Eterler

Süheyla cumartesileri teyzesi Ruhsar'ın kuaför salonunda kasaya bakıyordu. Akşamüstü tezgâhı toplarken bitmiş bir saç spreyinin içerik satırında itici gaz olarak «dimetil eter» yazdığını gördü ve telefonundaki kimya notunu açtı: C₂H₆O. Aynı satırın bir üstünde etanol duruyordu, formülü harfi harfine aynıydı. «Teyze, bu kutudaki gaz kolonyadaki alkolün ta kendisi,» dedi. «Atomlar aynı olduğuna göre kaynadığı sıcaklık da aynıdır; basınçla sıkıştırmasalar kolonya gibi şişede sıvı dururdu.» Ruhsar boş kutuyu alıp lavabonun üstünde ağızlığına bastı. Kutudan yalnız uzun bir tıslama çıktı, lavabonun beyaz yüzeyinde tek bir ıslak iz kalmadı ve kutu Süheyla'nın elinde soğudu. Ardından Ruhsar onun avucuna biraz kolonya döktü. Kolonya parmak aralarından tezgâha damlayacak kadar uzun süre sıvı kaldı.

• Eter fonksiyonel grubunu tanır, bir eteri hem yaygın adıyla hem alkoksi kuralıyla adlandırırsın.
• CₙH₂ₙ₊₂O genel formülünü alkollerle paylaşan eterlerin fonksiyonel grup izomerliğini açıklarsın.
• Eterlerin kaynama noktasını ve sudaki çözünmesini moleküller arası etkileşimlerle gerekçelendirirsin.
• Sodyumla hidrojen çıkışı ve yanma denklemi üzerinden eter–alkol karışımlarında madde miktarı hesaplarsın.

Oksijen iki karbonun arasında

Bir su molekülünde oksijen iki hidrojene bağlıdır. Hidrojenlerden yalnız biri alkil grubuyla değişince «Alkoller» dersinin ailesi ortaya çıkıyordu. İkinci hidrojen de bir alkil grubuna yer bıraktığında elde edilen bileşik bir eterdir. Genel gösterim R–O–R′ biçimindedir: oksijen iki karbon atomuna tekli bağla tutunur ve üzerinde hiç hidrojen kalmaz. Bu C–O–C dizilişi, yani oksijen köprüsü, eterlerin fonksiyonel grubudur.

Oksijenin iki bağ çifti ve iki ortaklanmamış elektron çifti vardır; «Molekül geometrisi» dersindeki su molekülü gibi eter de oksijen çevresinde açısal (kırık) bir şekil alır. C–O bağı polar olduğu ve iki bağ dipolü birbirini götürmediği için eter molekülü az da olsa polardır.

Oksijenin iki yanındaki gruplar aynıysa (R = R′) eter simetrik, farklıysa asimetrik (karışık) eter adını alır. CH₃–O–CH₃ ile C₂H₅–O–C₂H₅ simetrik, CH₃–O–C₂H₅ asimetrik bir eterdir.

Alkollerle ortak formül

Bir eterin atomlarını saymak için oksijeni bir alkanın iki karbonu arasına yerleştirilmiş gibi düşünmek yeter. Oksijen zincire hidrojen eklemez, eksiltmez de; alkanın CₙH₂ₙ₊₂ formülüne yalnız bir O katılır ve eterlerin genel formülü CₙH₂ₙ₊₂O olur. Oksijenin iki yanında birer karbon bulunması gerektiğinden en küçük eter iki karbonludur (n ≥ 2).

Bu formül tek başına doymuş, açık zincirli alkollerinkiyle aynıdır. Etanol CH₃–CH₂–OH ile dimetil eter CH₃–O–CH₃'ün ikisi de C₂H₆O formülünü taşır ve mol kütleleri 46 g/mol'dür. Bu iki maddenin, analiz sonucu aynı çıksa da ayrı maddeler olduğu «Kaba ve basit formül» dersinde not edilmişti; şimdi farkın adı konabilir. Kapalı formülü ortak, fonksiyonel grubu farklı bileşikler birbirinin fonksiyonel grup izomeridir. Alkanlardaki zincir izomerliğinde değişen iskeletin biçimiydi; burada molekülün hangi ailede yer aldığı değişir.

Üç karbonda sayı büyür. C₃H₈O formülüne iki alkol (1-propanol ve 2-propanol) ve tek bir eter (CH₃–O–CH₂–CH₃) uyar; toplam üç yapı. Dört karbonda eter sayısı üçe çıkar: oksijen 2 + 2 karbon arasında durabilir ya da 1 + 3 karbon arasında; üç karbonlu grup ise oksijene ucundan ya da ortasından bağlanabilir. İzomer türlerinin sistemli sayımı modülün «İzomeri» dersinde yapılacak.

İki adlandırma yolu

Yaygın adlandırmada oksijene bağlı iki alkil grubunun adı alfabetik sırayla yazılır ve sona «eter» getirilir. CH₃–O–C₂H₅ etil metil eter olur, çünkü e harfi m'den önce gelir. Simetrik eterlerde grup adı di- ön ekiyle bir kez söylenir: CH₃–O–CH₃ dimetil eter, C₂H₅–O–C₂H₅ dietil eterdir.

IUPAC adlandırmasında eter, bir alkanın üzerine takılmış bir dal gibi okunur. Oksijenin iki yanındaki gruplardan uzun olanı ana zinciri verir. Kısa grup oksijeniyle birlikte alkoksi grubu sayılır: metilden metoksi (CH₃O–), etilden etoksi (C₂H₅O–), propilden propoksi gelir. Ad, alkoksi grubu ile ana alkanın adı bitişik yazılarak kurulur:

Ana zincir üç ya da daha fazla karbonluysa alkoksi grubunun hangi karbona bağlandığı numarayla belirtilir; numaralama, alkanlarda olduğu gibi gruba en yakın uçtan başlar. Tablonun son iki satırı aynı C₄H₁₀O formülünü paylaşır, ama metoksi grubu birinde zincirin ucuna, ötekinde ortasına bağlıdır. Dört karbonlu eterlerin üçüncüsü etoksietandır.

Adlandırmada en sık hata, zinciri oksijenin içinden geçirerek saymaktır. CH₃CH₂–O–CH₂CH₃ yazısında beş atomluk bir sıra görülür, ama oksijen zincirin parçası değildir; ana zincir iki karbonludur.

Kaynama noktası: eksik kalan hidrojen bağı

Süheyla'nın tezgâhındaki iki madde aynı dokuz atomdan oluşur, yine de etanol yaklaşık 78 °C'de, dimetil eter yaklaşık −24 °C'de kaynar. Yüz dereceyi aşan bu fark moleküller arası kuvvetlerden gelir. «Hidrojen bağı» dersinin şartı oksijene doğrudan bağlı bir hidrojen ister ve etanol bu hidrojeni taşır. Dimetil eterde altı hidrojenin altısı da karbona tutunmuştur; komşu iki eter molekülü arasında hidrojen bağı kurulamaz, onları bir arada tutan yalnız zayıf dipol–dipol etkileşimleri ile London kuvvetleridir. Saç spreyindeki dimetil eter bu yüzden kutu basınçla sıkıştırılmadıkça oda sıcaklığında gazdır; kolonyadaki etanol ise sıvı kalır.

Alkanlarla karşılaştırma ise daha küçük bir fark gösterir. «Alkanlar» dersinin tablosundaki propanın kütlesi dimetil eterinkine çok yakındır, ama propan daha da düşük sıcaklıkta kaynar; eter oksijeninin getirdiği polarlık küçük moleküllerde hissedilir. Zincir uzadıkça London kuvvetleri ağır basar ve bu fark kapanır. Aynı mol kütleli alkol ile eter karşılaştırıldığında ise hidrojen bağı terazinin kefesini her seferinde alkolden yana bastırır: C₄H₁₀O formüllü dietil eter de izomeri 1-bütanolden çok daha düşük sıcaklıkta kaynar.

Suyla ilişki

Eter oksijeni kendi molekülleri arasında hidrojen bağı kuramasa da ortaklanmamış elektron çiftleri yerinde durur. Su molekülünün hidrojeni bu çiftlerden birine yönelir ve su ile eter arasında hidrojen bağı oluşur. Küçük eterlerin suda bir ölçüde çözünmesi bundandır. Karbon sayısı arttıkça suyla etkileşmeyen hidrokarbon bölümü ağırlık kazanır ve çözünürlük azalır: dietil eter suda ancak sınırlı ölçüde çözünür ve sudan hafif olduğu için ayrı bir üst tabaka oluşturur. Apolar maddeleri iyi çözdüğü için dietil eter laboratuvarda yağ gibi maddeleri sulu karışımlardan çekip ayırmakta çözücü olarak kullanılır.

Sodyumla ayırt etme

Fonksiyonel grup izomerlerini ayırmanın en kısa yolu oksijene bağlı hidrojenin olup olmadığını sınamaktır. «Alkoller» dersinde sodyumun alkolün O–H hidrojeniyle yer değiştirip hidrojen gazı çıkardığını, iki mol alkolden bir mol H₂ oluştuğunu gördük. Eterde sodyumun yerini alabileceği böyle bir hidrojen yoktur; sodyum parçası eterin içinde gaz kabarcığı oluşturmadan durur. Etanol ile dimetil eterin karışımına aşırı sodyum eklendiğinde ölçülen H₂'nin tamamı etanolden gelir; gazın molünün iki katı, karışımdaki alkolün molünü verir, geri kalanı eterdir. Eterler asitlere, bazlara ve hafif yükseltgenlere karşı da isteksizdir; çözücü olarak sevilmelerinin bir nedeni bu tepkimesizliktir.

Yanma ve güvenlik

Eterler de öteki organik bileşikler gibi yanar; tam yanmada karbon CO₂'ye, hidrojen suya dönüşür. Karbon sayısı n olan bir eterin her molekülü n tane karbon dioksit ve 2n + 2 hidrojeniyle n + 1 tane su molekülü kurar. Ürün tarafında toplam 3n + 1 oksijen atomu vardır; bunlardan biri eterin kendi oksijeni olduğundan dışarıdan 3n atom, yani 3n/2 mol O₂ gelmelidir:

2CₙH₂ₙ₊₂O + 3nO₂ → 2nCO₂ + (2n + 2)H₂O

Kesirden kaçınmak için denklem ikiyle genişletilmiştir; bir mol eter başına 3n/2 mol oksijen düşer.

Dietil eter için bu, bir mol eterin altı mol oksijenle dört mol CO₂ ve beş mol su vermesi demektir. Formül alkollerle ortak olduğundan aynı formüllü bir alkol ile eter, eşit molleri yandığında eşit miktarda oksijen harcar ve aynı ürünleri verir; yanma bu iki maddeyi birbirinden ayırmaz.

Küçük eterler kolay buharlaşır ve çok yanıcıdır. Dietil eterin buharı havadan ağırdır, yere yakın yayılıp uzaktaki bir alev kaynağına kadar ulaşabilir; bu yüzden laboratuvarda çeker ocakta, açık alevden uzakta kullanılır. Dietil eter geçmişte cerrahide genel anestezik olarak da kullanılmış, yanıcılığı ve yan etkileri yüzünden zamanla yerini başka maddelere bırakmıştır.

Alkolden etere

«Alkoller» dersinde derişik sülfürik asitle ısıtılan etanolün iki yoldan su kaybettiğini gördük. Ilımlı ısıtmada bir molekülün –OH grubu, komşu molekülün hidroksil hidrojeniyle birleşip su olarak kopar; geride kalan iki etil grubu oksijen üzerinden bağlanır. Bu moleküller arası dehidrasyonun (su çekmenin) ürünü dietil eterdir. Miktar hesabında her eter molekülü için iki alkol molekülü harcanır ve bir su molekülü açığa çıkar. Isı daha da artırılınca suyu oluşturan atomlar aynı molekülden kopar ve ürün eter yerine alken olur. İki farklı alkolün karışımı ısıtılırsa her molekül hem kendi türüyle hem öbür türle birleşebilir; ürün iki simetrik ve bir asimetrik eterden oluşan bir karışımdır.

Oksijen ikili bağa geçince

Eterde oksijen iki karbon arasında tekli bağlarla duruyordu ve molekülü tepkimeye isteksiz kılan da bu yerleşimdi. Oksijen tek bir karbona ikili bağla bağlandığında tablo değişir: ortaya karbonil grubu çıkar. «Aldehitler ve ketonlar» dersi, bu grubun zincirin ucunda ya da ortasında durmasının iki ayrı bileşik ailesini nasıl ayırdığını ele alıyor.

Örnek 1 — Oksijenin iki yanı

Soru: CH₃–CH₂–O–CH(CH₃)–CH₃ yapısındaki eterin IUPAC adı hangisidir?

• A) 1-etoksipropan
• B) 2-propoksietan
• C) 2-etoksipropan
• D) etil propil eter
• E) 2-metoksibütan

Çözüm: Oksijenin solunda iki karbonlu etil, sağında ortasından bağlanmış üç karbonlu bir grup vardır. Uzun grup ana zinciri, propanı verir; kısa grup oksijenle birlikte etoksi olur. Etoksi propanın ortadaki karbonuna bağlıdır ve zincir hangi uçtan sayılırsa sayılsın bu karbon 2 numarayı alır: 2-etoksipropan. A, grubu zincirin ucuna yerleştirmiştir. B, ana zinciri kısa gruptan seçmiştir. D, yaygın adlandırmanın, üstelik düz zincirli başka bir izomere ait biçimidir; bu molekülün yaygın adı etil izopropil eterdir. E ise oksijeni zincirin bir halkası sayıp beş atomluk sırayı karbon zinciri gibi okumuştur. Cevap: C.

Örnek 2 — Gazı yalnız alkol verir

Soru: Toplam 0,3 mol gelen bir etanol–dimetil eter karışımına aşırı miktarda sodyum ekleniyor; toplanan H₂ gazının hacmi normal koşullarda ölçülünce 2,24 L çıkıyor. Karışımdaki dimetil eter kaç gramdır? (C₂H₆O için mol kütlesi 46 g/mol; gazın molar hacmini normal koşullar için 22,4 litre sayınız.)

• A) 4,6 g eter
• B) 9,2 g eter
• C) 2,3 g eter
• D) 13,8 g eter
• E) 6,9 g eter

Çözüm: 2,24 L hidrojen 0,1 moldür. Eter sodyumla tepkime vermediğinden gazın tamamı etanolden gelir ve iki mol alkol bir mol H₂ verdiği için etanol 0,2 moldür. Geriye kalan 0,1 mol dimetil eter 4,6 g eder. B, alkolle hidrojeni bire bir eşleyip eteri 0,2 mol bulmuştur; aynı sayı doğru hesapta etanolün kütlesidir. C, hidrojenin molünü eterin molü sanmıştır, D karışımın tamamını tartmıştır, E ise karışımı iki eşit parçaya bölmüştür. Cevap: A.

Örnek 3 — Kütleden formüle, formülden yapılara

Soru: Bir eterin 3,7 g'ı tamamen yakıldığında 0,2 mol CO₂ oluşuyor. Aynı kapalı formülü taşıyan kaç eter yapısı yazılabilir? (Atom kütleleri hidrojen için 1, karbon için 12, oksijen için 16'dır.)

• A) eter sayısı: 7
• B) eter sayısı: 3
• C) eter sayısı: 4
• D) eter sayısı: 2
• E) eter sayısı: 1

Çözüm: Formül CₙH₂ₙ₊₂O olduğundan mol kütlesi 12n + 2n + 2 + 16 = 14n + 18 olur. Eterin molü 3,7/(14n + 18), her molü n mol CO₂ verdiğine göre 3,7n/(14n + 18) = 0,2 eşitliği kurulur; buradan 3,7n = 2,8n + 3,6 ve n = 4 bulunur. Eter C₄H₁₀O'dur (74 g/mol, 3,7 g 0,05 mol eder). Bu formülde oksijen iki etil arasında durabilir (etoksietan) ya da bir metil ile üç karbonlu grup arasında; üç karbonlu grup oksijene ucundan (1-metoksipropan) veya ortasından (2-metoksipropan) bağlanabilir. A, aynı formüle uyan dört alkolü de saymıştır; C yalnız o alkolleri saymıştır. D, propil grubunun ortasından bağlanma olasılığını atlamış, E ise yalnız simetrik eteri görmüştür. Cevap: B.

Örnek 4 — Üç maddeyi sıraya koymak

Soru: Propan, dimetil eter ve etanolün kaynama noktalarına göre büyükten küçüğe sıralanışı hangisidir?

• A) dimetil eter > etanol > propan
• B) etanol > propan > dimetil eter
• C) propan > dimetil eter > etanol
• D) etanol > dimetil eter > propan
• E) dimetil eter > propan > etanol

Çözüm: Üç maddenin mol kütleleri birbirine yakındır (44 ve 46 g/mol), bu yüzden belirleyici olan etkileşimin türüdür. Etanol molekülleri hidrojen bağı kurar ve en yüksekte kaynar. Dimetil eter hidrojen bağı kuramaz ama polardır; London kuvvetlerine dipol–dipol etkileşimi eklenir. Apolar propanın elinde yalnız London kuvvetleri kalır. B eterin polarlığını, A ve E hidrojen bağını görmezden gelmiş; C sırayı baştan sona ters kurmuştur. Cevap: D.

• Aynı formülü aynı özellik sanmak. Etanol ve dimetil eter C₂H₆O formülünü paylaşır; biri oda sıcaklığında sıvı, öteki gazdır. Kapalı formül fonksiyonel grubu söylemez.
• Eter moleküllerine hidrojen bağı yazmak. Eterdeki hidrojenlerin hepsi karbona bağlıdır; eter molekülleri arasında hidrojen bağı yoktur. Su ile eter arasında ise kurulur, çünkü bu kez hidrojeni su verir.
• Oksijeni zincire katarak saymak. C–C–O–C–C sırası beş karbonlu bir zincir değildir; ana zincir oksijenin bir yanındaki karbonlardan kurulur ve kısa yan alkoksi grubu olur.
• Yaygın adda grupları sırasız yazmak. Gruplar alfabetik dizilir: «etil metil eter» doğrudur; simetrik eterde grup adı di- ile bir kez söylenir.
• Sodyum testinde mol oranını unutmak. İki mol alkol bir mol H₂ verir; hidrojen molünü alkol molüne eşitlemek alkol miktarını yarıya indirir.
• Yanmada alkan katsayısını taşımak. Eter bir oksijeni kendisi getirir; alkanlara ait (3n + 1)/2 katsayısı burada mol başına yarım mol fazla oksijen yazdırır, doğrusu 3n/2'dir.