Министерство образования Российской Федерации

Российский химико - технологический университет имени Д.И.Менделеева

Утверждаю:

Ректор РХТУ им Д.И.Менделеева П.Д.Саркисов

«_____» ______________2002 г

 

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
курса «ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
для студентов всех химико-технологических специальностей
 

Программа одобрена
Методической секцией
Ученого Совета РХТУ им.Д.И.Менделеева
«_____»_____________2002г.
Председатель Жилин В.Ф.

Москва 2002 г.


Программа составлена на кафедре органической химии  доцентами В.П. Горбуновой и В.Н Шкильковой под. ред. профессора В.Ф.Травеня

Пояснительная записка

Органическая химия - одна из фундаментальных естественнонаучных дисциплин, определяющих уровень высшего химико-технологического образования. Настоящая программа курса «Органическая химия» составлена в соответствии с новым учебным планом и в соответствии с современными требованиями, предъявляемыми к инженерам химикам-технологам высокой квалификации всех специальностей.

В программе принято изложение материала по классам органических соединений: углеводороды (алифатические и ароматические), соединения с одной, двумя и несколькими функциональными группами, гетероциклические, биоорганические соединения. В соответствии с таким подходом к изложению материала углубленное изучение отдельных тем «Теоретических основ» предусматривается в последующих разделах курса. В соответствующих разделах курса приводятся также сведения о высокомолекулярных соединениях.

Свойства органических соединений рассматриваются как на основе традиционных электронных представлений, так и в рамках теории молекулярных орбиталей. Систематически изучаются свойства элементоорганических соединений в связи с их возрастающей ролью в органическом синтезе и смежных областях. Подчеркиваются задачи органического синтеза в связи с проблемами охраны природы.

Органическая химия изучается на III, IV и V семестрах. Курс включает лекции, семинарские занятия и лабораторный практикум. В третьем семестре все студенты имеют 54 часа лекций и 36 часов практических занятий по схеме 5-0-5. В четвертом семестре студенты специальностей органического профиля имеют 36 часов лекций и 36 часов практических занятий по схеме 4-0-5. Студенты специальностей неорганического профиля имеют в четвертом семестре лекции, практические занятия и лабораторный практикум по схеме 4-4-5. В пятом семестре проводится лабораторный практикум для студентов специальностей органического профиля по схеме 0-6-2. Распределение лекционных, семинарских и лабораторных часов по отдельным разделам курса приводится ниже. Лабораторный практикум может быть включен в учебный план в качестве самостоятельного предмета (его программа и распределение часов по темам приводятся ниже).

С целью контроля знаний студентов предусмотрены рейтинговые контрольные работы (по три в каждом семестре), в конце третьего и четвертого семестров проводятся экзамены. Лабораторный практикум заканчивается зачетом.


Распределение учебных часов по разделам курса

Раздел

Наименование

Часы

лек. сем. лаб. сам.

Осенний семестр

1

Введение. Природа ковалентной связи. Классификация органических соединений и реакций. Кислоты и основания в органической химии. 11 9  

 

2

Алканы 4 2  

 

3

Оптическая изомерия 3 2  

 

4

Циклоалканы 2 2  

 

5

Алкены 5 2  

 

6

Алкины 2 2    

7

Алкадиены и полиены 4 4  

 

8

Ароматические соединения 8 7  

 

9

Галогенопроизводные углеводородов 9 4  

 

10

Элементоорганические соединения. Комплексы переходных металлов 3    

 

  Сумма часов 51 34   85

Весенний семестр

11

Спирты. Фенолы. Простые эфиры. Эпоксисоединения      

 

12

Нитросоединения. Амины. Диазосоединения 9 4  

13

13

Альдегиды и кетоны      

 

14

Карбоновые кислоты и их производные      

 

15

Биоорганические соединения      

 

  Сумма часов 34 34   85
  Итоговая сумма часов 85 68   170

16

Лабораторный практикум: специальности органического профиля специальности неорганического профиля    

102
68

 

Содержание курса

Часть 1 (IIIсеместр)

 

I. Теоретические основы. Природа ковалентной связи. Классификация органических соединений и реакций. Кислоты и основания.

Определение органической химии как науки. Основные этапы развития органической химии. Теория химического строения. Изомерия органических соединений. Классификация органических соединений. Понятие о функциональных группах. Номенклатура органических соединений: тривиальная, рациональная, систематическая (ИЮПАК). Современные тенденции развития органической химии.

Электронное строение функциональных групп. Полярность ковалентной связи. Электронные эффекты; индуктивный эффект, эффект сопряжения. Резонанс. Основные положения теории МО. Метод молекулярных орбиталей Хюккеля (МОХ). Анализ результатов решения квантово-химической задачи для органической молекулы: энергии и коэффициенты МО, электронные плотности и заряды на атомах. Граничные орбитали. Потенциалы ионизации и сродство к электрону органических молекул. Пространственная структура и пространственная изомерия органических молекул. Гибридизация орбиталей и форма органических молекул. Принцип наименьшего отталкивания электронных пар валентной оболочки. Классификация органических реакций и реагентов. Классификация органических реакций: по типу превращения, по образующимся продуктам, по типу разрыва связей, по характеру активирования, по характеру реагента. Электрофильные и нуклеофильные реагенты. Одноэлектронные реакции органических соединений.

Кислоты и основания в органической химии. Теория Бренстеда. СН-, NH- и ОН- кислоты. Количественная оценка кислотности и основности. Факторы, влияющие на кислотность и основность органических соединений. Обобщенная концепция кислот и оснований Льюиса. Кислотно-основные реакции Льюиса и их продукты: донорно-акцепторные комплексы, ионные пары, карбанионы, карбкатионы, катион-радикалы и анион-радикалы.

Понятие о механизмах органических реакций и методах их установления. Кинетические и термодинамические параметры органических реакций. Кинетическое уравнение. Порядок и молекулярность реакции. Энергетическая диаграмма. Свободная энергия активации, переходное состояние, промежуточное соединение. Реакции одностадийные и многостадийные. Скорость определяющая (лимитирующая) стадия. Постулат Хэммонда. Влияние растворителя на скорость органической реакции, неспецифическая и специфическая сольватация. Катализ органических реакций: кислотный и основный; общий и специфический. Концепции реакционной способности органических соединений. Термодинамический и кинетический контроль. Зарядовый и орбитальный контроль. Концепция граничных орбиталей Фукуи.
2. Алканы.
Гомологический ряд. Изомерия и номенклатура. Природные источники алканов. Промышленные и лабораторные способы получения. Физические свойства. Пространственное строение. Поворотная изомерия алканов: конформеры. Электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Термические превращения алканов, гомолитический тип разрыва связей. Свободные радикалы, их строение, относительная стабильность, превращения в условиях термолиза. Реакции свободнорадикального замещения: галогенирование, нитрование, сульфохлорирование. Цепной и нецепной механизмы этих реакций. Полное и частичное окисление алканов. Ионные реакции алканов. Реакции сосверхсильными кислотами. Применение алканов.

3.Оптическая изомерия.

Понятие о симметрии молекул. Асимметрический центр. Хиральная молекула. Оптическая активность. Энантиомеры. Проекционные формулы Фишера. Рацемические формы. L- и R,S - номенклатуры. Правила старшинства заместителей. Оптическая активность соединений с несколькими хиральными центрами. Диастереомеры, эритро- и трео-изомеры. Мезоформы. Оптическая активность соединений, не имеющих асимметрического центра.

4. Циклоалканы.

Классификация и номенклатура. Природные источники и способы получения циклоалканов. Пространственное и электронное строение. Типы напряжений в циклах (угловое, торсионное, трансаннулярное). Относительная устойчивость и характеристика реакционной способности циклоалканов. Конформации циклогексана. Экваториальные и аксиальные связи. Пространственная изомерия замещенных циклоалканов. Химические свойства циклоалканов. Особенности реакций малых циклов. Представления о полициклических насыщенных углеводородах и полиэдранах. Применение циклоалканов.

5. Алкены.

Гомологический ряд. Изомерия и номенклатура. Получение. Физические свойства. Пространственное строение и пространственная изомерия алкенов. Цис-, транс-изомерия. Е,Z - Номенклатура. Электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Реакции электрофильного присоединения алкенов: присоединение галогеноводородов, воды, галогенов. Оксимеркурирование – демеркурирование, гидроборирование алкенов. Механизмы реакций AdE. Промежуточные частицы: открытые и циклические катионы. Региоселективность и стереохимия реакций электрофильного присоединения. Правило Марковникова и его теоретическое объяснение. Свободнорадикальное присоединение галогенов и бромоводорода (перекисный эффект Караша).

Реакции радикального замещения алкенов, протекающие с сохранением двойной связи: аллильное галогенирование. Окисление и озонолиз алкенов, получение эпокси-соединений, виц-диолов, альдегидов, кислот. Окисление алкенов в присутствии солей палладия.

Гидроформилирование алкенов, получение спиртов и альдегидов. Комплексообразование алкенов с переходными металлами: гомогенное и гетерогенное каталитическое гидрирование.

Реакции алкенов с карбенами и их аналогами. Получение и строение карбенов. Полимеризация алкенов (ионная, радикальная, координационная). Стереорегулярные полимеры. Применение алкенов.

6.Алкины.

Гомологический ряд. Изомерия и номенклатура. Способы получения. Пространственное и электронное строение. Физические свойства. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства алкинов. Реакции электрофильного присоединения галогеноводородов и галогенов: механизмы, ориентация и стереохимия. Реакции присоединения, катализируемые солями ртути (II) и меди (I): присоединение воды, карбоновых кислот, циановодорода. Гидроборирование алкинов, превращения винилборанов в альдегиды. Нуклеофильное присоединение к тройной связи. Гидрирование и восстановление алкинов. Получение цис- и транс-алкенов.

Кислотные свойства алкинов: СН-кислотность. Ацетилениды, получение, строение, свойства, применение в синтезе соединений, содержащих тройную связь. Димеризация, тримеризация, циклоолигомеоизация алкинов. Применение алкинов.

7.Алкадиены и полиены.

Классификация и номенклатура алкадиенов. Аллены. Пространственное и электронное строение. Общая характеристика химических свойств.

Сопряженные алкадиены. Способы получения. Физические свойства. Пространственное строение и пространственные изомеры; конформеры 1,3-бутадиена и геометрические изомеры 2,4-гексадиена. Электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Особенности реакций электрофильного и радикального присоединения: сопряженное присоединение (1,4-присоединение). Механизмы и соотношение 1,2- и 1,4-присоединения галогенов и галогеноводородов в условиях кинетического и термодинамического контроля.

Перициклические реакции. Электроциклические реакции. Реакции циклоприсоединения: димеризация алкенов, диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера). Условия протекания реакций. Механизмы и стереохимия. Правила Вудварда-Гофмана. Орбитальный контроль перициклических реакций. Применение сопряженных алкадиенов в промышленности. Понятие о натуральном и синтетическом каучуках.

Полиены. Природные сопряженные полиены.

8.Ароматические соединения.

Ароматический характер бензола. Особенности пространственного и электронного строения бензола. Понятие ароматичности. Ароматичность (4n + 2)-аннуленов: нейтральные молекулы и ионы. Комплексы аннуленов с переходными металлами. Полициклические ароматические соединения. Гетероароматические соединения.

Соединения бензольного ряда. Изомерия и номенклатура. Промышленные и лабораторные способы получения аренов. Физические свойства. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Реакции электрофильного замещения: галогенирование, нитрование, сульфирование, реакции Фриделя-Крафтса. Механизмы: понятие о p- и s-комплексах. Влияние заместителей в бензольном кольце на изомерный состав продуктов и скорость реакции. Резонансная стабилизация промежуточных s–комплексов. Орбитальный контроль реакций SEAr.

Алкилпроизводные бензола: толуол, ксилолы, этилбензол, кумол. Способы получения. Реакции электрофильного замещения в кольце и радикального замещения в боковой цепи. Реакции дегидрирования и окисления. Стирол и дивинилбензол.

Нафталин, фенантрен, антрацен. Промышленные способы получения. Физические
свойства. Пространственное и электронное строение. Ароматичность. Потенциалы ионизации и электронное сродство общая характеристика реакционной способности. Особенности реакций электрофильного замещения нафталина; реакционная способность, ориентация, орбитальный контроль. Роль полициклических ароматических углеводородов в промышленном органическом синтезе. Экологические проблемы ПАУ.

9. Галогенпроизводные углеводородов.

Галогенпроизводные алканов. Классификация и номенклатура. Способы получения. Физические свойства. Пространственное и электронное строение. Особенности связей углерод-галоген. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности.

Реакции нуклеофильного замещения галогенов. Бимолекулярный механизм нуклеофильного замещения (SN2). Влияние отдельных факторов на реакционную способность галогенпроизводных углеводородов: строение субстрата, характер уходящей группы, сила нуклеофильного реагента, природа растворителя. Стереохимия реакций SN2. Соотношение понятий «нуклеофильность» и «основность». Мономолекулярный механизм нуклеофильного замещения (SN1). Влияние отдельных факторов: природа растворителя, строение субстрата. Стереохимия реакций SN1. Аллил- и бензилгалогениды в реакциях SN1 и SN2.

Реакции элиминирования. Механизмы реакций элиминирования: регио- и стереоселективные реакции. Правила Зайцева и Гофмана. Конкуренция реакций замещения и элиминирования. Полигалогеналканы. Получение и применение метиленхлорида, хлороформа, дихлорэтана, четыреххлористого углерода.

Винилгалогениды. Способы получения. Особенности связи углерод-галоген. Реакционная способность в реакциях нуклеофильного замещения, элиминирования, электрофильного присоединения. Полимеризация. Применение.

Ароматические галогенпроизводные. Особенности связи углерод-галоген и реакции замещения галогена. Замещение галогена в активированных галогенаренах; механизм присоединения-отщепления. Неактивированные галогенпроизводные ароматических углеводородов; ариновый механизм замещения галогена (механизм отщепления-присоединения).

Фторзамещенные   углеводороды.Особенности связей C - F. Способы получения фторалканов и фторалкенов. Фторопласт (тефлон) и хладоны.

Применение галогенпроизводных в промышленном органическом синтезе. Проблемы охраны окружающей среды, связанные с галогенпроизводными (фреоны, полихлорированные арены и диоксины).

Часть 2 (IV семестр)

10. Элементоорганические соединения.

Типы связей в элементоорганических соединениях. Характеристика связей углерод-элемент в зависимости от положения элемента в Периодической системе элементов.

Металлоорганические соединения. Номенклатура. Способы получения литий- и магнийорганических соединений. Реакция Гриньяра, механизм. Строение реактивов Гриньяра. Их реакции с соединениями, содержащими активный атом водорода - с кислотами, спиртами, аминами, тиолами. Реакции с карбонильными соединениями (диоксид углерода, альдегиды, кетоны). Синтетическое значение этих реакций. Реакция Гриньяра с галогенидами различных элементов как метод получения элементорганических соединений. Применение литийорганических соединений в органическом синтезе.

Органические соединения натрия, меди и ртути. Получение. Общая характеристика химических свойств. Применение в органическом синтезе.

Комплексы переходных металлов. Общая характеристика переходных металлов и лигандов. Пространственное и электронное строение комплексов. Координационно насыщенные и координационно ненасыщенные комплексы. Типы превращений комплексов переходных металлов. Комплексообразование олефинов с переходными металлами. Механизмы реакций в присутствии солей переходных металлов. Их роль в катализе промышленно важных органических реакций и асимметрическом синтезе.

Борорганические соединения. Бораны. Номенклатура. Получение. Общая характеристика химических свойств.

Кремнийорганические соединения. Силаны и силоксаны. Номенклатура. Получение. Общая характеристика химических свойств. Применение в синтезе полимерных материалов.

Фосфорорганические соединения. Фосфины и фосфораны. Номенклатура. Получение. Общая характеристика химических свойств. Применение.

11. Спирты. Фенолы. Простые эфиры. Эпоксисоединения.

Одноатомные спирты. Классификация и номенклатура. Способы получения. Пространственное и электронное строение. Водородные связи в спиртах, влияние на физические свойства. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Кислотность спиртов: образование алкоголятов, их строение и свойства. Основность и нуклеофильность спиртов и алкоксид-ионов: реакции алкилирования. Получение сложных эфиров органических и неорганических кислот. Реакции нуклеофильного замещения спиртов: особенности реакций SN 1 и SN2, реакционная способность, стереохимия, перегруппировки. Реакции элиминирования. Внутримолекулярная дегидратация: механизм, реакционная способность, направление отщепления. Правило Зайцева. Каталитическая дегидратация. Реакции спиртов с галогенидами фосфора и серы: механизмы и стереохимия. Окисление и дегидрирование. Применение спиртов в промышленности. Спирты в биологии.

Многоатомные спирты. Гликоли. Глицерин. Полиэтиленгликоли. Способы получения. Физические и химические свойства. Практическое применение.

Ненасыщенные спирты. Особенности строения и свойства. Аллиловый, пропаргиловый, бензиловый спирты. Способы получения ненасыщенных спиртов и их производных. Применение в промышленном органическом синтезе.

Фенолы. Классификация и номенклатура. Способы получения. Физические свойства. Пространственное и электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Реакции гидроксильной группы. Кислотность фенолов. Влияние заместителей в кольце на кислотность. Образование фенолятов, их строение и свойства. Реакции алкилирования и ацилирования. Реакции ароматического ядра: галогенирование, нитрование, сульфирование, нитрозирование. Реакция Кольбе. Взаимодействие с формальдегидом. Гидрирование и окисление фенолов. Стабильные феноксильные радикалы. Фенольные стабилизаторы полимерных материалов. Перегруппировки аллиловых и сложных эфиров фенолов. Применение фенолов в промышленном органическом синтезе.

Простые эфиры. Классификация и номенклатура. Способы получения. Физические свойства. Пространственное и электронное строение. Химические свойства. Основность. Реакции расщепления: механизмы и направление реакций расщепления. Окисление кислородом воздуха. Применение в органическом синтезе.

Циклические эфиры. Краун-эфиры. Комплексообразование с ионами металлов. Применение в аналитической химии, органическом синтезе и технологии.

Эпоксисоединения. Изомерия: структурная и пространственная. Номенклатура. Способы получения. Физические свойства. Пространственное и электронное строение этиленоксида. Химические свойства. Реакции с раскрытием эпоксидного кольца. Механизмы реакций и направление раскрытия кольца. Применение эпоксисоединений в промышленном органическом синтезе.

12. Альдегиды и кетоны.

Классификация и номенклатура. Способы получения. Физические свойства. Пространственное и электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Основность. Реакции нуклеофильного присоединения: механизм, основный и кислотный катализ, стереохимия. Реакции присоединения О-нуклеофилов (вода, спирты, алкоголяты), S-нуклеофилов (гидросульфит натрия), С-нуклеофилов (циановодород, металлоорганические соединения - соединения Li, Na, Mg, реактивы Виттига). Получение аллиловых и пропаргиловых спиртов. Реакции с N-нуклеофилами: механизм нуклеофильного присоединения-отщепления (аммиак, первичные и вторичные амины, гидроксиламин, гидразины). Реакции с галогено-нуклеофилами. Относительная реакционная способность альдегидов и кетонов.

Реакции альдегидов и кетонов с участием a-водородных атомов. СН- кислотность и кето-енольная таутомерия. Енолизация. Реакции a-галогенирования. Альдольное присоединение, кротоновая конденсация. Механизмы реакций. Конденсация Кляйзена. Реакция Перкина, ее механизм. Реакции окисления альдегидов и кетонов. Реакция Канниццаро, ее механизм. Восстановление до спиртов и углеводородов; стереохимия. Реакции ароматических альдегидов и кетонов с участием ароматического ядра. Применение альдегидов и кетонов в промышленном органическом синтезе.

a,b- ненасыщенные альдегиды и кетоны. Номенклатура. Способы получения. Пространственное и электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство. Реакции присоединения электрофильных и нуклеофильных реагентов. 1,2- и 1,4-Присоединение (присоединение по Михаэлю). Механизм реакций 1,2- и 1,4-присоединения металлоорганических соединений. Каталитическое влияние солей меди. Окисление и восстановление.

Кетены. Номенклатура. Способы получения кетена. Строение. Физические и химические свойства кетена. Применение в органическом синтезе. Дикетен.

Хиноны. Классификация. Номенклатура. Строение 1,4-бензохинона. Химические свойства: восстановление, комплексы с переносом заряда, реакции присоединения электрофильных и нуклеофильных реагентов. 1,2- и 1,4-Присоединение. Применение хинонов.

13. Карбоновые кислоты и их производные.

Одноосновные карбоновые кислоты. Классификация и номенклатура. Способы получения. Пространственное и электронное строение. Водородные связи в карбоновых кислотах. Физические свойства. Химические свойства. ОН-кислотность. Зависимость между строением и кислотностью. Основность карбоновых кислот. Реакции карбоновых кислот с нуклеофильными реагентами (аммиак, спирты). Реакция этерификации, ее механизм. Образование галогенангидридов. Реакции карбоновых кислот с участием a-углеродных атомов: a-галогенирование. Восстановление карбоновых кислот. Реакции декарбоксилирования.

Функциональные производные карбоновых кислот: галогенангидриды (ацилгалогениды), ангидриды, сложные эфиры, амиды, нитрилы. Способы получения. Особенности пространственного и электронного строения. Важнейшие свойства. Реакции N-и О-ацилирования, их механизмы. Относительная реакционная способность функциональных производных карбоновых кислот. Кислотный и основный катализ. Реакции гидролиза. Восстановление. Практическое применение карбоновых кислот и их функциональных производных.

Высшие жирные кислоты. Способы получения. Физические и химические свойства. Функциональные производные высших жирных кислот. Высшие жирные кислоты в биологии. Простые липиды: жиры и масла. Воски. Сложные липиды. Простагландины, особенности молекулярной структуры.

Многоосновные карбоновые кислоты. Дикарбоновые кислоты жирного и ароматического ряда. Номенклатура. Способы получения. Физические и химические свойства. ОН- кислотность. Образование функциональных производных. Реакции, протекающие при нагревании. Циклические ангидриды: получение, свойства. Малоновый эфир. Получение. Строение. СН- кислотность. Натриймалоновый эфир: строение, реакции алкилирования, гидролиза, декарбоксилирования. Синтезы карбоновых кислот из малонового эфира. Реакции конденсации малонового эфира и малоновой кислоты с альдегидами. Получение a-аминокарбоновых кислот и b-аминокарбоновых кислот (реакция Родионова). Применение дикарбоновых кислот в промышленном органическом синтезе. a,b - ненасыщенные карбоновые кислоты и их функциональные производные. Пространственная изомерия. Способы получения. Химические свойства. Кислотность a,b - ненасыщенных карбоновых кислот. Реакции присоединения электрофильных и нуклеофильных реагентов. 1,2- и 1,4- Присоединение. Реакция Михаэля(сопряженное нуклеофильное присоединение). Гидрирование и восстановление. Окисление. Ненасыщенные дикарбоновые кислоты. Фумаровая и малеиновая кислоты способы их получения и важнейшие свойства.

Альдегидo- и кетокислоты. Классификация и номенклатура, a, b, g- альдегидо- и кетокислоты. Глиоксиловая, пировиноградная и ацетоуксусная кислоты, их свойства. Ацетоуксусный эфир. Способы получения, строение. Кето-енольная таутомерия. Реакции кетонной и енольной форм. Натрацетоуксусный эфир. Строение. Реакции С- и О- алкилирования, их механизмы. Реакции ацилирования. Синтезы кетонов и кислот с помощью ацетоуксусного эфира.

Галогензамещенные кислоты. Классификация и номенклатура. Способы получения a- и b-галогензамещенных кислот. Зависимость химических свойств от взаимного расположения галогена и карбоксильной группы; нуклеофильное замещение оптически активных a- галогензамещенных кислот: механизмы, стереохимический результат.

Гидроксикислоты: классификация и номенклатура. Способы получения. Особенностисвойств a-, b-, g-гидроксикислот. Лактоны.

Аминокислоты. Способы получения. Строение. Важнейшие физические и химические свойства. Амфотерный характер. Лактамы.

Гидрокси- и аминокислоты бензольного ряда. Получение, свойства и применение в промышленном органическом синтезе.

14. Сульфоновые кислоты.

Номенклатура. Способы получения. Химические свойства. Кислотность.Функциональные производные: получение и свойства. Сульфаниламиды, применение. Применение сульфоновых кислот в органическом синтезе.

15. Нитросоединения. Амины. Диазосоединения.

Нитросоединения. Классификация и номенклатура. Способы получения. Пространственное и электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Таутомерия первичных и вторичных алифатических нитросоединений. Причины подвижности атома водорода при a-углсродном атоме. СН- кислотность первичных и вторичных нитроалканов и жирноароматических нитросоединений. Реакции со щелочами. Строение солей. Реакция Анри. Ароматические нитросоединения. Реакции восстановления, их практическое значение. Применение нитросоединений в промышленности.

Амины. Классификация и номенклатура. Способы получения. Физические свойства. Пространственное и электронное строение. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Химические свойства. Строение и основность аминов. Реакции аминов с кислотами, строение солей, их номенклатура и свойства. Алкилирование и ацилирование аминов; механизмы этих реакций. Четвертичные аммониевые соли и основания: получение, строение, свойства; расщепление четвертичных аммониевых оснований, направление реакций. Правило Гофмана. N- оксиды: получение, реакции, элиминирование. Енамины: алкилирование енаминов, сопряженное присоединение енаминов к a, b-ненасыщенным карбонильным соединениям. Реакции аминов с азотистой кислотой. Особенности реакций электрофильного замещения в ароматических аминах нитрование, галогенирование, сульфирование). Применение аминов в промышленном органическом синтезе.

Диазосоединения. Получение диазосоединений реакцией диазотирования: условия проведения реакции и механизм; различия в устойчивости насыщенных  и ароматических диазосоединений. Физические свойства. Пространственное и электронное строение ароматических   диазосоединений в зависимости от рН среды, таутомерные превращения. Химические свойства. Реакции, протекающие с выделением азота: замещение диазониевой группы на гидрокси-, алкокси-группу, фтор, йод. Реакции радикального замещениядиазогруппы на хлор, бром, цианогруппу, водород. Реакции, протекающие без выделения азота: восстановление до арилгидразинов. Азосочетание. Получение и применение азосоединений.

16. Гетероциклические соединения.

Классификация. Особенности молекулярной структуры гетероциклическихароматических соединений.

Пятичленные гетероциклические соединения: фуран, пиррол, тиофен. Номенклатура. Способы получения. Пространственное и электронное строение, ароматичность. Потенциалы ионизации и электронное сродство; общая характеристика реакционной способности. Особенности реакций электрофильного замещения. Ацидофобность. Применение модифицированных электрофильных реагентов. Реакционная способность и ориентация. Орбитальный контроль. NH -кислотность пиррола. Важнейшие реакции пирролат-аниона. Пиррольный цикл- структурный фрагмент природных и биологически активных соединений.

Шестичленные и полиядерные гетероциклические соединения: пиридин, хинолин, акридин. Пиридин. Электронное строение и ароматичность. Основность и нуклеофильность. Реакции электрофильного и нуклеофильного замещения: реакционная способность и ориентация. Таутомерия 2- и 4-гидрокси- и аминопиридинов. Соединения с несколькими гетероатомами в цикле: диазолы, оксазолы, диазины и триазины. Общая характеристика химических свойств.

17. Биоорганические соединения.

Белки. Протеиногенные аминокислоты. Классификация. Стереоизомерия. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Пептиды. Пептидная связь. Классификация белков и их структура (первичная, вторичная, третичная и четвертичная). Синтез полипептидов.

Углеводы. Классификация и номенклатура. Строение и конфигурация. D- и L- Сахариды. Глюкоза. Формулы Фишера и Хеуорса. Аномеры. Эпимеры. Физические и химические свойства моносахаридов. Фруктоза, рибоза, дезоксирибоза. Дисахариды: мальтоза, лактоза, целлобиоза, сахароза. Строение и свойства. Полисахариды: крахмал, гликоген, целлюлоза.

Нуклеозиды и нуклеотиды. Понятие о строении и составе ДНК и РНК. Принцип химического синтеза нуклеотидов и полинуклеотидов. Биологическая роль ДНК и РНК: передача наследственной информации, генетический код.

Рекомендуемая литература

Основная:
1. Травень В.Ф. Органическая химия. М.; Академкнига, 2004. Т. 1. 727 с.
2. Травень В.Ф. Органическая химия. М.; Академкнига, 2004. Т.2. 582 с.
3. Углеводороды. Текст лекций по органической химии /Под ред. Травеня В.Ф.; РХТУ им. Д.И. Менделеева. М. 2000. 196 с.
4. Функциональные производные углеводородов. Текст лекций по органической химии. /Под ред. Травеня В.Ф.; РХТУ им. Д.И. Менделеева. М. 2001. 424 с.
5. Терней А. Современная органическая химия. М.; Мир,1981. Т.1. 678с.
6. Терней А. Современная органическая химия. М.; Мир. 1981. Т.II. 651с.
7. Нейланд О.Я. Органическая химия. М.; Высш. школа, 1990. 751с.
8. Травень В.Ф. и др. Природа ковалентной связи и концепции реакционной способности. М.: МХТИ, 1992. 58с.
9. Веселовская Т.К., Мачинская И.В. и др. Вопросы и задачи по органической химии. М.; Высш. школа, 1988. 255с.
10. Органическая химия. Задания для подготовки к контрольным работам. РХТУ им. Д.И. Менделеева. M.; 2001. 72 с.
Дополнительная:
11. Моррисон Р. и. Бойд Р. Органическая химия. М.; Мир, 1974. 1092с.
12. Роберте Дж., Кассерио М. Основы органической химии.; Мир, 1974. Т.1.842с.; Т II. 888с.
13. Марч Дж. Органическая химия. М.; Мир, 1987. Т.1. 381с.; Т.II. 502с.; Т.Ш. 459с.; T.IV.464c.
14. Сайкc П. Механизмы реакций в органической химии. 4-е изд. М.; Химия, 1991.448с.
15. Травень В.Ф. Электронная структура и свойства органических молекул. М.; Химия, 1989. 384с.
16. Днепровский А.С.. Темникова Т.Н. Теоретические основы органической химии. М.; Химия, 1991.600с.
17. Травень В.Ф. и др. Стереохимия. РХТУ им. Д.И. Менделеева. M.; 1999. 23 с.
18. Травень В.Ф. и др. Элементоорганические соединения. РХТУ им. Д.И. Менделеева. M.; 1999. 45 с.

 

Лабораторный практикум

Цель проведения лабораторных работ - научить студента безопасной технике проведения органического синтеза, методам выделения, очистки и идентификации органических соединений.

Одной из основных проблем современной промышленности органического синтеза является организация производства с учетом требований охраны здоровья человека и окружающей среды. Поэтому первый раздел программы лабораторных работ посвящен вопросам техники безопасной работы в лаборатории.

Синтезам предшествует и второй раздел программы - три учебные работы по методам очистки и идентификации органических соединений: перегонка, перекристаллизация и тонкослойная  хроматография.

В ходе выполнения лабораторных работ каждый студент синтезирует 7-8 органических соединений. Синтезы выбираются таким образом, что студент знакомится с возможно большим числом экспериментальных методик как синтеза, так и выделения продуктов в чистом виде.

Особое внимание уделяется изучению студентами современных методовидентификации органических соединений, применению для этой цели методов ИК-, ЯМР- и электронной спектроскопии. Изучению спектральных методов посвящен третий раздел программы.

Выполнению каждой лабораторной работы предшествует лекция-инструктаж. В ходе лекции преподаватель - руководитель потока знакомит студентов с содержанием предстоящей работы, обращая внимание на следующие вопросы: метод синтеза и механизмы протекающих реакций, особенности экспериментальной работы с учетом вопросов техники безопасности, идентификация продукта по температурам плавления (кипения), хроматографическим и спектральным характеристикам, промышленное значение синтезируемого соединения и его эколого-биохимические характеристики.

Программа, определяющая содержание лаборатории органической химии, в полном объеме предназначена для студентов органического профиля, для которых учебным планом предусмотрено 144 часа лабораторных занятий. Для студентов неорганического профиля,для которых учебным планом предусмотрено  72 часа лабораторных занятий,  предлагается меньшее число синтезов (4-5 соединений).

Темы лабораторного практикума

Раздел 1. Безопасные приемы и правила работы в лаборатории органической химии

Правила работы в лаборатории. Основные вопросы техники безопасности. Меры предосторожности при работе со стеклом, едкими и ядовитыми веществаи, бромом, металлическим натрием, ртутью и легковоспламеняющимися и горючими жидкостями. Меры борьбы с загораниями. Доврачебная помощь при травмах, ожогах и острых

отравлениях. Физиологическое действие вредных веществ.

Раздел П. Методы очистки и выделения органических веществ.

Общие методы работы. Посуда, наиболее часто применяемая в лаборатории. Нагревание. Охлаждение. Перемешивание.

Методы очистки твердых веществ. Возгонка (сублимация). Переосаждение. Перекристаллизация. Основные этапы процесса перекристаллизации. Выбор растворителя. Приготовление насыщенного раствора. Горячее фильтрование. Кристаллизация. Отделение кристаллов от маточника. Высушивание. Определение температуры плавления. Метод «смешанной пробы».

Методы очистки жидких веществ. Простая и фракционная перегонка. Перегонка при атмосферном и пониженном давлении. Методы выделения органических веществ из реакционной смеси. Экстракция. Перегонка с паром. Отгонка растворителя.

Хроматография. Виды хроматографии. Применение ТСХ для идентификации органических соединений. Адсорбенты и элюенты, используемые в ТСХ. Выбор элюента. Обнаружение веществ. Коэффициент удерживания.

Раздел III. Спектральные методы идентификации органических соединений.

Применение электронной, ИК- и ЯМР-спектроскопии для установления строения органических соединений. Интерпретация спектров ядерного магнитного резонанса, инфракрасных спектров и электронных спектров поглощения основных классов органических соединений: отнесение полос в спектрах к соответствующим переходам - электронным, колебательным, вращательным; анализ характера расщепления полос; установление зависимости между спектральными параметрами и строением органических соединений

Раздел IV. Синтезы органических веществ.

Общие правила подготовки и проведения синтеза. Задача и сущность эксперимента. Теоретические основы процесса. Выбор условий реакции. Расчет синтеза. Техника безопасности. Прибор. Проведение опыта. Контроль за ходом реакции. Выделение, очистка и анализ продукта.

Синтетические методы органической химии. Студенты выполняют работы с применением следующих методов органической химии: галогенирование, нитрование, алкилирование, ацилирование, окисление, восстановление, реакции конденсации и диазотирования.

Примерный набор синтезов для практикума: ацетанилид, бутилацетат, амилбромид, бензальанилин, коричная кислота, бензойная кислота и бензиловый спирт, п-нитроанилин, п-броманилин, иодбензол, фенол, хлорбензол.

Литература

Основной

  1. Кузнецова Н.А., Травень В.Ф. Спектральные методы идентификации органических соединений. М.: РХТУ, 1999. 72 с.
  2. Щекотихин А.Е., Немерюк М.П., Мирошников В.С. Органическая химия: Лабораторные работы. М.: РХТУ, 2004. 60 с.
  3. Щекотихин А.Е., Жигачев В.Е., Шкилькова В.Н. Общие методы работы в лаборатории органической химии. Методические указания. М.: РХТУ, 2003. 124 с.

 Дополнительный

  1. Лаврищева Л.П., Шкилькова В.Н., Старостенко Н.Е., Вележева B.C. Методические указания по общим методам работы в лаборатории органической химии. М.: МХТИ, 1983. 47 с.
  2. Лаврищева Л.П., Шкилькова В.Н., Старостенко Н.Е., Морозова И.А. Методические указания по методам очистки и выделения органических соединений. М.: МХТИ, 1984. 47 с.
  3. Казицина Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. М.: Высшая школа, 1971. 264 с.
  4. Лаврищева Л.П., Жигачев В.Е., Морозова И.А. Лабораторные работы по органической химии. Реакции алкилирования, ацилирования и конденсации. М.: МХТИ, 1976. 79 с.
  5. Буянов В.П., Жигачев В.Е., Яресько П.С., Лаврищева Л.Н. Лабораторные работы по органической химии. ( Реакции галоидирования, Фриделя-Крафтса и нитрования ).М.: МХТИ, 1977. 80с.
  6. Лаврищева Л.П., Шкилькова В.Н. Лабораторные работы по органической химии. Реакции окисления и восстановления органических соединений. М.: МХТИ, 1977. 80 с.
  7. Буянов В.П., Бондаренко Е.М., Шкилькова В.Н. Реакции диазотирования и Гриньяра. Лабораторные работы по органической химии. М: МХТИ, 1977. 79 с.

На страницу учебной работы