Nükleofilik yer değiştirme reaksiyonu-II

NÜKLEOFİLİK YERDEĞİŞTİRME REAKSİYONLARI
NEGATİF BİR İYON VEYA PAYLAŞILMAMIŞ ELEKTRON ÇİFTİ BULUNAN NÖTRAL BİR MOLEKÜL OLARAK BİLİNEN
NÜKLEOFİL, ORGANİK BİR SUBSTRATTAN AYRILAN GRUBUN YERİNİ ALIR. NÜKLEOFİLİK YERDEĞİŞTİRME
REAKSİYONLARI, ORGANİK KİMYADA EN ÇOK ÇALIŞILAN REAKSİYONLAR ARASINDADIR.
SN1 reaksiyonu : t- bütil klorürün sentezi
SN2 reaksiyonu : alkil bromürün sentezi
TEORİ
Alkil halojenürler, sentetik organik kimyada önemli bir rol oynarlar. Alkil
halojenürler, alkol ve alkenlerden kolaylıkla hazırlanabilir. Dolayısıyla, alkil halojenürler, çok
fazla sayıdaki yeni fonksiyonel grupların sentezi için başlangıç malzemesidirler. Bu yeni
fonksiyonel grupların sentezi daha çok, bir nükleofil ile halojenin yerdeğiştirdiği Nükleofilik
Yerdeğiştirme reaksiyonlarıdır.
Nükleofilik Yerdeğiştirme reaksiyonları, iki farklı Yerdeğiştirme mekanizması, başlıca
başlatıcı malzemenin yapısına bağlı olarak üzerinden yürütülebilir. Bu başlatıcılar ; SN1 ve
SN2 mekanizmaları.
Benzer şekilde asit katalizörü varlığında alkil halojenürleri elde etmek için alkoller
kullanılabilir. Burada, alkolik grup ilk önce protonlaştırılır daha sonra positif olarak
yüklenmiş molekül , ortamda bulunan bir nükleofil ile saldırıya tutulur. Bu nükleofil, bir
halojenür olduğunda, ürün uygun bir alkil halojeni olacaktır ve ayrılan H2O olacaktır.
SN1(tek moleküllü Nükleofilik Yerdeğiştirme) mekanizmasında, hız belirleyici adımda
sadece bir tane molekül varken, SN2 (iki moleküllü Nükleofilik Yerdeğiştirme)
mekanizmasında, hız belirleyici adımda iki molekül vardır.
Mekanizmaya uygun olarak, SN1 mekanizması için primerden tersiyere doğru
gittiğinizde reaksiyonun kullanım kolaylığı artarken, SN2 mekanizma için tersiyerden primere
doğru gittiğinizde reaksiyonunun kullanım kolaylığı artmaktadır.
Reaksiyon mekanizmasını etkileyen diğer faktörler ; çözücü etkisi, nükleofillerin
nükleofilikliği ve derişimi ve ayrılan grubun etkileridir. Su ve alkol gibi Polar protik (
protonlu) çözücüler, karbokatyonların olması mümkün olan hidrojen bağlarının oluşumundan
dolayı SN1 mekanizmasını tercih ederler. Yine bu gerçek doğrultusunda, polar protonsuz ve
polar olmayan çözücülerde SN2 mekanizmasını tercih ederler. Nükleofillerin derişimi, tek
moleküllü SN1 reaksiyonunu etkilemez çünkü reaksiyonun hız belirleyen basamağı,
karbokatyonunun oluşum basamağıdır. Nükleofiller daha yüksek derişimlerde elde
ediklerinden dolayıda SN2 mekanizması tercih edilir. Grubun ayrılma yeteneği, her iki
mekanizma türü içinde reaksiyon hızını artırır.
SN1 REAKSİYONU : t- bütil klorürün sentezi
Bu deneyde HCI varlığında, t- bütil alkolden t-bütil klorür üretilecektir. Reaksiyon
koşulları SN1 mekanizmasını seçecek şekilde ayarlanır. Bunun için tersiyer bir alkol
kullanılacaktır, burada polar protik( protonlu ) çözücü olarak su kullanılacak ve reaksiyon
sıcaklığı düşük tutulacaktır.
DENEYİN YAPILIŞI;
1) 125 mL lik bir ayırma hunisinin içerisine 15 mL t-bütil alkol eklenir.
2) Buz gibi soğuk derişik HCI çözeltisinden 50 mL ayırma hunisine eklenir ve 15 dakika
karıştırılır. Zaman zaman ayırma hunisinde oluşacak olan fazla basıncı huninin tıpası
açılarak dışarı verilir. İki faz tabakasının ayrımı tamamen olana kadar karışım sabit
tutulur.
3) Alttaki sulu tabaka atılır.
4) Ham ürün, ilk önce 15 mL su ile daha sonra 15 mL
% 5’ lik NaHCO3 ile yıkanır.
Tekrar ürün 15 mL su ile yıkanır.
5) Ürün 50 mL lik kuru bir erlene transfer edilir ve artık suyu absorbe edebilmek için
ortama 1-2 gram kalsiyum klorür eklenir.
6) Daha sonra ürün 50 mL lik temiz ve kuru bir balona boşaltılır ve distillenir. 48-52 0C
de kaynayan kısım darası alınmış bir kap içerisinde toplanır ve ürünün ağırlığı tartılır.
GÜVENLİK;
ALKİL HALOJENÜRLERİN DERİ İLE TEMASI VE SOLUNUM YOLU İLE İÇERİ ALINMASI ZARARLIDIR. HAZIRLARKEN
ÇEKER OCAK KULLANIN VE ELDİVEN TAKIN. MÜMKÜNSE DENEYİ ÇEKER OCAK ORTAMINDA YÜRÜTÜN.
SODYUM Bİ KARBONAT , GÖZLERİ TAHRİŞ EDEBİLİR.
SORULAR
1) Gerçek verimi gösterin ve teorik ve yüzde verimleri hesaplayınız ?
2) Gözlemlediğiniz gerçek kaynama noktası aralığını gösteriniz ?
3) Bu deneyde yan ürün olarak beklediğiniz ürün nedir ?
4) 2-klorobütan gibi Optik olarak aktif alkil halojenür, bir SN2 reaksiyonundan nasıl
etkilenir ?
SN2 REAKSİYONU : Alkil Bromürün Sentezi
Bu kısımda, bilinmeyen bir alkolden alkil bromür sentezlenecek ve alkolün ne olduğu
belirlenecek.
RCH2OH + NaBr + H2SO4  RCH2Br + H2O + NaHSO4
Alkollerin organik halojenürlere dönüşümü, pek çok reaksiyonun oluşumu yönünde
önemli bir adımdır. Bu deneyde, primer alkolü ilgili bromalkana dönüştürmek için güçlü bir
mineral asit ( sülfürik asit ) ile sodyum bromür karışımı kullanılacaktır. Buradaki asitin rolü,
alkolü protonlaştırarak daha iyi bir ayrılan grup üretmektir. Sodyum bromürün buradaki
kullanım amacı ise, bu SN2 reaksiyonunda protonlaşmış hidroksil grubu ile doğrudan yer
değiştirecek kadar Nükleofilik olan bromür iyonu oluştumaktır.
RCH2O+ H2 + Br -  RCH2Br + H2O
Nükleofilik Yerdeğiştirme süreci için bu geçiş durumu daha detaylı bir şekilde
incelendiğinde merkez karbona etkin olarak beş bağın bağlandığı görülmektedir. C-1’ e
başlangıçta bağlanmış üç grubun ikisi, çok küçük hidrojen atomları olduğu için bu karışık
durum primer alkol ile giderilebilir.
Deneyin amacı ;
Burada bromalkan ürünündeki R grubu karakterize edilecektir. Bu yüzden başlangıçta
alkol grubunda bulunan R grubunun kaynama noktası belirlenecek ve onun H NMR ( nükleer
manyetik rezonans ) spektrumu yorumlanacaktır.
Deneyin yapılışı ;
1) Tabanı yuvarlak 200 mL lik bir balona 17 gram NaBr, 15 mL su ve 15 mL bilinmeyen
alkol ekleyin ve bir buz banyosu içerisinde bu karışımı soğutunuz.
2) Bu karışıma her seferinde 2-3 mL kadar derişik H2SO4 eklenir ve karışım soğutulur.
Bu işlem toplam 18 mL derişik H2SO4 eklenene kadar yinelenir. Burada HBr gazının
oluşumu gözlenecektir.
3) Balona bir kaynama taşı ekleyin ve 30 dakika refluks ( kaynatın).
4) Soğuk bir su banyosunda reaksiyon karışımını soğutun.
5) Distilasyon balonundaki iki tabakayı distile edin ve gözlemleyin. Distilasyon
balonunda hiç organik tabaka (faz ) kalmayıncaya kadar distilasyon işlemini
100 -
115 0C de sürdürün. Distilasyon bittikten sonra distilatı ( üst ürün ) bir ayırma
hunisinin içerisine alın, 30 mL su ekleyin, karıştırın ve tabakaların ayrılmasını
bekleyin. Alt organik tabakayı alın ve üst su fazını atın ( organik bromür, sudan daha
yoğundur).
6) Ham ürününüzü 50 mL lik bir balona aktarın ve CaCI2 ile kurutunuz.
7) Daha sonra altı yuvarlak 50 mL lik balona boşaltın, kaynama taşı ekleyin ve damıtın
(distillemek).
8) Ürününüzün kaynama noktasını belirleyin ve elde ettiğiniz verilerden yararlanarak
bilinmeyen alkolün ne olduğunu bulunuz . ürününüzün NMR spektrumunu çekip
belirlemenizi kanıtlayınız.
GÜVENLİK ,
DERİŞİK SÜLFÜRİK ASİT, AŞINDIRICI VE ZEHİRLİ BİR MADDEDİR. BU SEBEBTEN DOLAYIN, SOLUNULMAMASI VE
TEMAS EDİLMEMESİ GEREKİR.
SODYUM BROMÜR, DERİYİ, GÖZLERİ VE SOLUNUM SESLERİNİ TAHRİŞ EDİCİDİR. UZUN SÜRELİ BROMÜRE
MARUZ KALMAK , DERİDE DÖKÜNTÜLERE SEBEP OLABİLİR.
SORULAR ;
1) Alkolün, gözlemlenmiş gerçek kaynama noktasını bulun?
2) Bromalkanın sentezi için denkleştirilmiş genel bir eşitlik yazınız?
3) Gerçek verimi bulun ve teorik ve yüzde verimi hesaplayınız ?
4) Uygun bir kloralkan üretebilmek için bu deneydeki reaksiyon koşulları nasıl
değiştirilmelidir?