Organik kimyaya giriş

Bilindiği üzere organik kimya diğer kimya dallarına oranla daha fazla çeşitlilik/farklılık gösterir.Öyle ki bu çeşitlilik çoğu zaman biyokimyasal reaksiyon ürünleri ve inorganik kimya bileşiklerini dahi kapsar,bu durumda organik kimyanın alanı o kadar geniştir ki bilinen organik bileşiklerin sayısı 8 milyonu geçmektedir,bu ne anlama geliyor peki?
Organik kimyada bir reaksiyon oluşurken bir σ (sigma) yapısının bütün atomnları etkilediği gibi,diğer geri kalan tüm π (pi) bağları da bağlı bulunduğu atomu etkilemektedir.Çok sayıda bileşğin oluşmasının bir başka nedeni de,bileşiklerin oluşumlarında ki simetri ve asimetrik yapılarıdır,konuyu organik kimya alanından fazla saptırmamak için kuantum kimyası konusuna pek fazla değinmiyorum,bu simetri eksenleri esasında yüksek seviyede ki bağların kopmasıyla yada oluşmasıyla meydana gelirler,çok kapsamlı olan bu alan ,aynı zamanda bir bulunmaz fabrikadır da,çünkü günlük hayatta kullandığımız yiyecekler,giyecekler,ilaçlar vs.unsurların tamamı neredeyse organik kimyanın alanı kapsamındadır,bu da hayatımızı olmadık bir şekilde kolaylaştırmak anlamına geliyor.
Peki anorganik bileşikler bu kadar azken,organik bileşikler neden bu kadar fazladır? Bunun da nedeni yine içerdikleri zayıf ve kuvvetli bağların belirli bir enerji seviyesinde kırılmaları yada daha yüksek bir enerji seviyesine çıkmalarıdır.
Şimdi ise bizi asıl ilgilendiren yani organik kimyanın ilk konusu olan hidrokarbonlarda.Peki hidrokarbon ne demek,onu önce tanımlayalım.İçerisinde sadece C ve H atomlarının bulunduğu bileşiklerdir.Bunlarda alifatik ve aromatik bileşikler diye ikiye ayrılır,alifatik grubu bileşikleri alkan,alken ve aklin grubunu oluştururken,aromatik bileşikler halka yapıda ki benzen ve türevlerini oluştururlar.(tabi bu en basit yapıya sahipken,bu değer büyünce benzen yapışları da bozunur) Aromatik bileşikler aynı zamanda arenler olarakta bilir ki bunlarda genelde hoş kokulu halkalı bileşiklerdir.
Yine hidrokarbonlardan alkanlar tek bağ,alkenler çift bağ ve alkinler ise üçlü bağlar içerirler,ayrıca alkanlar doymuş hidrokarbonlar olup reaksiyona girme istekleri neredeyse yok gibidir,diğer fonksiyonel gruplar ise katılma ve yer değiştirme reaksiyonu vererek,diğer yan grupları oluştururlar,hidrokarbonlar aynı zamanda bir çok alkali metal grubuyla da hem yer değiştirme hem de katılma reaksiyonu vererek organometaller kimyası denen grubu oluştururlar,bu grubun alanı oldukça dardır,sebebi ise metallerin kristal yapılarıdır.
Örneğin bir alkan ve alken gruplarının yapısını ele alalım.Burada CH4 ve CH3 molekülleri olsun,bu durumu kısaltma olarak R- şeklinde ifade edebiliriz alken ve aklinler için fakat alkanlar için geçerli değildir bu,sebebi ise radikal gruplardır yani serbest halde kalan bir atom kalmadı için,bu durum aynı zamanda fonksiyonel grupları da oluşturacaktır,fakat daha öncede dediğimiz gibi alkanlar katılma reaksiyonu vermediği için herhangi bir fonksiyonel grupta içermez ve radikal bir duruma da sahip değildirler.
İlk yazımızı da bu cümle ile tamamlayarak hepinizden eksiklerden dolayı özür dileyip,ileri ki zamanlarda bu eksikleri tamamen giderme yoluna giderek tüm yazıları herkesin anlayabileceği duruma getirme dileğiyle diyerek,bilgiyle kalın diyoruz.
İsmail Çelik

Kaynaklar
R.C.Atkins,F.A.Carey - Organic Chemistry (çev.edi : Prof.Dr.Gürol Okay,Prof.Dr.Yılmaz Yıldırır-2009)
Prof.Dr.Zekiye Çınar – Kuantum Kimyası

Genel olarak alkanların yapısı ve özellikleri
İlk yazı dizimizin başlangıcı olarak organik kimyayı ele alıp; sadece ilk konulara değinmiştik ve organik kimyanın genel kapsamında bazı açıklamalar yapmıştık.Şimdi ise hidrokarbonların ilk grubu olan alkanlardan biraz bahsedip konuyu daha iyi kavrama adına bir tekrar niteliğinde yazımızı tamamlamaya çalışacağız.
Önce bu kavramları ve tanımları yaparak konuya başlayabiliriz.Öncelikle alkanlar nedir ve yapısı ne şekildedir ? Alkan,reaksiyonlara ilgisiz oldukları için parafin yani reaksiyona ilgi duymayan anlamlarına gelen birkaç kelimeden türetilmiştir. Ve bu yapılar genellikle petrol ürünlerinin arıtımıyla ortaya çıkarlar.Alkanların yapı formülleri ise CnH2n+2 sahiptir,burada n,bir karbon atomunu temsil eder ve buradan bir hidrojen çıkarılmasıyla alkil grubu oluşur ki,bu konuya da ileri ki zamanlarda tekrar değineceğiz.
Alkanların tipik özellikleri,daha öncede söylediğimiz gibi,reaksiyonlara girme isteklerinin neredeyse yok denecek kadar az olmalarıdır,yani karbon atomları burada yaptığı bağ sayısını maksimum seviyeye çıkarmıştır fakat burada bir özellik dikkatimizi çekmektedir,o da karbonun orbital dağılımında ki elektronların sadece 2si bağ yapabilme özelliğindedir,peki bu nasıl oluyor da karbon 4 bağ yapabiliyor?
Bunun nedeni p orbitallerinin bir önceki orbitalden elektron alıp,diğer elektronlarla kaynaşmasıdır,yani melez orbital oluşturması,bu durumda bizim 3 tane melez orbitalimiz vardır,bu da şu anlama geliyor,bileşiğimizin %75 oranında melez %25 oranında yapı orbitaline sahiptir,bu da sp3 hibritleşmesi demektir.Bu konuya daha fazla girmeden alkan gruplarının birkaç özelliğinden daha bahsetmek istiyorum.Alkanlar esasında kararlı yapılarından dolayı bir çok yerde rahatlıkla bulunabilirler,bunlardan bazıları okyanuslar,yerküre ve okyanuslardır,hatta daha ötesi dünyamız dışında diğer gezegenlerde de sıkça bulunmuş bileşiklerdir.örneğin alkanların ilk üyesi olan metan,petrol ürünlerinde yan ürün olarak ve karbon atomları arttıkça (fakat bütana kadar,çünkü daha sonrası sıvı ve faz durumundadır) kullanımı daha kolay ürünler oluştururlar,mesela evlerimizde kullandığımız tüp gazlar,propan gazından oluşmaktadır,bunları yakmak için kullandığımız çakmak gazları ise bütanın bir yapı izomeri olan,izobütandır ve bu gaz düşük basınç değerine sahip olduğu için (3 atm) çakmak içerisindeki konumunu rahat bir şekilde korumaktadır.Diğer bir ürün olan etan ise diğer alkan üyeleriyle bir arada durarak petrol ürünlerini oluşturur,bu aynı zamanda sülfürlü bir bileşik olan tiyol uzantılı bir bileşiğinde yapısına katılarak,ona aktiflik kazandırır ve genelde evlerimizde kullandığımız doğal gazda bu tiyollerin bir uzantısıdır ve kötü kokusunun sebebi de içerisinde bulunan sülfür/kükürt ve diğer etkin gazlardır.
Alkanların fiziksel yapılarına gelince,burada karbon sayısı arttıkça bileşiğin kaynama noktası yükselmekte,dallanan her bir karbon bağı bileşiğin kaynama noktasını düşürmektedir.Örneğin alkanların ilk dört üyesi gaz (ayrıca bütan burada yapı izomeri olan tek bileşiktir) pentandan,heptadekana kadar olan bileşikler sıvı (bu yapının da özelliği,pentandan sonra yapı izomerlerinin çoğalması yani sayısız izomeri oluşturan grubun başıdır) ve diğer karbon ekli gruplar ise katı özelliktedirler.Birde bu gurubun konformasyon durumu söz konusudur ki bu da yapıların farklı geometrik dizilimlerinden ileri gelir.Örneğin etan bileşiğinin çapraz konformasyonu kararmış (yani moleküllerin sık oılarak bir arada durduğu fonksiyonlar) konformasyonlara göre daha yüksek derecede bir kaynama noktasına sahiptirler ve diğer gruba göre daha fazla aktiftirler,bu yüzden kararmış olan yapılar diğerlerine göre daha kolay erir ve kaynarlar.
Alkanlar yanma ürünü olarak da diğer yapılara göre daha kullanışlıdırlar ve daha öncede söylediğimiz gibi,reaksiyona girme istekleri yok denecek kadar azdır,bu yüzden içerisinde ki H atomları bu yapılara büyük oranda enerji olarak geri gelir ve kullanımı oldukça zengindir diğer fonksiyonel gruplara göre ve yanma ürünleri de CO2 ve H2O olarak karşımıza çıkarlar.

Alkanların adlandırılmaları
Organik bileşiklerin adlandırılmalarında genellikle bir yapıya bağlı kalınmaz ,bir çok yapıyı dahil etmek gerekir,sebebi ise organik bileşiklerin zenginliğidir.Bu adlandırmalar ‘’uluslar arası teorik ve uygulamalı kimya kurumununda’’ yani IUPAC’ça bir çok özelliğe tabi tutulur,bunlardan bazıları ; alkan bileşiklerinin sonuna an eki getirilir ve karbon sayısına bakılarak Latince sayı verilir örneğin bileşik dallanmış ise en uzun zincir seçilir ve her karbon atomu sayılır,sayılan her karbon ,yapı izomerinde bir kökü temsil eder ve bu kök söylenerek uzun zincirden itibaren sayılmaya başlanır,kaç kök aynı ise di,tri vs Latince sayıları verilerek adlandırma yapılır.

Kaynaklar
R.C.Atkins-F.A.Carey – Organic Chemistry (Çev.edit: Prof.Dr.Gürol Okay-Prof.Dr.Yılmaz Yıldırır)


Sikloalkanlar yapısı ve özellikleri
Sikloalkanlar alkanların halka içeren ve bu halkalarında stereoizomer denen yapıların oluşturduğu bir gruptur,en bilindik örneği,3 karbon atomuna sahip bir gaz olan propandır ve bu yapı üçgen şeklinde ki yapılardır.İleri ki konular adına önemli bir başlık fakat burada yapılar sadece alkan grubunu içerdiğinden konusunun üzerinde pek fazla durmuyorum,sadece birkaç özellikten bahsedip konuyu kapatacağım.
Sikloalkanlar sübstitüent-yer değiştirme tepkimesi vererek bu yapıları cis ve trans olarak değiştirirler,cis aynı yönde bulunan trans ise çapraz moleküllerin yer aldığı gruplar olarak bilinir.Bir sikloalkanın bir halkasına başka bir halka bağlanır ise,bu duruma bisiklik,2 halka daha eklenirse yani toplamda 3 halka oluşumunda trisiklik adını alır ki,bu grubun bileşikleri genelde steorit yapıda olup hayvan ve bitki özlerinde bulunan lipit gruplarıdırlar.
Adlandırmaya gelince,alkanlarda geçerli olan kurallar,burada da aynen geçerlidir.Yani her halka da bulunan bir yapıyı numaralandırıp söylenir,bu numaralandırma en uzun halka yapısından başlanıp diğer gruplara doğru ilerler ve adlandırma böylelikle yapılmış olur.Konformasyon durumu var,bu da propan için basit bir yapıdadır çünkü birleşik halka yapısı tam olarak geometrik olarak bu durumu desteklemektedir,yani tek bir yapıyı aynen korur,fakat bu durum diğer halkalar için geçerli değildir,bununda sebebi yer değiştirme reaksiyonlarının karmaşıklığı ve konformasyon yapısını bu doğrultuda değiştiriyor olmasıdır.

İsmail Çelik

Kaynaklar
R.C.Atkins-F.A.Carey – Organic Chemistry (Çev.edit: Prof.Dr.Gürol Okay-Prof.Dr.Yılmaz Yıldırır)