AYT KİMYA · ÜNİTE 30 · ALDEHİTLER VE KETONLAR

• • Çift bağla birbirine bağlanmış karbon ve oksijen elementlerinden oluşan, oksijenin üzerinde iki tane eşleşmemiş elektron bulunan gruba “karbonil grubu” denir. Bu grupta karbon atomu sp² hibritleşmesi yapmıştır (bağ açıları 120°, karbonda δ+, oksijende δ–).
• • Karbonil grubuna bir tane alkil grubu bağlanması ile oluşan gruba “açil grubu” denir. Karbonil ve açil grubuna farklı gruplar bağlanarak aşağıdaki bileşikler elde edilebilir.

Son iki sınıf 31. ünitenin konusu; burada yalnız karbonil grubunun ne kadar geniş bir ailenin kökü olduğunu göstermek için veriliyor.

Ortada sabit duran bir karbonil grubu var: C=O, karbonda δ+, oksijende δ– işaretli, iki bağ arasındaki 120° yayı çizili ve sp² etiketi asılı. Düğmelerle karbonilin iki boş bağına ne bağlandığını değiştiriyorsun ve molekül anında dört sınıftan birine dönüşüyor: H + R → aldehit, R + R → keton, OH + R → karboksilik asit, OR + R → ester. Bağlanan grup yerine otururken canvas “açil grubu” kısmını (karbonil + bir alkil) ayrı bir renkle çerçeveliyor, böylece açil ile karbonilin farkı görünüyor. Alt satır her seferinde genel formülü yazıyor; aldehit ve ketonun aynı genel formülü (CₙH₂ₙO) paylaştığı yan yana geldiğinde fark ediliyor.

• • Karbonil grubuna bir tane hidrojen atomu ve radikal grubun bağlanması ile oluşan bileşiklere aldehit (R–CHO) denir (R = H, CH₃, C₂H₅, C₃H₇…).
• • Aldehitlerin genel formülü CₙH₂ₙO şeklindedir.
• • Aldehitlerin kendilerine has kokuları vardır (badem, tarçın, vanilya…).
• • Homolog sıra oluştururlar. Aldehitlerin en basit üyesi bir karbonludur.
• • Aldehitler düz zincirli olabilecekleri gibi halkalı ve aromatik yapıda da olabilir.
• • Aldehitler polar yapıdadır. Suda iyi çözünür.
• • Karbonil bileşikleri hidrojen bağı içermez. Kendi molekülleri arasında hidrojen bağı oluşturmadıkları hâlde suyla hidrojen bağı oluşturabilir.
• • Doymamış bileşiklerdir, π (pi) bağı içerir.
• • Molekül kütleleri arttıkça sudaki çözünürlükleri azalır.
• • Aynı dış basınçta aynı karbon sayılı alkollerden daha düşük sıcaklıkta kaynar.

• • IUPAC’a göre karbonil grubunun bulunduğu en uzun karbon zinciri belirlenir. Karbonil grubunun bulunduğu karbon atomunun numarası 1 olacak şekilde karbon atomları numaralandırılır. Bağlı gruplar, yerleri belirtilerek alfabetik öncelik sayıları dikkate alınarak okunur. En uzun karbon zincirine karşılık gelen alkanın adının sonuna aldehitlerde -al eki getirilir. Örnek: 2,3-Dimetil bütanal.
• • Adlandırma yapılırken zincirdeki karbonil grubunun alkol ve alkillere karşı önceliği vardır.
• • Halkalı ve aromatik karbonil bileşikleri de benzer şekilde adlandırılır (benzaldehit = fenil metanal).

Kaydırak zincirin karbon sayısını değiştiriyor, düğmeler bağlı grup ekliyor. Canvas her seferinde karbonil grubunu uca yerleştirip o karbonu 1 numara yapıyor — numaralar oradan başlıyor, çünkü kural bu: karbonil grubunun bulunduğu karbon atomunun numarası 1 olacak şekilde numaralandırılır. Ters yönden sayma denemesi kırmızıyla gösterilip iptal ediliyor: karbonil zaten uçta olduğu için tek bir doğru yön var. Alt satır adı parça parça kuruyor: bağlı grubun numarası + adı, sonra alkanın adı, sonra -al eki. Bir kutucuk “karbonilin önceliği” kuralını gösteriyor: molekülde hem –OH hem karbonil varken numaralamayı karbonil belirliyor, adı da 2-hidroksi… propanal oluyor — alkolün adı ek olarak öne yazılıyor ama zincirin eki -al kalıyor.

İki sahne var. Kaynama noktası sahnesinde aynı karbon sayılı alkol ile aldehit yan yana duruyor; alkolün molekülleri arasında kesikli hidrojen bağları çiziliyor, aldehitin molekülleri arasında hiç çizilmiyor (karbonil bileşikleri hidrojen bağı içermez) ve çubuklar aldehit daha düşük sonucunu veriyor. Suda çözünme sahnesinde ise aldehitin oksijenine suyun hidrojenleri uzanıyor ve hidrojen bağı kuruluyor — çünkü şu geçerli: kendi molekülleri arasında hidrojen bağı oluşturmadıkları hâlde suyla hidrojen bağı oluşturabilir. Kaydırak molekül kütlesini büyüttükçe suda çözünen tanecik sayısı azalıyor: molekül kütleleri arttıkça sudaki çözünürlükleri azalır. Çubuklar şematiktir.

• • Aldehitlerde karbonil grubuna bağlı bir hidrojen bulunduğundan yükseltgenebilir. R–CHO + ½O₂ —KMnO₄→ R–COOH (karboksilik asit).
• • Aldehitlerin ilk üyesi olan formaldehit (HCHO) iki kez yükseltgenerek karbonik aside (H₂CO₃) dönüşür.
• • KMnO₄ ve K₂Cr₂O₇ yaygın kullanılan yükseltgen maddelerdir.
• • Aldehitler, bazik ortamda Fehling ve Tollens ayıraçları (çözeltileri) ile yükseltgenip karboksilik asit oluşturabilir.
• • Tollens ayıracı: amonyaklı gümüş nitrat çözeltisidir. CH₃CHO + 2Ag⁺ + 2OH⁻ → CH₃COOH + 2Ag(k) + H₂O — gümüş aynası.
• • Fehling ayıracı: Bakır(II) sülfat (CuSO₄) ve sodyum potasyum tartarat (NaKC₄H₄O₆) içeren çözeltiye NaOH eklenmesi ile elde edilen çözeltidir. CH₃CHO + 2Cu²⁺ + 4OH⁻ → CH₃COOH + Cu₂O + 2H₂O — kızıl kahve.
• • Aldehitler indirgenebilir. İndirgenme tepkimesi gerçekleşirken karbonil grubuna hidrojen katılır. Aldehitler indirgenerek primer alkol oluşturur. CH₃CHO + H₂ —NaBH₄→ CH₃CH₂OH.
• • LiAlH₄ ve NaBH₄ yaygın kullanılan indirgen maddelerdir. [O] gösterimi yükseltgenme, [H] gösterimi indirgenme tepkimelerine aittir.

Tollens denklemi dökümde ürün tarafında +3NH gibi kopuk bir parça taşıyor; aynı satırın okunabilen kısmı (girenler, gümüş aynası ve karboksilik asit) ile atom ve yük denkliğinden yukarıdaki biçimde kurulmuştur. Fehling denklemi dökümde okunaklıdır ve birebir alınmıştır.

Ortada bir karbonil bileşiği duruyor; üstteki düğmeyle aldehit ya da keton seçiyorsun, alttaki düğmeyle yükseltgen [O] ya da indirgen [H] uyguluyorsun. Dört durumun dördü de farklı sonuç veriyor ve canvas her birinde karbonil karbonuna bağlı hidrojen olup olmadığını önce büyütüp gösteriyor: 1) Aldehit + [O] → o hidrojenin yerine –OH geçiyor, ürün karboksilik asit. 2) Aldehit + [H] → ikili bağ açılıyor, ürün primer alkol. 3) Keton + [H] → yine ikili bağ açılıyor ama iki yanda da alkil olduğu için ürün sekonder alkol. 4) Keton + [O] → yükseltgen molekülün üstüne gelip hiçbir şey yapamıyor, kırmızı çarpı çıkıyor ve alt satır sebebi yazıyor: ketonlarda karbonil karbonuna bağlı hidrojen bulunmadığından özel koşullar sağlanmadığı sürece yükseltgenemez. Bu tek fark, sınavda aldehit-keton ayrımının en çok sorulan yeri.

İki deney tüpü yan yana. Sol tüpte Tollens ayıracı (amonyaklı gümüş nitrat çözeltisi), sağ tüpte Fehling ayıracı (CuSO₄ + sodyum potasyum tartarat + NaOH). Düğmeyle tüplere ne ekleyeceğini seçiyorsun. Asetaldehit eklediğinde sol tüpün iç yüzeyi yavaş yavaş gümüş rengine dönüyor — işte gümüş aynası bu — ve sağ tüpün dibinde kızıl kahve Cu₂O çökeleği birikiyor. Aseton eklediğinde iki tüpte de hiçbir şey olmuyor ve altta DİKKAT uyarısı beliriyor: ketonlar Fehling ve Tollens çözeltilerine etki etmezler. Üçüncü düğme 26. üniteyle bağ kuruyor: asetilen eklendiğinde de çökelek oluşuyor ama bu kez ürün metal asetilenür tuzu; yani bu iki ayıraç yalnız aldehiti değil, uç alkinleri de yakalıyor. Denklemler tüplerin altında canlı yazılıyor.

• • Karbonil grubuna iki tane radikal grubun bağlanmasıyla oluşan bileşiklere keton (R₁COR₂) denir (R₁ ve R₂ = CH₃, C₂H₅, C₃H₇…).
• • R₁ ve R₂ alkilleri; aynı ise simetrik (basit) keton (CH₃COCH₃), farklı ise asimetrik (karışık) keton (CH₃COC₂H₅) olarak sınıflandırılır.
• • Ketonların genel formülü CₙH₂ₙO şeklindedir. Ketonların kendilerine has kokuları vardır. Homolog sıra oluşturur.
• • Ketonlar, düz zincirli olabilecekleri gibi halkalı ve aromatik yapıda da olabilir.
• • Ketonların en basit üyesi üç karbonludur.
• • Ketonlar polar yapıdadır. Suda iyi çözünür. Karbonil bileşikleri hidrojen bağı içermez. Kendi molekülleri arasında hidrojen bağı oluşturmadıkları hâlde suyla hidrojen bağı oluşturur.
• • Doymamış bileşiklerdir, π (pi) bağı içerir. Molekül kütleleri arttıkça sudaki çözünürlükleri azalır.
• • Aynı dış basınçta aynı karbon sayılı alkollerden daha düşük sıcaklıkta kaynar.

Ders kitabı bu maddeyi “Ketonların en basiti üyesi üç karbonludur” biçiminde dizmiş; sayfada en basit üyesi olarak yazılmıştır.

• • Ketonların yaygın adlandırılmasında “Alkil + alkil + keton” veya “Dialkil + keton” kalıpları kullanılabilir. (CH₃COC₂H₅ etil metil keton, CH₃COCH₃ dimetil keton.)
• • Bu bileşiklerin özel isimleri de olabilir: CH₃COCH₃ aseton (propanon, dimetil keton).
• • Adlandırma yapılırken zincirdeki karbonil grubunun alkol ve alkillere karşı önceliği vardır.
• • Aldehitler ile aynı karbon sayılı ketonlar birbirinin fonksiyonel grup izomeridir. Aldehitlerin ilk üyesi bir karbonlu, ketonların ilk üyesi üç karbonlu olduğundan ilk iki aldehitin izomeri olan bir keton yoktur. Her ketonun aldehit olan bir izomeri vardır. C₄H₈O: bütanal ↔ bütanon.
• • Halkalı ve aromatik karbonil bileşikleri de benzer şekilde adlandırılır (siklohekzanon).

Ketonların IUPAC adları tabloda verilir (propanon, bütanon, 2-pentanon, 3-pentanon, 3-metil-2-pentanon, 5,5-dimetil-3-hekzanon) ama kuralı ayrı bir cümleyle yazmıyor. Bu adların hepsi tek kuralı izliyor: alkanın adının sonuna -on eki getirilir ve karbonilin bulunduğu karbonun numarası önüne yazılır. Sayfada bu kural, tablodaki adlardan çıkarıldığı belirtilerek kullanılmıştır.

Kaydırak karbon sayısını 1’den 5’e taşıyor; üstte o karbon sayısının ortak formülü (CH₂O, C₂H₄O, C₃H₆O, C₄H₈O, C₅H₁₀O) yazıyor. Solda aldehit, sağda aynı formüle sahip keton çiziliyor ve karbonil grubu her ikisinde de kırmızı halkayla işaretleniyor: solda zincirin ucunda, sağda içinde. n = 1 ve n = 2’de sağ taraf boş kalıyor ve kutu şunu yazıyor: “ilk iki aldehitin izomeri olan bir keton yoktur” — çünkü ketonda karbonilin iki yanında da alkil gerekir, bu da en az üç karbon ister. n = 3’ten itibaren iki taraf da dolu. Alt şerit tersini de söylüyor: her ketonun aldehit olan bir izomeri vardır, ama her aldehitin keton izomeri yoktur — ilişki tek yönlü.

Karbonilin iki yanındaki alkilleri ayrı ayrı seçiyorsun. Aynıysa canvas aralarına yeşil eşittir koyup SİMETRİK (BASİT) KETON diyor ve adı “dialkil + keton” kalıbıyla kuruyor (dimetil keton). Farklıysa turuncu eşit değil işareti çıkıyor, rozet ASİMETRİK (KARIŞIK) KETON oluyor ve ad “alkil + alkil + keton” kalıbına geçiyor (etil metil keton). Altta aynı molekülün IUPAC adı da yazılıyor, böylece “aseton = propanon = dimetil keton” üçlüsünün aynı maddeyi anlattığı görünüyor.

• • Ketonlarda karbonil karbonuna bağlı hidrojen bulunmadığından özel koşullar sağlanmadığı sürece yükseltgenemez.
• • Ketonlar indirgenebilir. İndirgenme tepkimesi gerçekleşirken karbonil grubuna hidrojen katılır. Ketonlar indirgenerek sekonder alkol oluşturur. CH₃–CO–CH₃ —[H]→ CH₃–CH(OH)–CH₃.
• • LiAlH₄ ve NaBH₄ yaygın kullanılan indirgen maddelerdir. [H] gösterimi indirgenme tepkimelerine aittir.

DİKKAT: Ketonlar Fehling ve Tollens çözeltilerine etki etmezler.

• • Ketonların ilk üyesidir.
• • Suyla çözelti oluşturan kendine has kokusu olan bir sıvıdır. Uçucudur.
• • Kanda eser miktarda, diyabet hastalarının idrarında fazlaca bulunur.
• • Oje, yağ, mum, kauçuk, plastik, vernik gibi maddeler için iyi bir çözücüdür.

Ölçüt seçiyorsun, canvas iki sınıfın karşılığını yan yana koyuyor ve altta bir rozet basıyor: “bu ölçütte AYNI” ya da “bu ölçütte FARKLI”. Genel formül, polarlık, kendi molekülleri arasında hidrojen bağı, suyla hidrojen bağı, doymamışlık, alkole göre kaynama noktası ve homolog sıra ölçütlerinde rozet AYNI çıkıyor — yani bu iki sınıf birbirine çok benziyor. Yalnız üç ölçütte FARKLI oluyor: karbonilin yeri (uçta ↔ içinde), karbonil karbonuna bağlı hidrojen (var ↔ yok) ve yükseltgenme (yükseltgenir ↔ yükseltgenemez). Bunları arka arkaya gezmek, sınavda hangi ölçütün ayırıcı olduğunu net gösteriyor: ayrım tek bir hidrojende düğümleniyor.

Altı karbonil bileşiği: formaldehit, asetaldehit, benzaldehit, sinnamaldehit, vanilin, aseton. Canvas her biri için yapıyı çiziyor — benzaldehitte benzen halkasının bir köşesinde –CHO, asetonda zincirin ortasında C=O — ve yanındaki kart hâlini, ayırt edici özelliğini ve kullanım alanını yazıyor. Alt şeritte “Tollens/Fehling ile çökelek verir mi?” rozeti duruyor: beş aldehitte evet, asetonda hayır. Formaldehit seçildiğinde ayrıca %40’lık çözeltisinin adı formalin olarak kutuya yazılıyor; benzaldehit seçildiğinde bademin yapısında bulunduğu, sinnamaldehitte tarçın, vanilinde vanilya etiketi çıkıyor.

Aldehit ile ketonun genel formülü aynı (CₙH₂ₙO), ikisi de polar, ikisi de suda iyi çözünür, ikisi de kendi molekülleri arasında hidrojen bağı kurmaz, ikisi de aynı karbon sayılı alkolden düşük sıcaklıkta kaynar. Bütün ayrım karbonil karbonunun üzerinde bir hidrojen olup olmadığında: aldehitte vardır, bu yüzden yükseltgenip karboksilik asit verir ve Tollens ile gümüş aynası, Fehling ile kızıl kahve çökelek oluşturur. Ketonda yoktur, bu yüzden özel koşullar sağlanmadığı sürece yükseltgenemez ve iki ayıraca da etki etmez. İndirgenmede ise ikisi de tepkime verir; fark ürünün sınıfında: aldehitten primer alkol, ketondan sekonder alkol çıkar.

• • Ayrım tek bir hidrojende. Aldehitte karbonil karbonunda hidrojen vardır (yükseltgenir, çökelek verir), ketonda yoktur (yükseltgenemez, etki etmez). Diğer bütün özellikleri neredeyse aynıdır.
• • İzomerlik ilişkisi tek yönlü. Her ketonun aldehit olan bir izomeri vardır ama ilk iki aldehitin (metanal ve etanal) keton izomeri yoktur; keton en az üç karbon ister.
• • “Hidrojen bağı içermez” ile “suda çözünür” çelişmez. Kendi molekülleri arasında hidrojen bağı kurmazlar (KN düşük), ama suyla kurabilirler (çözünürler).
• • İndirgenme ürünleri farklı. Aldehitten primer alkol, ketondan sekonder alkol çıkar; ikisi de indirgenir, ürünün sınıfı değişir.