklopropana bağlı olan

gurupların 3 tanesinin bir düzlemin üstünde 3 tanesinin ise bu düzlemin altında kaldığı görülmektedir.

Böylece de bağlı yapıların durumu için iki ihtimal ortaya çıkmaktadır.

Şekil 1-24

Bu durum siklobutan ve siklopentanda da yaklaşık olarak aynıdır. Her ikisi için de siz moleküler

yapıyı inceleyiniz. 1,2- 1,3- bağlanma durumlarını göz ardı etmeyiniz.

Siklohekzan da iki farklı durum vardır. Bunlar Koltuk ve Kayık şekilleri olarak isimlendirilir ve

şekilleri aşağıda gösterilmiştir.


15

Şekil 1-25

1.5 Alkanların genel özellikleri ve bazı reaksiyonları.

Alkanların genel elde edilmesi çoğunlukla doğal maddelerdendir. Örneğin doğal gazlar çoğunluğu

metan olmak üzere, etan, propan ve butan içermektedirler. Petrol ise karbon sayısı 4 ten 25’e kadarı

rafinerilerde tüp gaz, petrol türevleri ( benzin-mazot-gaz yağı), asfalt gibi maddelere ayrılmaktadır.

Kömürde belli ortamda ( sulu ve metal katalizörlü ) metan gazı üretmektedir. Alkanlar kimyasal

reaksiyonlara oldukça isteksizdirler ve ancak belirgin bazı reaksiyonları vardır.

a) 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.

Şekil 1-26

Örnek olarak,

Şekil 1-27

b) Halojenleme reaksiyonları: Işıklı (UV-h) ortamda alkanların hidrojenleri halojenlerle yer

değiştirme tepkimesi vermektedirler.


16

Şekil 1-28

Butan durumunda daha sonra açıklanacağı üzere tepkime 1-Bromobutan yerine daha kararlı ürün

olan 2-Bromobutan vermiştir.

1.5.1 Alkan elde edilişi:

Alkanlar nikel (Ni) ve paladyum (Pd) gibi metallerin katalizörü yardımı ile alkenlere hidrojen

katılma reaksiyonu sonucu elde edilebilirler.

Şekil 1-29

Çözücü genelde etanol olarak alınır ve tepkime hidrojen gazı basıncı altında yapılır. Ayrı tepkime

halkalı alkenler içinde geçerlidir.


17

Şekil 1-30

Alkanlar, alkil halojenürlerin asidik çinko çözeltisinde ısıtılması ile de elde edilebilir.

Şekil 1-31

Documents

ALKANLAR VE SİKLOALKANLARw3.balikesir.edu.tr/~hnamli/okdn3/HN-OK-DN3.pdf · Organik kimya bilimine temel teşkil eden en önemli özelliğin, karbon atomlarının birbirleri ile