YKS Kimya Haberlere dön
YKS 2027'ye 229 günTYT 19 Haziran 2027Türkiye geneli deneme: 29 Kasım Pazar, 11.00Ücretsiz kaydol
AYT 12. sınıf · 12. konu

Organik Bileşikler II: Fonksiyonel Gruplar

Fonksiyonel grup ve homolog sıra; alkoller, eterler, aldehitler, ketonlar, karboksilik asitler ve esterler: adlandırma, izomerlik, kaynama noktası ve tepkimeler.

Bu konuda öğreneceklerin
  • Fonksiyonel grup ve homolog sıra kavramlarını; bir yapı formülünde alkol, eter, aldehit, keton, karboksilik asit, ester, amin ve amit gruplarını tanımayı
  • Alkolleri primer, sekonder ve tersiyer olarak sınıflandırmayı; mono- ve polialkolleri, alkol ve eterleri IUPAC kurallarına göre adlandırmayı
  • Hidrojen bağının kaynama noktasına ve suda çözünürlüğe etkisini; aynı mol kütleli bileşiklerin kaynama noktalarını gerekçesiyle sıralamayı
  • Alkollerin yanma, aktif metallerle \(\text{H}_2\) çıkışı, yükseltgenme ve dehidratasyon tepkimelerini; primer alkol, aldehit ve karboksilik asit arasındaki yükseltgenme zincirini
  • Aldehitleri ketonlardan Tollens ve Fehling ayıraçlarıyla ayırt etmeyi; karboksilik asitlerin asitliğini, \(\text{NaHCO}_3\) ile \(\text{CO}_2\) çıkışını ve esterleşmeyi
  • Esterleri adlandırmayı, esterleşme ve hidroliz hesapları yapmayı; alkol-eter, aldehit-keton ve asit-ester izomerliğini formül eşitliğinden göstermeyi

Fonksiyonel grup ve homolog sıra

Hidrokarbonlar konusunda yalnızca karbon ve hidrojenden oluşan bileşikleri, alkanları, alkenleri ve alkinleri inceledik. Bir alkanın bir hidrojen atomunun yerine –OH, bir karbonilli grup ya da bir azot atomu geçtiğinde molekülün davranışı köklü biçimde değişir. Etan, oda sıcaklığında suda çözünmeyen bir gazdır; bir hidrojeni –OH ile değişen etanol ise suyla her oranda karışan ve 78 °C'de kaynayan bir sıvıdır. Molekülün kimyasal davranışını belirleyen bu atom ya da atom grubuna fonksiyonel grup denir. Karbon zinciri molekülün iskeletidir; tepkimelerin çoğu fonksiyonel grubun üzerinde ya da hemen yanında gerçekleşir.

Organik kimyada zincirin geri kalanı çoğu zaman R harfiyle gösterilir. R bir alkil grubudur: \(\text{CH}_3-\) metil, \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\) etil, \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\) propil, \(\text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\) izopropil. Bir molekülde iki farklı alkil grubu varsa ikincisi R' ile yazılır.

Fonksiyonel gruplar
Bu konudaki sekiz fonksiyonel grup. Renkli atomlar fonksiyonel grubu gösterir; R ve R' alkil gruplarıdır. Karbonil grubu (C=O) aldehit, keton, karboksilik asit, ester ve amitte ortaktır.

Aynı fonksiyonel grubu taşıyan ve birbirinden yalnızca bir \(-\text{CH}_2-\) birimiyle ayrılan bileşiklerin oluşturduğu diziye homolog sıra denir. Metanol, etanol, 1-propanol ve 1-bütanol bir homolog sıradır. Bir homolog sıranın üyeleri aynı genel formülle yazılır, kimyasal özellikleri benzerdir; fiziksel özellikleri ise zincir uzadıkça düzenli olarak değişir: kaynama noktası yükselir, suda çözünürlük azalır. Bu konunun genel formülleri şunlardır (\(n\) karbon sayısıdır):

SınıfFonksiyonel grupGenel formülİlk üye
Doymuş monoalkol–OH (hidroksil)\(\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}\)metanol, \(n = 1\)
Eter–O–\(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\text{O}\)dimetil eter, \(n = 2\)
Aldehit–CHO\(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}\)metanal, \(n = 1\)
Keton–CO–\(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}\)propanon, \(n = 3\)
Karboksilik asit–COOH (karboksil)\(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}_2\)metanoik asit, \(n = 1\)
Ester–COO–\(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}_2\)metil metanoat, \(n = 2\)

Tablodaki genel formüller doymuş ve halkasız bileşikler içindir. Dikkat edersen üç çift aynı genel formülü paylaşıyor: alkol ile eter, aldehit ile keton, karboksilik asit ile ester. Aynı molekül formülüne sahip, fakat atomları farklı bağlanmış bileşiklere yapı izomeri denir; burada izomerlerin fonksiyonel grupları da farklı olduğu için bunlara fonksiyonel grup izomeri denir. Etanol (\(\text{C}_2\text{H}_6\text{O}\)) ile dimetil eter, propanal (\(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}\)) ile propanon, asetik asit (\(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2\)) ile metil metanoat birbirinin izomeridir. ÖSYM bu ilişkiyi çok sever, çünkü izomerlerin formülü aynı olduğu hâlde kaynama noktaları ve tepkimeleri tamamen farklıdır.

Alkoller: yapı, sınıflandırma ve adlandırma

Alkoller, doymuş bir karbon atomuna bağlı hidroksil (–OH) grubu taşıyan bileşiklerdir. Bu –OH grubu, NaOH'deki gibi bir hidroksit iyonu değildir; oksijen karbona kovalent bağla bağlıdır. Bu yüzden alkollerin sulu çözeltileri bazik değildir; turnusol kâğıdının rengini değiştirmez.

Alkoller, –OH grubunun bağlı olduğu karbona (karbinol karbonu) kaç karbon atomu bağlı olduğuna göre sınıflandırılır:

  • Primer (1°) alkol: –OH'li karbona bir karbon bağlıdır. Örnek: etanol, \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{OH}\). Hiç karbon bağlı olmayan metanol da primer alkol gibi davranır.
  • Sekonder (2°) alkol: –OH'li karbona iki karbon bağlıdır. Örnek: 2-propanol, \(\text{CH}_3-\text{CH}(\text{OH})-\text{CH}_3\).
  • Tersiyer (3°) alkol: –OH'li karbona üç karbon bağlıdır. Örnek: 2-metil-2-propanol, \(\text{CH}_3-\text{C}(\text{CH}_3)(\text{OH})-\text{CH}_3\).
Primer, sekonder ve tersiyer alkol
Sınıfı belirleyen, –OH'li karbona (turuncu karbon) bağlı karbon sayısıdır. Bu karbon üzerindeki H sayısı sırasıyla 2, 1 ve 0'dır; yükseltgenme davranışını bu hidrojenler belirler.

Sınıflandırmanın bir de başka yönü vardır. Moleküldeki –OH sayısına göre bir –OH taşıyanlara monoalkol, iki taşıyanlara dialkol, üç taşıyanlara trialkol denir; iki ve daha fazla –OH taşıyanlar polialkol olarak da anılır. En önemli iki polialkol şunlardır:

  • Etilen glikol (1,2-etandiol), \(\text{HO}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH}\): Suyun donma noktasını düşürdüğü için araç radyatörlerinde antifriz olarak kullanılır. PET plastiğinin ham maddelerinden biridir. Tadı tatlı olmasına karşın zehirlidir.
  • Gliserin (gliserol, 1,2,3-propantriol), \(\text{HO}-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{OH})-\text{CH}_2-\text{OH}\): Su tuttuğu için kremlerde ve sabunlarda nemlendirici olarak kullanılır; yağların yapı taşıdır ve sabun üretiminin yan ürünüdür. Nitrogliserinin ham maddesidir.

Bir karbona en çok bir –OH bağlanır; aynı karbonda iki –OH taşıyan yapılar kararsızdır ve su kaybeder. Bu yüzden kararlı bir polialkolde –OH sayısı karbon sayısını geçmez.

IUPAC adlandırması hidrokarbonlardaki kurallara dayanır. –OH grubunu taşıyan en uzun zincir seçilir, –OH grubuna en küçük numarayı verecek uçtan numaralanır ve alkanın adına "-ol" eki getirilir; –OH'nin yeri ada önden eklenen numarayla gösterilir. \(\text{CH}_3-\text{CH}(\text{OH})-\text{CH}_2-\text{CH}_3\) bileşiğinin adı 2-bütanol'dür; numaralama sağdan yapılsaydı –OH 3. karbona düşerdi. Dallanma varsa dalın yeri ve adı önce yazılır: 2-metil-1-propanol, 2-metil-2-propanol. Polialkollerde "-diol", "-triol" eki kullanılır. Yaygın adlarda alkil grubunun adına "alkol" sözcüğü eklenir: metil alkol, etil alkol, izopropil alkol.

Alkollerin fiziksel özellikleri: hidrojen bağının izi

Alkol moleküllerinde O–H bağı vardır ve oksijenin üzerinde ortaklanmamış elektron çiftleri bulunur. Bir molekülün –OH hidrojeni, komşu molekülün oksijenine yönelerek hidrojen bağı kurar. Sıvı alkolde moleküller bu bağlarla birbirine tutunduğu için buharlaşmaları için fazladan enerji gerekir.

Hidrojen bağı
Solda etanol molekülleri arasındaki hidrojen bağları (kesikli). Sağda asetik asit molekülleri iki hidrojen bağıyla ikili yapı (dimer) oluşturur. Eterlerde O–H bağı olmadığı için eter molekülleri birbiriyle hidrojen bağı kuramaz.

Sonuç sayılarda açıkça görülür. Etanol 78 °C'de, aynı molekül formülüne sahip dimetil eter ise −24 °C'de kaynar. Metanol (65 °C), mol kütlesi ona yakın olan etandan (−89 °C) çok yüksek sıcaklıkta kaynar. Homolog sırada zincir uzadıkça London kuvvetleri de büyür ve kaynama noktası yükselir: metanol 65 °C, etanol 78 °C, 1-propanol 97 °C, 1-bütanol 118 °C. Molekülde –OH sayısı arttıkça kurulan hidrojen bağı sayısı da artar: etilen glikol 197 °C'de, gliserin yaklaşık 290 °C'de kaynar ve ikisi de koyu kıvamlı (viskoz) sıvılardır.

Suda çözünürlük için aynı hidrojen bağı bu kez alkolle su arasında kurulur. Metanol, etanol ve propanoller suyla her oranda karışır. Zincir uzadıkça molekülün apolar hidrokarbon kısmı büyür ve çözünürlük azalır: 1-bütanol suda sınırlı ölçüde çözünür, uzun zincirli alkoller ise neredeyse hiç çözünmez. Aynı karbon sayısında –OH sayısı arttıkça çözünürlük artar.

Alkollerin tepkimeleri

Yanma. Alkoller oksijenle yanarak karbon dioksit ve su oluşturur; etanol bu yüzden yakıt ve benzin katkısı olarak kullanılır:

$$ \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(s) + 3\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{CO}_2(g) + 3\text{H}_2\text{O}(s) $$

Doymuş bir monoalkol için \(\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH} + \frac{3n}{2}\text{O}_2 \rightarrow n\text{CO}_2 + (n+1)\text{H}_2\text{O}\) yazılır. Oluşan suyun mol sayısı \(\text{CO}_2\)'ninkinden bir fazladır; yanma verilerinden karbon sayısı böyle bulunur.

Aktif metallerle tepkime. Alkollerin –OH hidrojeni sodyum, potasyum gibi aktif metallerle yer değiştirir ve hidrojen gazı çıkar. Tepkime suyun sodyumla tepkimesine benzer ama daha yavaştır:

$$ 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{Na} \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{ONa} + \text{H}_2 $$

Oluşan sodyum etoksittir. Her –OH grubu yarım mol \(\text{H}_2\) verir. Bu yüzden 1 mol monoalkolden 0,5 mol, 1 mol etilen glikolden 1 mol, 1 mol gliserinden 1,5 mol \(\text{H}_2\) çıkar. Sodyumla verilen \(\text{H}_2\) miktarından bir alkolün kaç –OH taşıdığı bulunabilir.

Yükseltgenme. Asitli potasyum dikromat (\(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\)) ya da potasyum permanganat (\(\text{KMnO}_4\)) gibi bir yükseltgen, alkolün –OH'li karbonundaki bir hidrojeni ve –OH hidrojenini koparır; C–O bağı C=O bağına dönüşür. Yükseltgenin verdiği oksijen \([\text{O}]\) ile gösterilir:

$$ \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} + [\text{O}] \rightarrow \text{CH}_3\text{CHO} + \text{H}_2\text{O} $$
$$ \text{CH}_3\text{CHO} + [\text{O}] \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH} $$

Primer alkolün karbinol karbonunda iki hidrojen vardır: önce aldehit, aldehit de yükseltgenmeye devam ederse karboksilik asit oluşur. Sekonder alkolün karbinol karbonunda tek hidrojen vardır; yükseltgenince keton oluşur ve keton bu koşullarda daha fazla yükseltgenmez. Tersiyer alkolün karbinol karbonunda hidrojen yoktur; bu koşullarda yükseltgenmez. Dikromat yükseltgen olarak harcanırken turuncu renkten yeşile döner; eski tip alkol ölçerler bu renk değişimine dayanıyordu. Bu renk değişimi tersiyer alkollerle gözlenmez; böylece tersiyer alkoller primer ve sekonder alkollerden ayırt edilir. Primer ile sekonderi ayırmak için de yükseltgenme ürününe Tollens testi uygulanır: aldehit olumlu, keton olumsuz sonuç verir.

Yükseltgenme zinciri
Primer alkol önce aldehite, sonra karboksilik aside yükseltgenir. Sekonder alkol ketona yükseltgenir. Tersiyer alkol yükseltgenmez. Ters yöndeki tepkimeler, \(\text{H}_2\) ile indirgenmedir.

Yükseltgenmenin tersi indirgenmedir. Aldehitler ve ketonlar nikel ya da platin katalizörlüğünde \(\text{H}_2\) ile indirgenir: aldehitten primer alkol, ketondan sekonder alkol oluşur. Örneğin \(\text{CH}_3\text{COCH}_3 + \text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}(\text{OH})\text{CH}_3\). Bu ilişki, bilinmeyen bir maddeyi bulma sorularında zinciri iki yönde de yürümeni sağlar.

Dehidratasyon (su çekilmesi). Alkol derişik sülfürik asitle ısıtılınca su kaybeder. Yaklaşık 170 °C'de –OH ile komşu karbondaki bir H aynı molekülden ayrılır ve alken oluşur: \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_4 + \text{H}_2\text{O}\). Daha düşük sıcaklıkta (yaklaşık 140 °C) iki molekül arasından bir su ayrılır ve eter oluşur: \(2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OC}_2\text{H}_5 + \text{H}_2\text{O}\). Alken oluşumunda C=C bağı, –OH'li karbonla ona komşu bir karbon arasında kurulur. Bu yüzden hem 1-propanol hem 2-propanol propen verir.

Esterleşme. Alkoller karboksilik asitlerle ester oluşturur; bu tepkimeyi karboksilik asitlerle birlikte göreceğiz. Etanol ayrıca şekerin maya enzimleriyle fermantasyonundan elde edilir: \(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2\). Metanol ise çok zehirlidir; az miktarı bile körlüğe ve ölüme yol açabilir. Sahte içkilerden gelen zehirlenmelerin nedeni budur.

Eterler

Eterlerde bir oksijen atomu iki alkil grubunu birbirine bağlar: R–O–R'. Yaygın adlandırmada iki alkil grubunun adı alfabetik sırayla yazılır ve sona "eter" eklenir: \(\text{CH}_3-\text{O}-\text{CH}_3\) dimetil eter, \(\text{CH}_3-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CH}_3\) etil metil eter, \(\text{C}_2\text{H}_5-\text{O}-\text{C}_2\text{H}_5\) dietil eter. IUPAC adlandırmasında küçük grup "alkoksi" dalı sayılır ve büyük grubun alkan adının önüne yazılır: metoksimetan, metoksietan, etoksietan.

Eterler, aynı karbon sayısındaki doymuş monoalkollerin izomeridir (\(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\text{O}\)). Örneğin \(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\) formülüne üç yapı uyar: 1-propanol, 2-propanol ve metoksietan. Eter molekülleri arasında hidrojen bağı olmadığı için kaynama noktaları izomer alkollerden çok düşüktür: metoksietan 7 °C'de, 1-propanol 97 °C'de kaynar. Eterin oksijeni sudaki hidrojenlerle hidrojen bağı kurabildiği için küçük eterler suda bir miktar çözünür.

Eterlerde O–H bağı olmadığından sodyumla \(\text{H}_2\) vermezler ve alkoller gibi yükseltgenmezler. Bu tepkimesizlik onları iyi bir çözücü yapar. Dietil eter (kaynama noktası 35 °C) uçucu ve çok kolay alev alan bir sıvıdır; 19. yüzyılın ortalarında ameliyatlarda ilk genel anestezik maddelerden biri olarak kullanılmıştır. Bir alkol ile eteri ayırt etmenin en basit yolu sodyum metali eklemektir: gaz çıkışı alkolü gösterir.

Aldehitler ve ketonlar: karbonil grubu

Karbon ile oksijen arasındaki ikili bağa karbonil grubu (C=O) denir. Karbonil karbonuna en az bir hidrojen bağlıysa bileşik aldehittir (R–CHO); karbonil karbonu iki karbon atomuna bağlıysa bileşik ketondur (R–CO–R'). Bu yüzden aldehit grubu zincirin hep ucundadır, keton grubu ise zincirin içindedir. En küçük aldehit metanaldir (HCHO); en küçük keton üç karbonludur, çünkü karbonil karbonunun iki yanında birer karbon gerekir.

Adlandırma. Aldehitlerde aldehit karbonu her zaman 1 numaradır; alkan adına "-al" eki getirilir: metanal, etanal, propanal, bütanal. Ketonlarda karbonil karbonuna en küçük numara verilir ve "-on" eki kullanılır: propanon, bütanon, 2-pentanon, 3-pentanon. Propanon ve bütanonda karbonilin yeri tek olduğundan numara yazılmaz. Yaygın adlar da çok kullanılır: metanal formaldehit, etanal asetaldehit, propanon aseton, bütanon etil metil keton.

Aynı karbon sayısındaki aldehit ve keton izomerdir (\(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}\)): propanal ile propanon \(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}\) formülüne sahiptir. Karbonil grubu polar olduğu için aldehit ve ketonlar dipol-dipol etkileşimiyle birbirini çeker ve kaynama noktaları benzer kütleli alkanlardan yüksektir (bütan −0,5 °C, propanal 48 °C, aseton 56 °C). Kendi aralarında hidrojen bağı kuramadıkları için izomer alkollerden düşük sıcaklıkta kaynarlar. Karbonil oksijeni sudan hidrojen bağı alabildiği için küçük aldehit ve ketonlar suda iyi çözünür; aseton suyla her oranda karışır.

Kullanım alanları. Formaldehit oda sıcaklığında bir gazdır; yaklaşık %37–40'lık sulu çözeltisine formalin denir. Formalin, proteinlerle tepkimeye girerek dokuları sertleştirdiği ve mikroorganizmaları öldürdüğü için biyolojik örneklerin saklanmasında ve dezenfeksiyonda kullanılır. Formaldehit ayrıca bakalit gibi sert reçinelerin ve yapıştırıcıların ham maddesidir. Aseton hem su hem de birçok organik maddeyi çözebildiği için iyi bir çözücüdür; oje çıkarıcıların ana bileşenidir ve boya, plastik endüstrisinde kullanılır.

Aldehitleri ayırt etmek: Tollens ve Fehling

Aldehitin karbonil karbonundaki hidrojen, aldehiti kolay yükseltgenen bir madde yapar; ketonda bu hidrojen yoktur. Bu fark iki klasik deneyle görünür hale getirilir. İki ayıraçta da aldehit yükseltgenip karboksilik aside (bazik ortamda onun anyonuna) dönüşür, ayıraçtaki metal iyonu ise indirgenir.

  • Tollens ayıracı amonyaklı gümüş nitrat çözeltisidir, \(\text{Ag}(\text{NH}_3)_2^+\) iyonu içerir. Aldehitle ısıtılınca \(\text{Ag}^+\) iyonları metalik gümüşe indirgenir ve temiz bir deney tüpünün iç yüzeyini parlak bir tabakayla kaplar. Buna gümüş aynası deneyi denir. 1 mol aldehitten 2 mol Ag oluşur:
$$ \text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{Ag}(\text{NH}_3)_2^+ + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + 2\text{Ag} + 4\text{NH}_3 + 2\text{H}_2\text{O} $$
  • Fehling çözeltisi bazik ortamda \(\text{Cu}^{2+}\) iyonu içeren koyu mavi bir çözeltidir. Aldehitle ısıtılınca \(\text{Cu}^{2+}\) iyonları \(\text{Cu}^{+}\) basamağına indirgenir ve tuğla kırmızısı bakır(I) oksit (\(\text{Cu}_2\text{O}\)) çöker:
$$ \text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{Cu}^{2+} + 5\text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{Cu}_2\text{O} + 3\text{H}_2\text{O} $$
Tollens ve Fehling deneyleri
Aldehit, Tollens ayıracıyla gümüş aynası, Fehling çözeltisiyle kırmızı \(\text{Cu}_2\text{O}\) çökeleği verir. Keton iki ayıraçla da tepkime vermez.

Ketonlar bu iki ayıraçla tepkime vermez. Böylece propanal ile propanon gibi iki izomer kolayca ayırt edilir. Metanoik asidin (HCOOH) yapısında karboksil grubunun yanında aldehit grubuna benzeyen bir H–C=O birimi de vardır; bu yüzden metanoik asit, karboksilik asitler içinde Tollens ayıracıyla gümüş aynası veren tek yaygın örnektir. Metanoik asidin esterleri (HCOOR) de aynı birimi taşıdığı için Tollens testi verir. Glikoz da yapısındaki aldehit grubu sayesinde iki deneyde de olumlu sonuç verir.

Bu konudaki ayırt etme deneylerini bir tabloda toplayalım (+ gözlenebilir değişim var, − yok):

DeneyPrimer alkolSekonder alkolTersiyer alkolEterAldehitKetonKarboksilik asitEster
Na metali (\(\text{H}_2\) çıkışı)+++−−−+−
Asitli dikromat (turuncudan yeşile)++−−+−−−
Tollens (gümüş aynası)−−−−+−− (HCOOH +)− (HCOOR +)
\(\text{NaHCO}_3\) (\(\text{CO}_2\) çıkışı)−−−−−−+−

Karboksilik asitler

Karboksilik asitler, karboksil grubu (–COOH) taşıyan bileşiklerdir. Bu grup bir karbonil ile bir hidroksilin aynı karbonda birleşmesinden oluşur. IUPAC adlandırmasında karboksil karbonu 1 numaradır ve alkan adına "-oik asit" eklenir: metanoik asit (HCOOH), etanoik asit (\(\text{CH}_3\text{COOH}\)), propanoik asit, bütanoik asit. Yaygın adlar doğadaki kaynaklardan gelir: metanoik asit karıncalarda ve ısırgan otunda bulunduğu için formik asit (Latince formica, karınca), etanoik asit sirkenin asidi olduğu için asetik asit (acetum, sirke) diye anılır. Acımış tereyağının kötü kokusu bütanoik asitten (bütirik asit) gelir. Sofra sirkesi kabaca %4–5 asetik asit içerir.

Karboksil grubundaki O–H bağı alkollerdekinden çok daha kolay koparılır, çünkü yanındaki C=O grubu oluşan anyonun yükünü iki oksijene dağıtır. Karboksilik asitler suda kısmen iyonlaşan zayıf asitlerdir:

$$ \text{CH}_3\text{COOH}(suda) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^-(suda) + \text{H}^+(suda) $$

Sulu çözeltileri mavi turnusolü kırmızıya çevirir, bazları nötrleştirir ve aktif metallerle \(\text{H}_2\) verir. Karboksilik asitleri alkollerden ayıran en kullanışlı deney, karbonat ya da hidrojen karbonatla gaz çıkışıdır:

$$ \text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 $$
$$ \text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O} $$

Karboksilik asitlerin kaynama noktaları, mol kütleleri yakın alkollerden de yüksektir: asetik asit 118 °C, 1-propanol 97 °C (ikisinin mol kütlesi de 60 g/mol). Bunun nedeni, iki asit molekülünün iki hidrojen bağıyla birbirine kenetlenerek dimer oluşturmasıdır (Hidrojen bağı şeklinin sağ tarafı). Küçük karboksilik asitler (C1–C4) suyla her oranda karışır; zincir uzadıkça çözünürlük düşer.

Uzun zincirli karboksilik asitlere yağ asitleri denir. Doymuş olanlara palmitik asit (\(\text{C}_{15}\text{H}_{31}\text{COOH}\)) ve stearik asit (\(\text{C}_{17}\text{H}_{35}\text{COOH}\)), zincirinde C=C bağı bulunan doymamış olanlara oleik asit (\(\text{C}_{17}\text{H}_{33}\text{COOH}\), bir C=C) ve linoleik asit (\(\text{C}_{17}\text{H}_{31}\text{COOH}\), iki C=C) örnektir. İki karboksil grubu taşıyan asitler de vardır; ıspanakta ve pazıda bulunan oksalik asit (HOOC–COOH) bunlardandır.

Esterler: esterleşme, hidroliz ve yağlar

Bir karboksilik asit bir alkolle, derişik sülfürik asit katalizörlüğünde ısıtılınca ester ve su oluşur. Bu tepkimeye esterleşme denir:

$$ \text{CH}_3\text{COOH} + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5 + \text{H}_2\text{O} $$
Esterleşme
Asidin –OH grubu ile alkolün –OH hidrojeni su olarak ayrılır; asidin karbonil karbonu alkolün oksijenine bağlanır. Oluşan bağlantı ester grubudur.

Ayrılan sudaki oksijen asitten gelir; bu, işaretli oksijen izotopu kullanılan deneylerle gösterilmiştir. Esterleşme yavaş ve tersinir bir tepkimedir. Verimi artırmak için Le Chatelier ilkesine uygun olarak alkol fazla kullanılır ya da oluşan su ortamdan uzaklaştırılır.

Adlandırma. Ester adı iki sözcükten oluşur: önce alkolden gelen alkil grubu, sonra asidin adındaki "-oik asit" yerine "-oat" yazılarak elde edilen anyon adı. \(\text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5\) etil etanoattır; yaygın adıyla etil asetat. \(\text{HCOOCH}_3\) metil metanoat (metil format), \(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOCH}_3\) metil propanoattır. Formülde asit kısmı genellikle önce yazılır, adda ise alkol kısmı önce okunur. Bu ters sıra sınavda en çok yanlış yapılan noktadır: \(\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3\) ile \(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOCH}_3\) izomerdir ama biri etil etanoat, öteki metil propanoattır.

Esterler karboksilik asitlerin izomeridir (\(\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}_2\)): metil etanoat ile propanoik asit \(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_2\) formülündedir. Ester moleküllerinde O–H bağı yoktur, birbirleriyle hidrojen bağı kuramazlar; bu yüzden izomer asitlerden çok daha düşük sıcaklıkta kaynarlar (metil etanoat 57 °C, propanoik asit 141 °C). Asitlik göstermezler ve \(\text{NaHCO}_3\) ile gaz vermezler. Küçük esterler uçucudur ve meyvemsi kokuludur: muzun kokusunda izoamil asetat (3-metilbütil etanoat), ananasın kokusunda etil bütanoat önemli rol oynar. Bu yüzden esterler gıda ve parfüm sanayisinde aroma maddesi olarak kullanılır. Etil asetat ayrıca oje çıkarıcılarda ve yapıştırıcılarda çözücüdür.

Esterleşmenin tersine hidroliz denir. Ester, asitli ortamda suyla ısıtılınca yeniden asit ve alkole dönüşür; bu da tersinir bir dengedir. Bazik ortamda (NaOH ya da KOH ile) hidroliz tamamlanır, çünkü oluşan asit bazla tuzuna dönüşür:

$$ \text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5 + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} $$

Bitkisel ve hayvansal yağlar, gliserinin üç –OH grubunun üç yağ asidiyle oluşturduğu triesterlerdir (trigliserit). Yağ asidi zincirleri çoğunlukla doymuş olan yağlar (tereyağı, iç yağı) oda sıcaklığında katıdır; doymamış zincirleri çok olan yağlar (zeytinyağı, ayçiçek yağı) sıvıdır. Sıvı yağlardaki C=C bağlarına nikel katalizörlüğünde \(\text{H}_2\) katılınca yağ katılaşır; margarin üretimi buna dayanır. Örneğin üç oleik asit zinciri taşıyan 1 mol gliseril trioleat, 3 mol \(\text{H}_2\) ile gliseril tristearata dönüşür. Yağların NaOH ile hidrolizi sabunlaşmadır; sabunun yapısını ve temizleme işini Kimya Her Yerde konusunda gördük.

Aminler ve amitler: tanıma düzeyinde

Amonyakta (\(\text{NH}_3\)) bir ya da daha çok hidrojenin yerine alkil grubu geçerse amin oluşur: \(\text{CH}_3-\text{NH}_2\) metilamin. Aminler amonyak gibi bazik özellik gösterir; küçük aminler keskin ve balığımsı kokuludur, çürüyen balığın kokusu trimetilamin gibi aminlerden gelir. Karbonil grubuna bir azot atomu bağlıysa bileşik amittir: \(\text{CH}_3-\text{CO}-\text{NH}_2\) etanamit (asetamit). Üre, \(\text{H}_2\text{N}-\text{CO}-\text{NH}_2\), en bilinen amittir; proteinlerdeki amino asitleri birbirine bağlayan peptit bağı da bir amit bağıdır. Amin ve amitlerin N–H bağları da hidrojen bağı kurar.

Kaynama noktası ve izomerlik: bütün grupları birlikte düşünmek

Konunun sonunda gruplar arasındaki ilişkileri tek bir tabloda görmek işini kolaylaştırır. Aşağıdaki grafikte mol kütleleri 58–60 g/mol olan altı bileşiğin kaynama noktaları var. Kütleler hemen hemen eşit olduğu için London kuvvetleri yaklaşık aynıdır; farkı molekül içi polarlık ve hidrojen bağı yaratır.

Kaynama noktası karşılaştırması
Mol kütleleri 58–60 g/mol olan bileşiklerin 1 atm'deki kaynama noktaları. Apolar bütandan polar eter ve karbonil bileşiklerine, hidrojen bağı yapan alkole ve dimer oluşturan karboksilik aside doğru kaynama noktası yükselir.

İzomerlik sorularında yalnızca molekül formülünü karşılaştır: karbon, hidrojen ve oksijen sayıları aynıysa bileşikler izomerdir. Bunu hızlıca görmenin yolu, genel formülü hatırlamaktır. \(\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}\) formülüne dört alkol (1-bütanol, 2-bütanol, 2-metil-1-propanol, 2-metil-2-propanol) ve üç eter (dietil eter, metil propil eter, izopropil metil eter) uyar; toplam yedi yapı izomeri vardır. Alkollerden ikisi primer, biri sekonder, biri tersiyerdir.

Formüller

$$\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$$
Doymuş monoalkol; alkol ve eter \(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\text{O}\) ile izomerdir
$$\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}$$
Doymuş aldehit (\(n \ge 1\)) ve keton (\(n \ge 3\))
$$\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}_2$$
Doymuş karboksilik asit (\(n \ge 1\)) ve ester (\(n \ge 2\))
$$\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH} + \frac{3n}{2}\text{O}_2 \rightarrow n\text{CO}_2 + (n+1)\text{H}_2\text{O}$$
Monoalkolün yanması
$$n(\text{H}_2) = \frac{(\text{–OH sayısı}) \cdot n(\text{alkol})}{2}$$
Aktif metalle tepkime; karboksil H'si de sayılır
$$\text{primer alkol} \xrightarrow{[\text{O}]} \text{aldehit} \xrightarrow{[\text{O}]} \text{karboksilik asit}$$
Ters yön: \(\text{H}_2\) ile indirgenme
$$\text{sekonder alkol} \xrightarrow{[\text{O}]} \text{keton}; \quad \text{tersiyer alkol: yükseltgenmez}$$
Karbinol karbonundaki H sayısı belirler
$$\text{R–CHO} \xrightarrow{\text{Tollens}} \text{R–COO}^- + 2\text{Ag}$$
1 mol aldehit 2 mol Ag; Fehling ile kırmızı \(\text{Cu}_2\text{O}\)
$$\text{RCOOH} + \text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{RCOONa} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$$
Yalnız karboksilik asitler gaz çıkarır
$$\text{RCOOH} + \text{R'OH} \rightleftharpoons \text{RCOOR'} + \text{H}_2\text{O}$$
Esterleşme; ad: alkil (R') + asit adı "-oat"
$$\text{RCOOR'} + \text{NaOH} \rightarrow \text{RCOONa} + \text{R'OH}$$
Bazik hidroliz (sabunlaşma)
$$\text{alkan} < \text{eter} < \text{aldehit, keton} < \text{alkol} < \text{karboksilik asit}$$
Mol kütleleri yakınken kaynama noktası sırası

Çözümlü örnekler

Örnek 1Fonksiyonel grubu tanımak

Aşağıdaki bileşiklerin her birinin hangi sınıfa girdiğini bulunuz. I. \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CHO}\) II. \(\text{CH}_3-\text{COO}-\text{CH}_2-\text{CH}_3\) III. \(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{O}-\text{CH}_3\) IV. \(\text{CH}_3-\text{CH}(\text{OH})-\text{CH}_3\) V. \(\text{CH}_3-\text{CO}-\text{CH}_2-\text{CH}_3\)

Örnek 2\(\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}\) alkolleri

\(\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}\) formülüne uyan alkolleri yazınız, adlandırınız ve primer, sekonder, tersiyer olarak sınıflandırınız.

Örnek 3Etilen glikol ve sodyum

12,4 g etilen glikol yeterince sodyum metaliyle tepkimeye giriyor. Normal koşullarda kaç litre hidrojen gazı açığa çıkar? (H: 1, C: 12, O: 16)

Örnek 4Yanmadan alkolün formülü

0,1 mol doymuş bir monoalkol tamamen yakıldığında 13,2 g \(\text{CO}_2\) oluşuyor. Alkolün molekül formülünü ve yanma için gereken oksijenin mol sayısını bulunuz. (C: 12, O: 16)

Örnek 5İki propanolü yükseltgenmeyle ayırmak

\(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\) formülüne sahip iki alkolden A yükseltgenince Tollens testi veren bir ürün, B yükseltgenince Tollens testi vermeyen bir ürün oluşuyor. A ve B'yi ve yükseltgenme ürünlerini bulunuz.

Örnek 6Aldehit ve keton karışımı

Propanal ve propanondan oluşan 0,25 mollük bir karışım yeterince Tollens ayıracıyla ısıtıldığında 32,4 g gümüş çöküyor. Karışımın kütlesi kaç gramdır? (H: 1, C: 12, O: 16, Ag: 108)

Örnek 7Esterleşme ve verim

14,8 g propanoik asit yeterince metanolle esterleşiyor ve tepkime %75 verimle gerçekleşiyor. Oluşan esterin adı nedir ve kaç gram oluşur? (H: 1, C: 12, O: 16)

Örnek 8Kaynama noktalarını sıralamak

Bütan, metoksietan, propanal, propanon, 1-propanol ve asetik asidin mol kütleleri 58–60 g/mol arasındadır. Bu bileşikleri 1 atm'deki kaynama noktalarına göre küçükten büyüğe sıralayınız ve sıralamayı gerekçelendiriniz.

Örnek 9Bilinmeyen ester

\(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_2\) formüllü bir ester asitli ortamda hidroliz ediliyor. Oluşan karboksilik asit Tollens ayıracıyla gümüş aynası veriyor. Esterin adı nedir?

Sık yapılan hatalar

  • Alkollerin –OH grubunu hidroksit iyonu sanıp alkolleri baz saymak. Alkollerin sulu çözeltisi nötrdür; turnusolün rengini değiştirmez.
  • Alkolün sınıfını –OH'li karbondaki hidrojen sayısına ya da zincirin uzunluğuna bakarak değil, rastgele belirlemek. Ölçüt, –OH'li karbona bağlı karbon sayısıdır.
  • Tersiyer alkolün de ketona yükseltgendiğini sanmak. Karbinol karbonunda H yoksa C=O kurulamaz; tersiyer alkol yükseltgenmez.
  • Ester adını formüldeki sırayla okumak: \(\text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5\)'e "metil propanoat" demek. Alkol kısmı (oksijene bağlı alkil) adın başına gelir: etil etanoat.
  • Ketonların da Tollens ve Fehling testi verdiğini düşünmek. Yalnız aldehitler (ve metanoik asit gibi H–C=O birimi taşıyanlar) olumlu sonuç verir.
  • Eterlerin, izomer alkoller gibi hidrojen bağıyla yüksek sıcaklıkta kaynadığını sanmak. Eter molekülleri birbirine hidrojen bağı yapamaz.
  • Sodyumla verilen \(\text{H}_2\) hesabında her –OH için bir mol \(\text{H}_2\) almak. İki –OH bir mol \(\text{H}_2\) verir.
  • Esterleşmede suyun oksijeninin alkolden geldiğini düşünmek. Asidin –OH'si ile alkolün H'si ayrılır.
Günlük hayatta

Şarap ya da elma suyu açıkta bırakıldığında birkaç hafta içinde ekşir. Önce mayalar şekeri etanol ve karbon dioksite dönüştürür; ardından havadaki oksijeni kullanan asetik asit bakterileri etanolü asetaldehit üzerinden asetik aside yükseltger. Elma sirkesi ve üzüm sirkesi bu iki basamaklı yolun, yani fermantasyonun ve onu izleyen yükseltgenmenin ürünüdür; bu konudaki "primer alkol, aldehit, karboksilik asit" zinciri mutfakta kendiliğinden işler. Aynı zincir vücudumuzda da vardır: karaciğer içilen etanolü enzimlerle önce asetaldehite, sonra asetik aside (asetata) dönüştürür; içkiden sonraki baş ağrısında ve yüz kızarmasında zehirli asetaldehitin payı büyüktür. Eski tip alkol ölçer cihazlarda sürücünün nefesi asitli potasyum dikromat çözeltisinden geçirilirdi; nefesteki etanol dikromatı indirgedikçe turuncu renk yeşile dönerdi. Bugünkü cihazların çoğu ise etanolün yükseltgenmesinden doğan elektrik akımını ölçen yakıt hücreleri kullanır.

Konu testi

27 soru. Bir seçeneğe dokun; doğru cevap ve çözüm hemen açılır.

1Kolay

Aşağıdaki bileşiklerden hangisi bir esterdir?

2Kolay

Aşağıdaki alkollerden hangisi sekonder alkoldür?

3Kolay

Aşağıdaki bileşiklerden hangisi Tollens ayıracıyla ısıtıldığında gümüş aynası oluşturur?

4Kolay

\(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{COO}-\text{CH}_3\) formülüyle gösterilen esterin IUPAC adı aşağıdakilerden hangisidir?

5Kolay

Aşağıdakilerden hangisi etanolün (\(\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{OH}\)) izomeridir?

6Kolay

Aşağıdaki bileşiklerden hangisi bir amittir?

7Orta

\(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\) formülüne sahip X alkolü yükseltgendiğinde Tollens testi veren Y bileşiği, Y yükseltgendiğinde de Z bileşiği oluşuyor. Z'nin adı aşağıdakilerden hangisidir?

8Orta

Mol kütleleri verilen

  1. I.1-propanol (60 g/mol)
  2. II.propanal (58 g/mol)
  3. III.bütan (58 g/mol)

bileşiklerinin 1 atm'deki kaynama noktalarının büyükten küçüğe doğru sıralanışı aşağıdakilerden hangisidir?

9Orta

9,2 g etanol yeterince sodyum metaliyle tepkimeye girdiğinde normal koşullarda kaç litre hidrojen gazı açığa çıkar? (H: 1, C: 12, O: 16)

10Orta

0,2 mol doymuş bir monoalkol tamamen yakıldığında 26,4 g \(\text{CO}_2\) oluşuyor. Bu yanmada kaç gram su oluşur? (H: 1, C: 12, O: 16)

11Orta

30 g asetik asit yeterince etanolle esterleşiyor. Tepkime %60 verimle gerçekleştiğine göre kaç gram etil etanoat oluşur? (H: 1, C: 12, O: 16)

12Orta

Eterlerle ilgili

  1. I.Dietil eter ile 1-bütanol birbirinin izomeridir.
  2. II.Dimetil eterin 1 atm'deki kaynama noktası etanolünkinden düşüktür.
  3. III.Eterler sodyum metaliyle tepkimeye girerek hidrojen gazı açığa çıkarır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

13Orta

Aşağıdaki madde çiftlerinden hangisi Tollens ayıracıyla birbirinden ayırt edilebilir?

14Orta

Metil propanoat sulu NaOH çözeltisiyle ısıtılarak tamamen hidroliz ediliyor. Bu tepkimenin ürünleri aşağıdakilerden hangisidir?

15Orta

\(\text{CH}_3-\text{CO}-\text{CH}_2-\text{CH}_3\) bileşiğinin IUPAC adı aşağıdakilerden hangisidir?

16Orta

Derişik sülfürik asitle yaklaşık 170 °C'de ısıtılan

  1. I.1-propanol
  2. II.2-propanol
  3. III.2-metil-2-propanol

alkollerinden hangilerinin dehidratasyonu sonucunda propen (\(\text{CH}_2{=}\text{CH}-\text{CH}_3\)) oluşur?

17Orta

\(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\) molekül formülüne uyan kaç farklı yapı izomeri vardır?

18Orta

Karboksilik asitlerle ilgili

  1. I.Sulu çözeltileri bazik özellik gösterir.
  2. II.Sodyum hidrojen karbonatla tepkimeye girerek \(\text{CO}_2\) gazı açığa çıkarır.
  3. III.Asetik asidin 1 atm'deki kaynama noktası, mol kütlesi kendisine eşit olan 1-propanolünkinden yüksektir.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

19Zor

Şekilde yapı formülü verilen bileşikle ilgili

Çok fonksiyonlu bir bileşik
  1. I.Molekül formülü \(\text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_4\)'tür.
  2. II.1 molü yeterince sodyumla tepkimeye girdiğinde 0,5 mol \(\text{H}_2\) açığa çıkar.
  3. III.Yapısında sekonder alkol grubu vardır.

ifadelerinden hangileri doğrudur? (Şekilde C–H ve O–H bağları yoğun formülle gösterilmiştir.)

20Zor

Şekilde aynı molekül formülüne sahip üç bileşiğin yapı formülü verilmiştir.

Üç bileşik

Bu bileşiklerle ilgili

  1. I.Üçü de birbirinin izomeridir.
  2. II.Yalnız I numaralı bileşik \(\text{NaHCO}_3\) ile \(\text{CO}_2\) gazı açığa çıkarır.
  3. III.II numaralı bileşiğin hidrolizinden oluşan karboksilik asit ile III numaralı bileşiğin hidrolizinden oluşan alkolün karbon sayıları eşittir.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

21Zor

\(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}\) formülüne sahip, halkasız bir karbonil bileşiği olan X, Tollens ayıracıyla tepkime vermiyor. X nikel katalizörlüğünde \(\text{H}_2\) ile indirgenince Y alkolü oluşuyor. Y aşağıdakilerden hangisidir?

22Zor

Etanal ve propanondan oluşan 0,3 mollük bir karışım yeterince Tollens ayıracıyla ısıtıldığında 43,2 g gümüş çöküyor. Karışımdaki propanonun kütlesi kaç gramdır? (H: 1, C: 12, O: 16, Ag: 108)

23Zor

\(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\) formülüne sahip bir ester asitli ortamda hidroliz ediliyor. Oluşan alkol yükseltgendiğinde, hidrolizden oluşan karboksilik asidin aynısı elde ediliyor. Bu esterin adı aşağıdakilerden hangisidir?

24Zor

1 atm basınçtaki kaynama noktalarıyla ilgili

  1. I.1-propanolün kaynama noktası, izomeri olan metoksietanınkinden yüksektir.
  2. II.Propanalın kaynama noktası, izomeri olan propanonunkinden yüksektir.
  3. III.Etilen glikolün kaynama noktası 1-propanolünkinden yüksektir.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

25Zor

\(\text{C}_5\text{H}_{12}\text{O}\) formülüne sahip alkollerden kaç tanesi yükseltgendiğinde keton oluşturur?

26Zor

Doymuş ve düz zincirli bir aldehitin 8,8 gramı yeterince Tollens ayıracıyla ısıtıldığında 43,2 g gümüş oluşuyor. Bu aldehit aşağıdakilerden hangisidir? (H: 1, C: 12, O: 16, Ag: 108)

27Zor

0,1 mol doymuş ve halkasız bir X alkolü tamamen yakıldığında 0,3 mol \(\text{CO}_2\) oluşuyor. Aynı miktar X yeterince sodyumla tepkimeye girdiğinde normal koşullarda 3,36 L \(\text{H}_2\) gazı açığa çıkıyor. X'in mol kütlesi kaç g/mol'dür? (H: 1, C: 12, O: 16)

İlerlemen bu tarayıcıda saklanıyor. Ücretsiz üye ol, her cihazda kaldığın yerden devam et.