«Учебно-методический комплекс по дисциплине Органическая химия, специальность 020101 Химия Составитель: д.х.н., профессор кафедры органической, биологической химии и МПХ Горно-Алтайского государственного университета ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Биолого-химический факультет

кафедра органической, биологической химии и методики преподавания химии

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Органическая химия», специальность 020101 «Химия»

Составитель:

д.х.н., профессор кафедры органической, биологической химии и МПХ Горно-Алтайского государственного университета Н.А.Анисимова Горно-Алтайск РИО Горно-Алтайского госуниверситета Печатается по решению методического совета Горно-Алтайского государственного университета ББК К Органическая химия: учебно-методический комплекс (для студентов, обучающихся по специальности «Химия»). – Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2009.

143с.

Составитель:

Анисимова Н.А., д.х.н., профессор Рецензенты:

Новикова Т.А., к.х.н., доцент кафедры органической химии Российского государственного педагогического университета им. А.И.Герцена, Ляшевская Н.В., к.х.н., доцент, зав. кафедрой органической, биологической химии и МПХ Горно-Алтайского государственного университета.

В работе представлены учебно-методические материалы по дисциплине «Органическая химия», в том числе рабочая программа, методические указания студентам по самостоятельной работе, содержание лабораторного практикума, контрольно-измерительные материалы по темам курса, глоссарий, основная и дополнительная литература, темы рефератов и вопросы, выносимые на семестровые экзамены. Дисциплина «Органическая химия» является дисциплиной федерального компонента для студентов 3 курса специальности «химия».

© Анисимова Н.А.,

СОДЕРЖАНИЕ

Квалификационная характеристика специалиста……………………………….. Набор навыков, которые формируются у студентов при изучении курса…….. Рабочая программа дисциплины:………………………………………………… I. Организационно-методический раздел………………………………………. II. Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины, определенные ГОС ВПО………………………………………………………. III. Распределение часов курса по формам и видам работ………………………. IV. Содержание учебного курса…………………………………………………. Введение……………….………………………………………………………. Алифатические и ароматические углеводороды……………………………….. Предельные углеводороды…………………………………………………….. Непредельные углеводороды………………………………………………….. Алициклы……………………………………………………………………… Ароматические соединения……………………………………………………. Алкилбензолы…………………………………………………………………. Полиядерные ароматические соединения……………………………………... Металлорганические соединения……………………………………………… Галогенпроизводные алканов, алкенов, аренов…………………………..……. Спирты………………………………………………………………………… Фенолы. Нафтолы. Хиноны……………………………………………………. Простые эфиры………………………………………………………………… Альдегиды и кетоны………………………………………………………....... Карбоновые кислоты…………………………………………………………... Производные карбоновых кислот……………………………………….......... Нитросоединения……………………………………………………………... Амины………………………………………………………………………… Азо- и диазосоединения……………………………………………………..... Элементы стереохимии………………………………………………………. Оксикислоты…………………………………………………………………. Оксокислоты. Аминокислоты………………………………………………… Пятичленные гетероциклы………………………………………………........ Шестичленные гетероциклы…………………………………………………. Углеводы……………………………………………………………………... V. Лекции……………………………………………………………………….... VI. Практикум……………………………………………….………………...... VII. Лабораторные работы……………………………………………………… VIII. Глоссарий………………………………………………………………... IX. Рекомендуемая литература……………………………………………..... Методические указания по самостоятельной работе студентов……………. Контрольно-измерительные материалы ……………………………………... Темы рефератов………………………………………………………………... Вопросы для подготовки к экзамену…………………………………………. Квалификационная характеристика специалиста «химик».

Дипломированный специалист подготовлен к профессиональной деятельности связанной:

- с исследованием состава, стрения и свойства веществ и химических процессов, закономерностей протекания химических процессов, - созданием и разработкой новых перспективных материалов и химических технологий, решением фундаментальных и прикладных задач в области химии и химической технологии, - с работой в образовательных учреждениях - с продолжением образования в аспирантуре.

Набор компетенций, которые формируются у студентов при изучении курса «Органическая химия».

Дипломированный специалист должен владеть теоретическими представлениями органической химии, иметь знания о составе, строении и свойствах органических веществ – представителей основных классов органических соединений (углеводородов-алканов, циклоалканов, алкенов, алкадиенов, алкинов, аренов; гомофункциональных соединений, гетерофункциональных соединений, гетероциклических соединений); иметь представление о белках и биологически активных веществах, структуре и важнейших типах биомолекул.

Успешное завершение курса «Органической химии» предполагает владение следующими умениями и навыками:

- умелое использование специализированной терминологии, необходимой для понимания органических процессов, - определение влияния электронных эффектов в изучаемой молекуле с целью прогнозирования её химической активности, - знание различных видов формул органических соединений и умение определения по ним принадлежности соединения к определённому классу, - владение основными правилами номенклатуры органических соединений с целью их правильного названия, - умение классифицировать исходные реагенты и типы происходящих реакций, - знание классических механизмов органических реакций, - экспериментальное определение качественного и функционального анализа органических соединений, - представление об основных лабораторных и промышленных методах синтеза органических соединений, - самостоятельное проведение химического эксперимента с целью получения и изучения физических, химических свойств органических соединений, - овладение навыками различных видов самостоятельной работы (работа с различными источниками информации при подготовке к семинарам и практическим занятиям, при выполнении рефератов, конспектов, домашней работы.

Рабочая программа составлена на основе типовых программ по дисциплине «Органическая химия», разработанных академиком Зефировым Н.С., профессором Курцем А.Л. и профессором Лукашевым Н.В. рекомендованных в 2004 г.

УМО для проведения курса органической химии по специальности – «Химия».

Курс «Органическая химия» входит в число дисциплин учебного плана специальности «020101 – «Химия» и рассчитана на 500 часов, из которых на лекции отводится 110 часов, 190 часов на семинарские и практические занятия, часов – самостоятельная работа.

V семестр - 50 лекционных, 90 лабораторно-практических, зачет, экзамен.

VI семестр - 60 лекционных, 100 лабораторно-практических, зачет, экзамен.

Дисциплина «Органическая химия» знакомит студентов – химиков с основами науки об органических соединениях, их получении, свойствах и возможности практического использования.

Лекционный курс позволяет студентам ознакомиться с некоторыми теоретическими проблемами органической химии:

- взаимосвязь электронного строения и химической активности органических соединений, - химические свойства изучаемого класса органических соединений, - механизмы органических реакций, - основные направления практического применения органических соединений и реакций, лежащих в основе промышленного производства.

Курс органической химии подразделяется на две части: 1) алифатические и ароматические углеводороды, 2) функционально замещённые органические соединения. По завершении изучения каждой части студенты сдают семестровый экзамен.

Часть теоретического материала каждой темы (методы синтеза, гомологический ряд, физические свойства и значение изучаемого класса органических соединений) предлагается для самостоятельного изучения. Самостоятельно изучаются темы: многоатомные спирты, простые эфиры, ароматические альдегиды и кетоны, сульфо- и аминопроизводные бензола, непредельные карбоновые кислоты, аминокислоты. Проверка самостоятельно подготовленного материала проводится при опросе на семинарских занятиях, контрольных работах, коллоквиумах.

Экспериментальная часть курса органической химии предполагает выполнение ряда лабораторных работ. Проведение лабораторной работы после изучения каждого класса органических соединений позволяет освоить лабораторные методы их получения и закрепить на практике основные физические и химические свойства.

На семинарских занятиях производится изучение теоретических вопросов органической химии, рассматриваются лабораторные и промышленные методы синтеза, электронное строение, физические и химические свойства классов органических соединений.

Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины, опредеII.

лённые ГОС ВПО.

Органическая химия: предмет органической химии, классификация реагентов и реакций, углеводороды (алканы, циклоалканы, алкены, алкадиены, алкины, арены), оптическая изомерия органических соединений, галогенпроизводные углеводородов, магний- и литийорганические соединения, гидроксилпроизводные углеводородов, простые эфиры, карбонильные соединения, карбоновые кислоты и их производные, нитросоединения, амины, азосоединения, гетерофункциональные и гетероциклические соединения.

III. Распределение часов по формам и видам работ Биолого-химический факультет, кафедра органической, биологической химии и методики преподавания химии, 5 и 6 семестр.

Таблица 1. Распределение часов в 5 и 6 семестре Тема занятия органических соединений рованными ядрами Итоговая форма галогенпроизводные галогенпроизводные ческие соединения Непредельные кислоты новые и сульфокислоты.

аминокислоты Итоговая форма Цель курса «Органическая химия» - изучение теоретических основ органической химии.

Предметом курса является изучение химии углерода (методов синтеза и химических превращений основных классов органических соединений).

Задачи курса органической химии сводятся к изучению:

1. номенклатуры органических соединений, 2. электронного строения основных классов органических соединений, 3. взаимосвязи электронного строения и химических свойств органических соединений, 4. основных промышленных и лабораторных методов синтеза органических соединений, 5. генетической взаимосвязи между классами органических соединений, 6. использование органических соединений в практических целях.

Предмет и задачи органической химии; ее место среди других химических и естественнонаучных дисциплин. История развития органической химии. Роль русских ученых в создании и развитии органической химии. (А.М. Бутлеров, В.В. Морковников, Н.Н. Зинин, М.И. Коновалов, М.Г. Кучеров, А.Е. Фаворский, Н.Д. Зелинский, Б.А. Казанский, С.В. Лебедев, П.П. Шорыгин, А.С. Арбузов, Н.Н. Несмеянов, П.Г. Сергеев, А.В. Топчиев, А.И. Титов и др.).

Основные понятия в органической химии. Органические соединения – их состав и строение. Способы изображения органических соединений. Структурные, эмпирические, электронные и брутто-формулы. Молекулярные модели (тетраэдрические, шаро-стержневые, Стюарта-Бриглеба). Изомерия: структурные и стереоизомеры. Гомология. Понятие о функциональной группе. Классификация органических соединений по скелету, функциональным группам, степени насыщенности.

Электронные представления в органической химии. Химическая связь (- и -связи). Типы химической связи: ионная, ковалентная, водородная. Основные характеристики ковалентной связи (длина, валентный угол, дипольный момент, энергия, полярность, поляризуемость, насыщаемость). Механизмы образования ковалентной связи (обменный, донорно-акцепторный) и ее виды (полярная, неполярная, семиполярная).

Методы описания ковалентной связи: метод молекулярных орбиталей (МО ЛКАО), валентных связей (ВС) и теории резонанса.

Типы гибридизации атома углерода в органических соединениях (sp-, sp2-, sp3). Связь валентного состояния атомов углерода с его электроотрицательностью и реакционной способностью. Зависимость свойств С-Н связи от доли s-орбиталей в гибридной АО.

Основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова. Взаимное влияние атомов в молекуле. Электронные эффекты: индуктивный (Jэф), мезомерный (Мэф, - р-; -; d- сопряжение), резонанса (резонансные структуры и правила их построения), сверхсопряжения (гиперконьюгации), эффект поля. Влияние электронных эффектов на стабильность и реакционную способность органических соединений и промежуточных частиц (радикалов, карбкатионов, карбанионов). Молекулярные диаграммы (индекс свободной валентности, порядок связи, частичные эффективные заряды, скелет).

Реакционная способность органических соединений. Статический и динамический подход в изучении электронного строения и реакционной способности молекул. Понятие о субстрате и реагенте, исходных и конечных соединениях, механизме реакции. Способы разрыва ковалентной связи: гомолиз и гетеролиз. Промежуточные частицы (интермедиаты): радикалы, карбкатионы, карбанионы, карбены и другие. Классификация реагентов (нуклеофильные и электрофильные). Классификация органических реакций: а) по направлению реакций (замещения – S, присоединения – А, отщепления – Е, перегруппировки);

б) по типу разрыва ковалентной связи или по характеру реагирующих частиц (радикальные и ионные реакции – нуклеофильные и электрофильные); в) по количеству молекул, участвующих в стадии, определяющей скорость реакции (лимитирующая стадия). Моно- и бимолекулярные реакции. Энергетический профиль реакции (Е активации, энергетический барьер). Экзо- и эндотермические реакции. Влияние различных факторов на скорость и направление реакции. Кинетический и термодинамический контроль за ходом реакции. Катализ, его виды и значение.

Физико-химические методы исследования в органической химии. Понятие о спектроскопических методах исследования. Ядерномагнитный резонанс (ЯМР), инфракрасная спектроскопия (ИК), ультрафиолетовая спектроскопия (УФ).

Значение физико-химических методов в органической химии. (Для более полного изучения данного раздела студентам предлагается спецкурс «Физикохимические методы исследования в органической химии») Основы номенклатуры органических соединений. Понятие о видах номенклатуры: тривиальная, рациональная, ИЮПАК. Основные принципы построения названий органических соединений, родоначальная структура, характеристические группы. Название предельных и непредельных радикалов, функциональных групп и нефункциональных заместителей. Понятие о старшинстве функциональных групп. Основные правила составления заместительных названий органических соединений, выбор и нумерация главной цепи, правило наименьших локантов. Название основных классов органических соединений, сложных поли- и гетерофункциональных соединений.

Алифатические и ароматические углеводороды Алканы. Гомологический ряд алканов. Закономерности изменения агрегатного состояния и физических свойств алканов. Электронное и пространственное строение алканов (гибридизация, валентный угол, длина и энергия С–С и С–Н связей).

Изомерия. Пространственная и конформационная изомерия (причины их возникновения). Способы изображения пространственного строения молекул с sр3-гибридным атомом углерода: клиновидные проекции, «лесопильные козлы», проекции Ньюмена. Заслоненные и заторможенные, гош- и анти-конформации бутана. Энергетическая диаграмма конформаций этана и бутана (энергетический барьер).

Номенклатура предельных углеводородов.

Природные источники алканов. Нефть. Важнейшие нефтепродукты: бензин, дизельное и реактивное топливо, керосин, смазочные масла, смазки, битум.

Антидетонаторы. Природный газ и его использование.

Методы получения алканов: газификация каменного угля, оксида и диоксида углерода (реакция Бертло, процесс Фишера-Тропша); а) без изменения углеродной цепи (гидрирование непредельных углеводородов, восстановление галогеналканов, восстановление карбонильных соединений через магний-органические соединения), б) с уменьшением цепи (щелочное плавление солей карбоновых кислот - реакция Дюма), в) с увеличением (реакция Вюрца-Шорыгина, электролиз солей карбоновых кислот - реакция Кольбе, через металлорганические соединения).

Лабораторный и промышленный методы синтеза алканов. Структурно и стереохимически направленные методы синтеза алканов.

Химические свойства. Обоснование химических свойств алканов на основании природы С–С и С–Н связей. Причины химической пассивности алканов.

Гомолиз и условия его протекания. Свободные радикалы и их устойчивость.

Реакции радикального замещения (SR): галогенирование (хлорирование, бромирование, фторирование, иодирование) алканов и его селективность; механизм реакции и факторы, влияющие на скорость галогенирования (природа субстрата и реагента, условия реакции). Энергетика цепных свободнорадикальных реакций галогенирования. Сульфохлорирование и сульфоокисление.

Нитрование алканов по Коновалову и Титову. Окисление алканов.

Гетеролиз алканов. Карбкатионы, их устойчивость и основные превращения.

Термический и каталитический крекинг, его механизм и применение. Ароматизация нефтепродуктов. Октановое число. Значение алканов.

Алкены. Гомологический ряд. Электронное строение алкенов. Структуные и энергетические параметры молекул алкенов (на примере пропена). Природа двойной связи.

Изомерия и номенклатура. Виды и причины возникновения структурной и геометрической изомерии (цис-, транс-, -, - изомерия). Относительная стабильность структурных и геометрических изомеров. Особенности названий органических соединений, содержащих кратную связь. Непредельные радикалы.

Способы получения алкенов. Лабораторный и промышленный способы получения алкенов. Методы синтеза алкенов из алканов, моно- и дигалогеналканов, спиртов, реакция Виттига. Региоселективность в реакциях элиминирования производных алканов: правило Зайцева и Гофмана. Стереоселективное восстановление алкинов.

Химические свойства. Общая характеристика химических свойств алкенов исходя из их электронного строения. Гетерогенное и гомогенное гидрирование.

Электрофильное присоединение (АdE). Общее представление о механизме реакций, - и -комплексы, ониевые ионы. Стерео- и региоселективность. Галогенирование: механизм, стереохимия. Процессы, сопутствующие АdЕ – реакциям:

сопряженное присоединение, гидрогалогенирование, правило Морковникова, статический и динамический факторы. Гидратация, промышленный синтез этанола и пропанола-2. Регио- и стереоселективное присоединение гидридов бора, синтез на их основе алканов и спиртов.

Окислительные превращения алкенов: гидроксилирование (реакция Вагнера), эпоксидирование (реакция Прилежаева), озонирование (реакция Гарриеса), расщепление углеродного скелета с помощью перманганата калия.

Радикальные реакции: присоединение бромистого водорода по Харашу (механизм, перекисный эффект Хараша) к алкенам и аллильное галогенирование по Циглеру.

Карбены и карбеноиды: методы их генерирования и синтезы на их основе.

Значение алкенов. Алкены – сырье в промышленной органической химии и важные объекты в тонком органическом синтезе (синтез акрилонитрила и хлористого винила).

Алкадиены. Классификация диенов (кумулированные, сопряженные и изолированные). Особенности строения диенов. Сопряжение и его влияние на структурные и энергетические параметры диенов (-молекулярные орбитали).

Изомерия. Виды изомерии диенов. Причины возникновения s-цис- и sтранс- изомерии для сопряженных диенов. Конфигурационные (Е,Е; Z,Z; Z,Е) изомеры.

Методы синтеза сопряженных диенов. Дегидрирование алканов, дегидратация спиртов, реакции Лебедева, Фаворского.

Химические свойства. Свойства кумулированных диенов. Реакции гидрирования, изомеризации, димеризации (Лебедев).

Превращения сопряженных диенов. Реакции 1,2- и 1,4-присоединения (кинетический и термодинамический контроль). Ионный и радикальный механизмы реакций присоединения. Реакции Дильса-Альдера, стереохимия и ее применение в органическом синтезе.

Алкины. Гомологический ряд и физические свойства ацетиленовых углеводородов. Пространственное строение алкинов (на примере ацетилена и пропина). Причины укорочения, упрочнения и увеличения дипольного момента СС связи. Сравнительная характеристика С–С; С=С и СС связи (длина, валентный угол, энергия связи, электроотрицательность, энергия диссоциации связи С–С–Н; С=С–Н и СС–Н).

Изомерия. Виды изомерии ацетиленовых углеводородов.

Синтез ацетиленовых углеводородов. Лабораторный и промышленный методы синтеза ацетилена. Получение алкинов из алканов (пиролиз метана), галогеналканов и др.

Химические свойства. Реакции электрофильного присоединения (АЕ) к СС связи алкинов: гидрирование (стереонаправленные превращения в цис- и транс-замещенные этилена), галогенирование, гидратация (реакция Кучерова, правило Эльтекова-Эрленмейера). Стереохимия реакций присоединения к СС связи (регио- и стереоселективность). Присоединение карбоновых кислот.

Взаимодействие алкинов с соединениями, содержащими подвижный атом водорода: спиртами, тиолами, карбоновыми кислотами.

Реакции замещения. Сопряженные кислоты и основания. Сравнительная характеристика кислотности сопряженных кислот (СН4; СН2=СН2; НССН). Причины протонной подвижности у sр-гибридного атома углерода (СН-кислотность). Металлирование алкинов, реактивы Иоцыча, ацетилениды. Реакции Фаворского, Реппе и их значение в органическом синтезе (конденсация с карбонильными соединениями).

Ацетилен-, алленовая изомеризация. Смещение тройной связи в терминальное положение. Окислительные превращения ацетиленовых углеводородов в щелочной, кислой и нейтральной средах. Озонирование.

Применение алкинов. Использование ацетилена для синтеза алкилвиниловых эфиров, винилацетата, трихлорэтилена, акрилонитрила, хлоропрена поливинилхлорида, заменителя плазмы крови (поливинилпирромидон) и др.

Классификация и номенклатура алициклов. Подразделение циклов на малые, средние и макроциклы. Напряженность циклов: теория напряжения Байера и другие типы напряжения в циклоалканах. Количественная оценка напряжённости циклов на основании сравнения теплот образования и теплот сгорания циклоалканов и соответствующих алканов.

Малые циклы: особенности строения циклопропана и циклобутана. Общие методы синтеза. Реакции гидрирования, галогенирования, дегидрирования, взаимные переходы циклобутанов и циклопропанов.

Средние циклы: строение циклопентана и циклогексана. Конформационный анализ циклогексана. Аксиальные и экваториальные связи в конформации «кресло» циклогексана. Конформации моно- и дизамещенных производных циклогексана. Влияние конформационного положения функциональных групп на их реакционную способность. Синтез соединений ряда циклопентана и циклогексана. Реакции расширения и сужения цикла при дезаминировании первичных аминов (реакция Демьянова). Реакции окисления и восстановления.

Трансаннулярные реакции.

Макроциклы: особенности упаковки, методы синтеза.

Представление о природных полициклических системах терпенов, стероидов и каротиноидов. Ментол, борнеол, камфора, холестерин. Значение циклических соединений.

Концепция ароматичности. Строение бензола (гипотеза осциляции Кекуле, делимости химического сродства Ильинского; формулы Дьюара, Клауса, Ландебурга, Армстронга и др). Правила ароматичности и их обоснование. Энергия стабилизации (резонанса). Ароматичность с точки зрения молекулярных орбиталей. Круг Фроста. Ароматические катионы и анионы (циклопропильный, циклопентадиенильный, циклогептатриенильный и другие ионы). Антиароматичность на примере циклобутадиена, циклопропильного аниона, катиона циклопентадиенилия).

Получение ароматических углеводородов: промышленные методы (риформинг нефти, переработка коксового газа и каменноугольной смолы); лабораторные методы синтеза (реакция Вюрца-Фиттига, декарбоксилирование бензойной кислоты, восстановление кетонов – реакция Кижнера-Вольфа, реакция Клеменсена), реакции Зелинского и Казанского.

Изомерия и номенклатура: моно-, ди-, три- и тетрапроизводные бензола, ароматические радикалы (фенил, толил, ксилил).

Химические свойства бензола: обоснование протекания реакций присоединения и замещения. Реакции присоединения водорода (реакция Берча), хлора, озона (реакция Гарриеса). Реакции замещения (классификация). Представление о механизме реакции SЕ-2-аром. (- и -комплексы, структура переходного состояния). Изотопный обмен водорода как простейшая реакция SЕ-2-аром. Аренониевые ионы в реакциях SЕ-2-аром.

Нитрование. Нитрующие агенты. Генерирование катиона нитрония. Механизм реакций нитрования. Нитрование бензола. Получение полинитросоединений.

Галогенирование. Галогенирующие агенты (генерирование катиона хлора).

Механизм реакции галогенирования аренов.

Сульфирование. Сульфирующие агенты. Механизм реакции сульфирования.

Превращения сульфогруппы.

Алкилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Алкилирующие агенты. Механизм реакции.

Ацилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Ацилирующие агенты. Механизм реакции. Региоселективность ацилирования. Реакции изомеризации бензола. Фенилацетилен.

Влияние природы заместителя на ориентацию и скорость реакции SЕ-2-аром.

Заместители I и II рода: объяснение ориентации заместителей действием статического и динамического факторов. Согласованная и несогласованная ориентация двух или нескольких заместителей в ароматическом кольце.

Номенклатура алкилбензолов. Особенности строения алкилбензолов (эффект гиперконьюгации, - сопряжение). Методы синтеза: реакции ВюрцаФиттига, алкилирование по Фриделю-Крафтсу (галогеналканами, олефинами, спиртами); ацилирование с последующим восстановлением по Клеменсену, ароматизация (реакция Зелинского), циклическая кротоновая конденсация.

Химические свойства: Особенности реакций SЕ-2 для алкилбензола. Эффект Беккера-Натана. Галогенирование (моно-, ди- и триалкилбензолов, введение в кольцо хлора, брома, иода). Нитрование (эффект накопления алкильных групп, введение нескольких нитрогрупп, ипсо-замещение, явление дезалкилирования).

Алкилирование (протонирование, арилониевые ионы и их значение, анион-радикалы). Реакции радикального замещения: (галогенирование, нитрование, металлирование). Реакции изомеризации. Диспропорционирование и окисление.

Значение бензола и алкилбензолов.

Классификация ароматических полиядерных систем (конденсированные, неконденсированные, спиросоединения).

Основные представители конденсированных систем (нафталин, антрацен, нафтацен, фенантрен и др.) и их молекулярные диаграммы.

Нафталин. Изомерия и номенклатура. Строение, ароматичность и причины реакционной способности. Методы синтеза. Химические свойства: реакции SЕаром (правила ориентации вновь вводимого заместителя). Предельные структуры - и -замещений в нафталине. Особенности реакций галогенирования, нитрования, сульфирования. Нафталинсульфокислоты. Реакции присоединения: галогена, водорода (диалин, тетралин, декалин, декагидронафталин). Диеновый синтез. Реакции окисления. Получение анион-радикалов и дианионов.

Антрацен: ароматичность, энергия стабилизации, строение, изомерия и причины наибольшей реакционной активности -положений антрацена. Методы синтеза.

Химические свойства: Реакции SЕ-2, присоединения, окисления, диенового синтеза. Получение анион-радикала и дианиона. Субстативное крашение.

Фенантрен. Строение. Реакции присоединения и окисления. Скорость реакций SЕ-2 аром в ряду: бензол, нафталин, фенантрен, антрацен.

Значение аренов с конденсированными ядрами.

Арены с неконденсированными ядра ми Дифенил и его производные. Строение, изомерия и номенклатура. Атропоизомерия и её значение. Методы синтеза: построение бензольного кольца через диазосоединения, сшивание бензольных ядер.

Химические свойства. Сравнительная характеристика скорости реакций SЕ- бензола и дифенила. Предельные структуры. Ориентация вновь вводимых заместителей в реакциях SЕ-2.

Ди- и трифенилметаны. Строение и реакционная способность. Предельные структуры. Методы синтеза: по Фриделю-Крафтсу (с использованием галогенарилметанов и полигалогенметанов), конденсацией аренов с карбонильными соединениями, через магнийорганические соединения.

Химические свойства. СН-Кислотность: трифенилметановый катион, анион, радикал (их устойчивость и значение). Причины СН-кислотности и гидридной подвижности. Бензофенон, флуорен, кетон Михлера.

Трифенилметановые красители. Малахитовый и бриллиантовый зеленый, кристаллический фиолетовый и др. Причины и интенсивность окраски на примере фиолетового кристаллического. Особенности трифенилметановых красителей. Амино- и окси- формы. Фталеины (фенолфталеин, флюоресцеин, аурин, эозин).

Полифенилметаны. Стильбен, толан, ДДТ. Значение ароматических соединений с неконденсированными ядрами.

Литий и магний органические соединения: причины химической активности и использование ее в органическом синтезе (получение углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов и карбоновых кислот).

Магнийорганические соединения. Классификация магнийорганических соединений и способы их получения: взаимодействие магния с галогеналканами (реактив Гриньяра, уравнение Шленка, эфираты); с галогеналкенами (реакция Нормана), с галогеналкинами (Реактив Иоцыча).

Химические свойства. Использование металлорганических соединений в качестве восстановителей (синтез симм-алканов, металлорганических соединений), оснований (взаимодействие с соединениями, содержащими подвижный атом водорода), нуклеофилов (взаимодействие с формальдегидом, окисью этилена, углекислым газом и карбонильными соединениями).

Литийорганические соединения. Физические свойства. Получение литийорганических соединений.

Химические свойства. Взаимодействие литийорганических соединений с водородом, водой, галогенами, оксидом углерода (II, IV), карбонильными соединениями.

Диалкил- и диарилкупраты. Получение и применение этих соединений для синтеза предельных углеводородов, диенов, спиртов, несимметричных кетонов и в реакциях присоединения к -ненасыщенным карбонильным соединениям.

Функционально замещённые углеводороды Галогенпроизводные алканов, алкенов, аренов Моногалогенпроизводные алифатических углеводородов. Номенклатура, изомерия и особенности строения. Общие методы синтеза галогеналканов:

замещение атома водорода, реакции присоединения по кратной связи, замещение гидроксильной группы спиртов, замещение кислорода кетонов, декарбоксилирование производных карбоновых кислот. Особенности синтеза иод- и фторалканов.

Химические превращения галогеналканов. Причины высокой реакционной способности галогеналканов. Реакции нуклеофильного замещения (SN) в синтезе соединений различных классов (спиртов, простых и сложных эфиров, тиолов, тиоэфиров, родонидов, аминов, нитрилов, ацетиленов, других элементи функциональных производных). Общие закономерности реакций SN у насыщенного атома углерода. Кинетические и стереохимические критерии SNSN-2 механизмов. Влияние структуры субстрата, нуклеофильности реагента, полярности растворителя на скорость и механизм реакций замещения. Учет этих факторов в планировании синтеза. Конкуренция реакций замещения и элиминирования, и -элиминирование. Механизмы реакций Е-1, Е-2, их стереохимические особенности. Перегруппировки карбкатионов. Амбидентные ионы. Взаимодействие галагеналканов с металлами. Комплексообразование галогеналканов с ионами металлов и с кислотами Льюиса на примере реакции Фриделя-Крафтса как способ увеличения их электрофильной активности. Представления о реакции восстановления галогеналканов.

Полигалогеналканы: дихлорэтан, галоформ, четыреххлористый углерод – использование в органическом синтезе. Галоформная реакция и реакция теломеризации. Фреоны. Гексахлорциклогексан.

Галогенопроизводные этилена. Хлористый винил и аллил. Способы их получения, особенности строения, химические свойства и применение. Хлоропрен. Полихлорированные и полифторированные производные этилена, полимеры на их основе. Тефлон.

Галогенарены. Классификация. Строение и реакционная способность различных галогенаренов (хлорбензол, хлористый бензил, хлористый винил, хлористый аллил).

Методы синтеза. Галогенирующие агенты. Особенности реакций галогенирования: бензола, алкилбензолов, фенола, анилина, дифенила, нафталина, аренов с заместителями II рода. Методы введения F, Cl, Br и J в молекулы аренов.

Химические свойства галогенаренов с галогеном в ядре. Реакция ВюрцаФиттига, реактивы Гриньяра, особенности реакций SЕ-2. Общее представление о механизме нуклеофильного замещения аренов. Механизм присоединенияотщепления (SN-1) на примере превращения галогенбензолов в фенолы и ароматические амины. Механизм присоединения-отщепления (SN-2); примеры реакций и активирующее влияние электроноакцепторных заместителей. Анионные -комплексы Мейзенгеймера и их строение.

Химические свойства галогенаренов с галогеном в цепи. Реакции SN-1. Сравнительная характеристика галогенпроизводных алифатического и ароматического ряда в реакциях SN.

Полихлорпроизводные бензола: получение хлорированием бензола, взаимодействие с нуклеофильными реагентами. Полихлорпроизводные дифенила, нафталина. Значение галогенаренов.

Классификация спиртов в зависимости от природы углеводородного радикала и количества гидроксильных групп. Понятие о фенолах.

Одноатмные алифатические спирты. Гомологический ряд, изомерия, номенклатура. Строение спиртов: индуктивный и мезомерный эффекты, полярность связей С–О и О–Н. Основные физические свойства. Зависимость температуры кипения от строения спиртов. Кислотно-основные свойства спиртов и зависимость их от природы алкильного радикала. Теория кислот и оснований Брёнстеда-Лоури-Льюиса. Сопряженные кислоты и основания.

Способы образования спиртовой ОН-группы: гидратация и гидроборирование алкенов, гидролиз связи С–Наl, восстановление карбонильной и сложноэфирной групп, синтезы с использованием металлорганических соединений.

Химические свойства. Реакции замещения ОН-группы с позиций общих представлений о механизме SN и Е в алифатическом ряду. Протонные кислоты и кислоты Льюиса как активирующие реагенты в реакциях SN спиртов. Реакции замещения ОН группы на галоген (с использование галогеноводородных кислот, галогенидов фосфора, тионилхлорида). Механизмы SN-1, SN-2 и стереохимия замещения, гидридные перегруппировки (пинаколиновая-ретро). Кислотные свойства спиртов: алкилирование (реакция Вильямсона) и ацилирование спиртов. Реакция этерификации.

Сернокислотная дегидратация и ее использование для получения алкенов, простых эфиров и изомерных спиртов. Синтез, свойства и синтетическое использование алкиловых эфиров минеральных кислот. Алкилсульфаты, нитраты и нитриты. Диметилсульфат как алкилирующий агент. Окисление и дегидрирование спиртов. Реакция Оппенауэра. Механизм окисления хромовым ангидридом.

Присоединение спиртов к олефинам, ацетиленам, непредельным карбоновым кислотам.

Ароматические спирты: основные представители, строение и характерные химические свойства.

Применение спиртов.

Многоатмные спирты. Гликоли. Способы их получения и химические свойства. Окисление тетраацетатом свинца и иодистой кислотой (реакция Малапраде), взаимодействие с борной кислотой, дегидратация, превращение в окиси, пинаколиновая перегруппировка, качественная реакция и взаимодействие со щелочами. Этиленгликоль, ди- и полиэтиленгликоли.

Глицерин. Получение и химические свойства. Образование простых и сложных эфиров, комплексов с ионами металлов, дегидратация.

Применение глицерина и его производных. Пентаэритрит, ксилит, сорбит.

Азотные эфиры многоатмных спиртов.

Ненасыщенные спирты. Виниловый спирт и его производные. Правило Эльтекова-Эрленмейера. Винилацетат и полимеры на его основе. Сравнительная характеристика строения винилового и аллилового спиртов. Особенности строения, связанные с аллильным положением ОН группы. Основные химиические свойства аллилового и винилового спиртов. Пропаргиловый спирт.

Классификация и номенклатура. Фенол и его гомологи. Физические свойства. Строение фенола и обоснование его реакционной способности.

Методы синтеза: из ароматических сульфо- и карбоновых кислот, из галоген- и аминоаренов, кумольный способ. Лабораторные и промышленные синтезы фенолов.

Химические свойства. По ОН-группе: кислотность фенолов, зависимость её от заместителей в ароматическом фрагменте. Сравнение свойств спиртов и фенолов. Причины повышенной кислотности фенолов. Реакции алкилирования, ацилирования и их значение (анизол, севин). Замещение гидроксильной группы на водород, галоген и аминогруппу (реакция Бухерера). Реакции обмена нафтолов.

Реакции по ядру: особенности реакций SЕ-2 фенолов, галогенирование (моно- и полигалогенфенолы, ипсо-замещение), нитрование (условия различной ориентации нитрогрупп, пикриновая кислота), сульфирование (влияние температуры на ход сульфирования, ипсо-атака), алкилирование (исчерпывающее алкилирование), ацилирование. Реакции SЕ-2, характерные для фенолов и фенолятов, как ароматических соединений с повышенной реакционной способностью: карбонилирование фенолов (введение ацильной группы – реакции Гаттермана, Геша, Раймера-Тимана, Вильсмейера-Хаака; реакция Кольбе, перегруппировка Фриса), нитрозирование, азосочетание. Активность двухатмных фенолов и нафтолов в реакциях SЕ-2.

Окислительные превращения фенолов. Ароксильные радикалы. Антиоксиданты. Фенольные стабилизаторы полимерных материалов.

Конденсация фенола по ОН-группе и по кольцу. Механизм реакций конденсации фенола с формальдегидом. Бакелиты. Фенолформальдегидные смолы.

Качественные реакции на фенолы. Основные пути использования фенолов.

Многоатмные фенолы. Пирокатехин и гидрохинон: способы получения, восстановительные свойства, образование моно- и диэфиров, циклические эфиры пирокатехина. Гидрохинон и другие фенолы как представители фотографических материалов. Гидрохинон как ингибитор свободно-радикальных реакций.

Представление о природных соединениях – производных пирокатехина. Резорцин: получение, реакции, характерные для фенолов; восстановление до дигидрорезорцина.

Флороглюцин: получение, образование эфиров, алкилирование иодистым метилом в щелочной среде, проявление повышенной склонности к таутомерному превращению (реакции с аммиаком и гидроксиламином). Понятие о льдообразующих веществах. Пирогаллол.

Хиноны. Получение о- и п-бензо- и нафтохинонов. Свойства хинонов: получение моно- и диоксимов, присоединение хлористого водорода, анилина, уксусного ангидрида, реакция с диенами. Сопоставление свойств хинонов и, непредельных кетонов. Восстановление хинонов. Хлоранилин, его использование для окисления и получения. Хингидрон. Понятие о комплексах с переносом заряда (КПЗ). Семихиноны. Понятие об ион-радикалах. Антрахинон: получение, представление о свойствах и применение. Ализарин. Гидрохинон как ингибитор свободно-радикальных реакций.

Классификация и номенклатура простых эфиров. Эфиры смешанного типа.

Основные правила систематической номенклатуры эфиров; тривиальные названия.

Строение эфиров. Полярность связи С–О и ее реакционная способность.

Зависимость физических свойств эфиров от их строения. Сравнительная характеристика физических свойств эфиров и спиртов.

Общие методы синтеза диалкиловых и алкилвиниловых эфиров: дегидратация спиртов по Вильямсону, из -галогеналкиловых эфиров, алкоксимеркурированием – демеркурированием алкенов, из алкинов, ацеталей и другие.

Химические свойства. Участие неподеленных электронных пар кислорода в превращениях простых эфиров: образование оксониевых солей (эфираты), расщепление связи С–О (по механизму SN-1 и SN-2). Реакции, сопровождающиеся гомолизом -С-Н связи: галогенирование, образование гидроперекисей. Методы устранения гидроперекисей.

Циклические эфиры: диоксан, тетрагидрофуран. Краун-эфиры (получение и применение в синтетической практике).

Основные пути применения алкиловых, циклических и краун-эфиров (в лабораторной практике, медицине, органическом синтезе, в качестве добавок к топливу).

Виниловые эфиры: получение (из ацетилена и -гaлогенэфиров), строение, химические свойства (гидролиз, перегруппировка Кляйзена, полимеризация).

Значение виниловых эфиров.

- Окиси. Строение и причины реакционной способности окиси этилена.

Получение -окисей. Химические свойства: реакции с электрофильными и нуклеофильными реагентами, раскрытие эпоксидного цикла в щелочных и кислых условиях (правило Красукского), реакции изомеризации. Применение -окисей.

Классификация карбонильных соединений (альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные).

Гомологический ряд, физические свойства альдегидов и кетонов. Изомерия и номенклатура. Представители алифатических и ароматических альдегидов и кетонов.

Строение карбонильной группы в альдегидах и кетонах. Распределение электронной плотности и её взаимосвязь с реакционной способностью карбонильной группы; её полярность, поляризуемость. Влияние природы углеводородного радикала на карбонильную активность.

Превращения карбонильной группы альдегидов и кетонов. Реакционная способность альдегидов и кетонов. Реакции присоединения (АN): а) гетероатомных нуклеофилов (воды, спирта, бисульфита натрия) и их использование как метод выделения и очистки карбонильных соединений; б) азотсодержащих нуклеофилов (образование альдиминов, уротропина и его производных, аминокетонов, оксимов, син- и анти-изомеры оксимов, перегруппировка Бэкмана и её значение, гидразонов, азинов, производных гидразона, фенилгидразона и семикарбозона), реакция Кижнера-Вольфа; взаимодействие с первичными и вторичными аминами (енамины и их алкилирование по Нефу), реакция Манниха; в) с С-нуклеофилами (с синильной кислотой и магнийорганическими соединениями; синтез спиртов).

Кето-енольная таутомерия. Реакции енольных форм: галогенирование, галоформное расщепление, нитрозирование, алкилирование, альдольно-кротоновая конденсация (её механизм при кислотном и основном катализе). Конденсация альдегидов и кетонов с соединениями других типов, содержащих активную метиленовую группу (реакция Кневенагеля).

Циклоолигомеризация и полимеризация альдегидов (триоксан, паральдегид, параформ).

Окислительно-восстановительные реакции. Окисление альдегидов и кетонов (правило Попова). Каталитическое гидрирование, восстановление комплексными гидридами металлов, спиртами в присутствии алкоголятов алюминия (равновесие Мейервейна – Понндорфа – Верлея – Оппенауэра), реакция Тищенко, амальгированным цинком и соляной кислотой (реакция Клемменсена), восстановление кетонов металлами с образованием металл – кетилов и пинаконов.

Получение карбонильных соединений. Окисление алканов, озонолиз и каталитическое окисление олефинов, реакция Кучерова, гидролиз геминальных дигалогенпроизводных и виниловых эфиров, окисление и дегидрирование спиртов, из карбоновых кислот и их производных (реакция Розенмунда-Зайцева).

Промышленное получение формальдегида, ацетальдегида (Вакер-процесс) и высших альдегидов (гидроформилирование).

Значение альдегидов и кетонов.

Непредельные альдегиды и кетоны. Классификация. Электронное строение и его взаимосвязь с реакционной способностью,-непредельных карбонильных соединений. Винилогия. Методы синтеза: кротоновая конденсация, дегидратация глицерина, окисление пропилена.

Химические свойства: реакции 1,2- и 1,4-присоединения (с галогенводородами, спиртами, водой, синильной кислотой, магнийорганическими соединениями, аммиаком, бисульфитом натрия), участие в реакциях диенового синтеза, полимеризация и окисление акролеина, селективное окисление и восстановление.

Представление о кетенах и их значение (синтез кислот, сложных эфиров, амидов карбоновых кислот, дикарбоновых кислот, ацетоуксусного эфира).

Ароматические альдегиды и кетоны. Строение и номенклатура. Методы синтеза.

Химические свойства: реакции окисления, восстановления, замещения в ароматическое кольцо. Взаимодействие альдегидов с аминами, спиртами (ацетали, диоксоланы как защитные группы), реакции Канницаро, Перкина, конденсации с фенолами, бензолом и его гомологами, бензоиновая конденсация.

Коричный альдегид, его получение и свойства (реакция 1,2- и 1,4-присоединение, участие в диеновом синтезе). Халконы.

Бензофенон: синтез, реакции с щелочными металлами (металлкетилы).

Дибензоил, бензиловая перегруппировка. Значение ароматических альдегидов и кетонов.

Классификация (глиоксаль, малоновый диальдегид, диацетил, пропанональ).

Химические свойства: кето-енольная таутомерия, хелатные металлические производные, реакция Канницаро, бензиловая перегруппировка.

Использование дикарбонильных соединений в синтезе гетероциклических соединений.

Классификация карбоновых кислот в зависимости от природы радикала и количества карбоксильных групп.

Монокарбоновые кислоты. Гомологический ряд. Изомерия и номенклатура (тривиальная, рациональная, систематическая).

Электронное строение карбоксильной группы: распределение электронной плотности (J- и М-эффекты) и ее влияние на химические свойства карбоновых кислот. Подвижность -водородного атома. Карбоксилат-ион, причины его устойчивости.

Физические свойства карбоновых кислот. Ассоциация и диссоциация. Кислотные свойства карбоновых кислот. Сравнение кислотных свойств органических кислот, воды, спиртов. Зависимость кислотности карбоновых кислот от строения углеводородного радикала, характера и положения заместителей в алкильной цепи. Константа кислотности рК.

Химические свойства: кислотные свойства (получение солей карбоновых кислот, ангидридов); основные свойства (реакция этерификации, галогенирования, аммонолиз); реакции по -атому углерода (галогенирование по -, - и атому углерода, реакция Геля-Фольгарда-Зелинского). Отношение к окислению. Получение надкислот.

Методы синтеза: окисление первичных спиртов, альдегидов и кетонов, алкенов, алкинов; гидролиз нитрилов и других производных карбоновых кислот; синтез на основе магнийорганических соединений, синтезы на основе малонового и ацетоуксусного эфиров. Получение муравьиной и уксусной кислот (промышленные способы их получения).

Ароматические карбоновые кислоты. Классификация и номенклатура.

Строение. Влияние заместителей на константы диссоциации замещенных бензойных кислот. Константы Гаммета. Общие методы синтеза карбоновых кислот.

Бензойная кислота, её производные (хлористый бензоил, перекись бензоила, продукты замещения в ядре).

Надбензойная кислота - окислительный агент. Перекиси ацилов как инициаторы радикальных реакций и полимеризации.

Коричная кислота, её получение и свойства.

Антраниловая кислота: синтез, превращение в дегидробензол.

Салициловая кислота: синтез по Кольбе-Шмидту, получение производных по гидроксилу и карбоксилу. Лекарственные препараты на основе салициловой кислоты.

Фталевая и терефталевая кислоты, их производные (фталевый ангидрид, фталид, фталимид, его применение в синтезе Габриэля). Полиэфирные волокна.

Конденсация фталевого ангидрида с фенолами: фенолфталеин, флюоресценция.

Ароматические сульфокислоты. Строение и реакционная способность моно- и дисульфокислот ароматического ряда.

Методы синтеза: сульфирование аренов (бензола, алкилбензолов, фенола, анилина, бензосульфокислоты, нафталина, антрацена). Сульфирующие агенты.

Обратимость и селективность сульфирования аренов. Соли арилсульфокислот в реакциях замещения с помощью электрофильных и нуклеофильных реагентов.

Химические свойства. Реакции сульфокислот с электрофильными реагентами.

Синтез пикриновой, метаниловой, ортаниловой и сульфаниловой кислот.

Реакции сульфокислот с нуклеофильными реагентами: синтез фенола, о- и п-крезола, - и -нафтола, -нафтилцианида.

Функциональные производные сульфокислот: хлорангидриды (получение алкиловых эфиров и амидов), амиды (натриевые соли, сульфамидные препараты - белый стрептоцид, альбуцид, сульфидин, сахарин, хлорамины). Тиофенолы. Значение сульфокислот и их производных.

Электронное строение и реакционная способность производных карбоновых кислот в реакциях SN. Понятие о реакциях ацилирования и ацилирующих агентах.

Галогенангидриды. Номенклатура. Методы получения (взаимодействие с галогенидами фосфора, тионилхлоридом) и реакционная способность галогенангидридов.

Химические свойства: взаимодействие с нуклеофильными реагентами (вода, спирт, аммиак, амины, гидразин, металлорганические соединения). Восстановление до альдегидов (по Розенмунду) и комплексными гидридами металлов.

Взаимодействие с диазометаном (реакция Арндта-Айстерта). Значение галогенангидридов.

Ангидриды: физические свойства и классификация ангидридов. Получение ангидридов (дегидратация кислот, ацилирование солей карбоновых кислот).

Химические свойства: взаимодействие с нуклеофильными реагентами (вода, спирт, аммиак, алкиламины). Ангидриды как ацилирующие агенты аминов и углеводов. Реакция Перкина. Значение ангидридов.

Сложные эфиры. Методы синтеза: этерификация карбоновых кислот (механизм), ацилирование спиртов и их алкоголятов ацилгалогенидами и ангидридами, алкилирование карбоксилат-ионов, алкоголиз нитрилов, взаимодействие кислот с диазометаном.

Химические свойства: гидролиз (механизм кислотного и основного катализа), аммонолиз, переэтерификация; восстановление до спиртов (реакция БувоБлана) и альдегидов комплексными гидридами металлов; взаимодействие с магний- и литийорганическими соединениями; сложноэфирная конденсация (реакция Кляйзена). Значение сложных эфиров.

Амиды. Классификация (первичные амиды, имиды, триациламины). Электронное строение амидов и его влияние на кислотные и основные свойства незамещенных и N-замещенных амидов.

Методы синтеза: ацилирование аммиака и аминов, пиролиз карбоксилатов аммония, гидролиз нитрилов. Синтез циклических амидов-лактамов.

Химические свойства: гидролиз (в щелочной и кислой средах), восстановление до аминов, дегидратация амидов. Понятие о секстетных перегруппировках. Перегруппировка Гофмана, Курциуса. Взаимодействие амидов с азотистой кислотой (реакция Буво). Значение амидов.

Нитрилы. Методы получения (дегидратация амидов, восстановление аминов). Химические свойства: гидролиз, аммонолиз, восстановление до аминов, взаимодействие с магний- и литийорганическими соединениями, реакция Риттера.

Соли. Методы синтеза (взаимодействие карбоновых кислот с металлами, их оксидами, гидроксидами, солями и гидридами). Использование солей карбоновых кислот в синтезе алканов (реакция Кольбе), алкилгалогенидов (реакция Бородина-Хунсдиккера), амидов, кетонов, галогенангидридов. Соли высших жирных кислот (ВЖК) и их применение для производства мыла и синтетических моющих средств.

Непредельные монокарбоновые кислоты Классификация, гомологический ряд и физические свойства. Основные представители непредельных кислот: акриловая, метилакриловая, метакриловая, олеиновая, линолевая, линоленовая. Получение непредельных карбоновых кислот: из акрилонитрила (гидролиз), из ацетилена (реакция Реппе), из ацетона, из ацетальдегида и малоновой кислоты.

Химические свойства. Реакция присоединения по С=С связи (с водой, соляной кислотой, аммиаком), реакция Михаэля, реакции полимеризации (полиакрилонитрил, полиметилакрилат), миграция С=С связи.

Высшие жирные непредельные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая). Липиды, жиры и масла. Понятие о «высыхающих» эфирных и жирных маслах. Жиры и входящие в их состав кислоты. Гидрогенизация и омыление жиров.

Гомологический ряд, номенклатура. Особенности физических свойств дикарбоновых кислот.

Методы синтеза: окисление гликолей, глиоксаля, оксикислот, циклических спиртов и кетонов; из галогензамещенных карбоновых кислот.

Строение: взаимное влияние карбоксильных групп на химические свойства.

Химические свойства: получение кислых и средних солей, эфиров.

Основные представители: щавелевая (промышленный синтез, декарбоксилирование в различных условиях, диэтилоксолат в сложноэфирной конденсации), малоновая кислота - конденсация с альдегидами (реакция Кневенагеля), реакция Михаэля, синтезы на основе малонового эфира (синтезы Конрада) – алкилирование, ацилирование и удлинение цепи). Янтарная кислота (её производные: ангидрид, амид, N-бромсукцинимид). Адипиновая кислота (конденсация Дикмана). Ацилоиновая конденсация как метод синтеза средних и макроциклов.

-Непредельные дикарбоновые кислоты. Фумаровая и малеиновая кислоты; методы их синтеза (дегидратация -оксикислот, реакция Кневенагеля, реакция Виттига, реакция Перкина).

Химические свойства: реакции присоединения по С=С связи. Стереохимия присоединения галогена и гидроксилирования перкислотами по Вагнеру (с перманганатом калия).

Методы синтеза нитросоединений (по Мейеру, по Коновалову, окислением аминов, замещением галогена на нитрогруппу в алкилгалогенидах).

Строение нитрогруппы. СН-Кислотность нитроалканов. Нитро-аци-нитротаутомерия.

Химические свойства. Образование нитроловых, псевдонитроловых и гидроксамовых кислот (реакция Бамбергера, промышленный синтез гидроксиламина). Реакции нитроалканов с азотистой кислотой, минеральными кислотами (реакция Нефа), галогенами, конденсация с карбонильными соединениями (реакция Анри). Реакции по NО2-группе: полное и неполное восстановление в различных условиях. Значение нитросоединений.

Нитроарены. Строение и ориентирующее влияние нитрогруппы. Синтез моно- и полинитроаренов. Тротил. Реакционная способность соединений ароматического ряда в реакциях нитрования. Нитрующие агенты. Особенности реакций нитрования: бензола, толуола и различных алкилбензолов, дифенила, галогенбензола, фенола, анилина, аренов с заместителями II рода, нафталина, антрацена.

Химические свойства: реакции SЕ-2, реакции SN (причины орто- и параориентации), реакции восстановления (реакция Зинина), перегруппировка промежуточных продуктов восстановления (бензидиновая и семидиновая перегруппировка), перегруппировка Валлаха. Качественные реакции на нитробензол. СН-Кислотность нитротолуолов и фенилнитрометана.

Полинитросоединения. Восстановление и нуклеофильное замещение нитрогрупп, образование комплексов с переносом зарядов (КПЗ). Значение нитроаренов.

Классификация, изомерия и номенклатура аминов.

Алифатические амины. Методы синтеза: алкилирование аммиака по Гофману, фталимида калия (реакция Габриэля); восстановление нитросоединений, нитрилов, изоцианидов, производных карбоновых кислот. Взаимодействие альдегидов и кетонов с формиатом аммония (реакция Лейкарта). Перегруппировка Курциуса.

Строение аминов. Амины как кислоты и основания. Сравнительная характеристика кислотно-основных свойств первичных, вторичных и третичных аминов.

Химические свойства: ацилирование первичных и вторичных аминов (практическое использование этой реакции), алкилирование до четвертичных аммониевых оснований с последующим термическим разложением (реакция Коупа).

Термическое разложение гидроксидов тетраалкиламмония по Гофману. Качественные реакции на амины (взаимодействие с азотистой кислотой). Значение моноаминов.

Диамины. Путресцин, кадаверин, гексаметилендиамин. Значение диаминов.

Соль АГ. Найлон.

Амины ароматического ряда. Классификация, номенклатура. Электронное строение и основность. Влияние заместителей в ароматическом кольце на основность аминов.

Методы синтеза первичных, вторичных и третичных аминов. Получение ариламинов: из нитро- и хлорбензола (реакция Зинина, Энгельгарта), алкилированием и арилированием ароматических аминов. Бензидин.

Химические свойства: реакции с участием NH2 группы (алкилирование, ацилирование, конденсация с альдегидами и кетонами, основания Шиффа, с хлороформом). Взаимодействие с азотистой кислотой (реакция диазотирования, нитрозирования - перегруппировка Фишера-Хеппа), С-замещение в кольце.

Реакции по кольцу: галогенирование, нитрование в о-, м- и п-положение, сульфирование (синтез метаниловой и сульфаниловой кислот, синтез белого стрептоцида и сульфамидных препаратов на его основе). Реакции окисления и восстановления. Качественные реакции на амины. Значение аминов.

Классификация и номенклатура.

Диазосоединения: общие представления об алифатических диазосоединениях. Диазометан, диазоуксусный эфир.

Ароматические диазосоединения. Строение диазосоединений. Кислотно-основные превращения с участием катиона арилдиазония. Строение и устойчивость солей диазония. Основные формы диазосоединений (соли, диазогидрат, нитрозоамин, диазотат и другие).

Методы синтеза солей диазония. Реакции диазотирования первичных ароматических аминов (условия диазотирования). Механизм и природа нитрозирующего агента.

Химические свойства. Реакции солей диазония с выделением азота. Зависимость направления реакции от условий её проведения. Замена диазогруппы на окси-, циано- и нитрогруппы, галоген и водород. (Окислительно-восстановительные реакции и их использование в органическом синтезе). Реакция Гаттермана-Зандмейера.

Реакции диазосоединений без выделения азота. Реакции восстановления и азосочетания.

Азосоединения: строение и номенклатура. Азокрасители – их строение и получение (п-оксиазобензол, гелиантин, конго-красный). Азосочетание как реакция электрофильного замещения. Азо- и диазосоставляющие, условия сочетания с аминами и фенолами.

Зависимость строения азокрасителей от рН-среды. Индикаторы. Теория цветности органических соединений (теория Витта). Ауксохромы и хромофоры. Зависимость глубины окраски соединений от химического строения (длины цепи, наличия и места заместителей, сопряжения). Классификация азокрасителей.

Предмет и задачи стереохимии. Причины возникновения стереохимии как науки и её значение.

Оптическая изомерия. Понятие об асимметрическом атоме углерода, хиральности (элементы хиральности: центр, ось, плоскость, пространство), оптической активности и оптически активных соединениях, оптических изомерах.

Способы изображения пространственного строения органических соединений на плоскости. Проекционные формулы Фишера (их построение и правила обращения с ними.) Номенклатура. -Энантиомеры. Конфигурационные стандарты Розанова.

Изомеры L- и D-ряда. -Энантиомеры с несколькими асимметрическими атомами. Антиподы, энантиомеры, диастереомеры. Рацематы и мезомерные формы.

Расщепление рацематов. Работы Пастера. R, S-Номенклатура (правило КаннаИнгольда-Прелога). -Диастереомеры. цис-, транс-; Z- и Е-; син- и антиноменклатура.

Динамическая стереохимия. Понятие о стереоспецифических, стереоселективных реакциях. Взаимосвязь механизма реакции и стереохимии продуктов.

Вальденовское обращение в реакциях SN-2. Цис- и транс-присоединение к олефинам (АЕ) Асимметрический синтез (Фишер, Морквальд, Маккенз). Хиральные и прохиральные молекулы. Частично и абсолютно асимметрический синтез и его значение Классификация и номенклатура. Природные оксикислоты (гликолевая, яблочная, винная, молочная, виноградная, лимонная) Методы синтеза:

-оксикислот (циангидриновый синтез, восстановление карбонильных соединений, гидролиз производных карбоновых кислот), окисление альдолей, восстановление карбонильных соединений, гидратация карбоновых кислот, реакция Реформатского), - (гидратация лактонов).

Химические свойства: реакции по -ОН и -СООН группам. Зависимость свойств (кислотность, отношение к минеральным кислотам, поведение при нагревании) оксикислот от их строения. W-Лактоны. Значение оксикислот.

Угольная кислота и её производные: получение и основные свойства. Фосген, мочевина и её производные, эфиры угольной кислоты, изоцианаты, уретаны, семикарбазид, ксантогенаты.

Классификация и номенклатура. Влияние электронного строения на кислотность и химические свойства оксокислот.

-Оксокислоты. Глиоксиловая и пировиноградная: методы синтеза и их специфические свойства (окислительно-восстановительные превращения, отношение к нагреванию).

-Оксокислоты: причины многообразия и неустойчивости. Ацетоуксусный эфир (АУЭ): получение, строение и причины высокой реакционной способности. Кето-енольная таутомерия (Z, Z-и Е, Е-конфигурации и U,W,2S-конформации). Реакции АУЭ по енольному типу: О- и С-алкилирование, ацилирование реагента и растворителя, взаимодействие с галогенами и галогенангидридами.

Реакции по кетонному типу (взаимодействие с гидразином, гидроксиламином, цианистым калием, бисульфитом натрия). СН-Кислотность АУЭ (взаимодействие с альдегидами, эфирами непредельных кислот). Кетонное и кислотное расщепление АУЭ, нитрозирование. Значение оксокислот.

Классификация и номенклатура, основные представители.

-Аминокислоты, их строение, свойства, общие методы получения. Реакции аминокислот с участием каждой из функциональных групп (получение сложных эфиров, хлорангидридов; ацилирование, алкилирование, взаимодействие с азотистой кислотой). Отношение и - аминокислот к нагреванию.

Лактамы. Капролактам. Пептиды. Представление о строении белков. Значение аминокислот.

Фуран, тиофен, пиррол. Электронное строение пятичленных гетероциклов и их ароматичность, диеновый характер, дипольный момент (по сравнению с бензолом). Молекулярные -орбитали пятичленных гетероциклов. Предельные структуры (повышенная нуклеофильность). Номенклатура.

Важнейшие методы синтеза: общие способы получения (промышленный, цикл Юрьева). Специфические методы синтеза (синтез пирролов по Кнорру, реакция Чичибабина, из 1,4-дикарбонильных соединений и диолов, из бутана и серы).

Химические свойства. Зависимость химических свойств от природы гетероатомов. Реакции SЕ-2: нитрование, сульфирование, галогенирование, формилирование, ацилирование. Ориентация электрофильного замещения с точки зрения динамического и статического фактора. Непредельный характер (реакции гидрирования, диенового синтеза). Окисление: кислотно-основные свойства пятичленных гетероциклов. Ацидофобные свойства. Отношение к действию кислот. Конденсация пиррола с формальдегидом и муравьиной кислотой. Представление о строении и биохимической роли хлорофилла и гемоглобина. Фурфурол, его получение и использование в синтезе.

Индол, его синтез по Фишеру из фенилгидразина и кетонов. Химические свойства: восстановление, протонная подвижность водорода NН-группы; реакции SЕ в ядре (сравнение с поведением пиррола). Индолилмагнийбромид, индолилнатрий, их реакции. Оксопроизводные индола, лактам-лактимная таутомерия. Роль соединений индола в природе. Индиго, его синтез.

Пятичленные гетероциклы с несколькими гетероатомами. Синтез и свойства пиразола и имидазола. Понятие о триазолах и тетразолах. Гистидин.

Пиридин. Изомерия, строение, ароматичность. Предельные структуры. Физические свойства и нахождение в природе. Синтез хинолина из ацетилена, акролеина и др.

Химические свойства. Реакции по атому азота: (причины проявления основных свойств), взаимодействие с водой, галогеналканами, оксидом серы, с минеральными и органическими кислотами. Соли пиридиния. N-окись пиридина, её использование в аналитической химии. Пути расщепления пиридинового кольца и его использование.

Реакции по ядру: электрофильное замещение (сульфирование, галогенирование, нитрование). N-Окись (предельные структуры). Нуклеофильные реакции пиридинов с амидом натрия (реакция Чичибабина), едким кали, фениллитием.

Непредельный характер пиридина. Гидрирование в различных условиях. Пиперидин. Окисление пиридина и его гомологов. Никотиновая кислота, её производные и их значение. Реакции боковых цепей гомологов пиридина (- и метилпиридины). Винилпиридин. Окси- и аминопиридины. Таутомерия -, окси- и аминопиридинов. Витамины группы В6 (пиридаксол, пиридоксаль, пиридоксамин). Алкалоиды (никотин, кониин).

Хинолин и изохинолин. Синтез из аминов по Скраупу и Дебнеру-Миллеру, из аминоарилкарбонильных соединений по Фриндлендеру. Поведение хинолина в реакциях окисления, восстановления, сульфирования, алкилирования. Окси-хинолины и их значение. Нуклеофильные реакции хинолина. Использование хинолина (лекарственные препараты, красители).

Шестичленные гетероциклы с несколькими гетероатомами. Пиримидины и пурины, их роль в природе. Урацил, тимин, цитозин - компоненты нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК). Нуклеозиды и нуклеотиды.

Роль углеводов в природе, классификация, номенклатура.

Моносахариды. Основные представители: глюкоза, манноза, арабиноза и другие. Классификация моноз на основе глюкозы (в зависимости от положения карбонильной группы, характера цепи, природы гетероцикла, расположения гликозидного гидроксила, угла вращения поляризованного света).

Изомерия: понятие о стереоизомерах. Кето-енольная таутомерия. Эпимеризация моноз. Кольчато-цепная таутомерия. Замыкание фуранозного и пиранозного цикла. Формулы Колли-Толленса, Фишера, Хеуорзса. Гликозидный (полуацетальный гидроксил), его специфические свойства. Аномеры. Явление мутаротации. Конформационная изомерия пираноз. Аномерный эффект. Инверсия.

Способы получения моноз: гидролиз ди- и полисахаридов, циангидриновый синтез. Генетический ряд моноз.

Химические свойства. Реакции по открытой цепи: реакции окисления и восстановления (переход к альдоновым, сахарным, уроновым кислотам и многоатмным спиртам). Исчерпывающее окисление. Образование гидразонов и озазонов. Реакции укорочения и удлинения углеродной цепи.

Реакции по закрытой форме: получение сахаратов, гликозидов, реакции алкилирования и ацилирования, синтез сложных эфиров.

Ди- и полисахариды. Классификация. Основные представители дисахаридов (биозы): мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза, трегалоза (и их роль в природе). Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Отношение дисахаридов к окислителям, кислотное и ферментативное расщепление.

Полисахариды. Крахмал, целлюлоза, гликоген их роль в природе и практическое использование.

Химические свойства: гидролиз крахмала, реакции ацилирования и нитрования целлюлозы (их применение в промышленном масштабе). Качественные реакции на углеводы.

Лекционный курс предполагает углубленное изучение теоретических основ органической химии, базируется на типовых программах по дисциплине «Органическая химия», разработанных академиком Зефировым Н.С., профессором Курцем А.Л., профессором Лукашевым Н.В. и рекомендованных в 2004 г УМО для проведения курса органической химии по специальности – 020101 Химия.

Лекционный курс полностью соответствует требованиям, определённым ГОС ВПО (стр. 6).

Изучение теоретических основ органической химии начинается с ознакомления с химической терминологией, основными правилами и законами, на которых базируется дальнейшее освоение этой дисциплины. Классы органических соединений рассматриваются в традиционном плане: синтез, строение, химическое поведение, основные представители. Описание химических превращений предусматривает рассмотрение основных механизмов органических реакций. Представление о прикладном значении органической химии подразумевает знакомство с применением органических соединений в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и быту, с токсичностью органических соединений и их влиянии на живые организмы и окружающую среду.

Таблица 2. Распределение лекционных часов в 5 и 6 семестре строение, способы изображения (формулы, молекулярные модели) и классификация органических соединений. Изомерия. Гомология.

Типы химической связи. Основные характеристики и механизмы образования ковалентной связи.

Введение в Методы молекулярных орбиталей, валентных свяорганическую зей и теории резонанса. Типы гибридизации атома реакционной способности молекул. Субстрат, реагент, исходные и конечные соединения, механизм Энергетический профиль реакции. Факторы, влияющие на скорость и направление реакции.

Номенклатура Номенклатура: тривиальная, рациональная, органических ИЮПАК. Основные принципы построения назвасоединений ний органических соединений. Старшинство функциональных групп.

Электронное строение алканов. Пространственная и конформационная изомерия (проекции Ньюмена).

Алканы Причины химической пассивности алканов. Гомолиз. Реакции радикального замещения (SR): механизм галогенирования алканов, сульфохлорирование и сульфоокисление, нитрование. Окисление алканов. Гетеролиз алканов.

Электронное строение алкенов. Структурная и геометрическая изомерия. Непредельные радикалы.

Алкены Характеристика химических свойств алкенов. Гидрирование, электрофильное присоединение (механизм АdE). Галогенирование: механизм, стереохимия. Гидратация. Окислительные превращения алкенов. Радикальные реакции: присоединение бромистого водорода по Харашу и аллильное галогенирование по Циглеру.

Особенности строения диенов (s-цис- и s-трансизомерия). Превращения сопряженных диенов. РеДиены акции 1,2- и 1,4-присоединения. Ионный и радикальный механизмы реакций присоединения. Реакции Дильса-Альдера и их применение в органическом синтезе.

Реакции присоединения (АЕ): гидрирование, галогенирование, гидратация. Взаимодействие алкинов с Алкины соединениями, содержащими подвижный атом водорода.

СН-Кислотность. Металлирование алкинов, реактивы Иоцыча, ацетилениды. Реакции Фаворского, Реппе и их значение в органическом синтезе. Ацетилен-, алленовая изомеризация. Окислительные превращения ацетиленовых углеводородов.

циклов. Особенности строения циклопропана и циклобутана. Реакции гидрирования, галогенирования, Алициклы дегидрирования. Строение циклопентана и циклогексана. Конформационный анализ циклогексана сужения циклов (дезаминирование). Реакции окисления и восстановления. Трансаннулярные реакции.

обоснование. Энергия стабилизации (резонанса).

Ароматические катионы и анионы. Изомерия и номенклатура.

Реакции замещения: нитрование, галогенирование, Алкилбензолы алкилбензолов: галогенирование, нитрование, алкилирование (ипсо-замещение). Реакции радикального замещения. Изомеризация. Диспропорционирование. Окисление.

Арены с Изомерия, номенклатура. Строение, ароматичность конденсиро- аром: галогенирование, нитрование, сульфирование ванными (предельные структуры). Реакции присоединения: гаядрами логена, водорода. Диеновый синтез. Реакции окисления. Получение анион-радикалов и дианионов.

номенклатура. Атропоизомерия. Сравнительная хаАрены с рактеристика скорости реакций SЕ-2 бензола и неконденси- дифенила.

рованными ядрами способность. СН-Кислотность: трифенилметановый катион, анион, радикал. Трифенилметановые красители (малахитовый и бриллиантовый зеленый). Причины окраски. Амино- и окси- формы красителей.

Особенности строения галогеналканов и их реакционная способность. Реакции нуклеофильного Галогенпроиз- реакций Е-1, Е-2), стереохимические особенности.

водные Амбидентные ионы. Взаимодействие с металлами.

углеводородов Комплексообразование галогеналканов с ионами Галогенопроизводные этилена. Особенности строения хлористого винила и аллила, их химические Полигалогеналканы: галоформная реакция и реакция теломеризации. Фреоны.

Галогенарены: классификация, строение и реакционная способность хлорбензола, хлористого бензила. Представление о механизме нуклеофильного замещения аренов. Механизм присоединения-отщепления (SN-1, SN-2).

Литий и магний органические соединения: причины химической активности и использование ее в Магний и органическом синтезе.

литийорганичес Металлорганические соединения в роли восстакие соединения новителей, оснований, нуклеофилов. Взаимодействие литийорганических соединений с водородом, водой, галогенами, оксидом углерода (II, IV), карбонильными соединениями.

(механизмы SN-1, SN-2). Кислотные свойства спиртов: алкилирование и ацилирование. Реакция этериСпирты фикации.

Сернокислотная дегидратация (получение алкенов, простых эфиров). Синтез, свойства и синтетическое использование алкиловых эфиров минеральных кислот. Окисление и дегидрирование спиртов.

Строение фенола. Химические свойства: по ОНгруппе (а. кислотные - алкилирование, ацилирование, б. замещение ОН-группы на водород, галоген Реакции по ядру: особенности реакций SЕ-2 (гаФенолы логенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование). Карбонилирование фенолов, нитрозирование, азосочетание. Окислительные превращения фенолов. Ароксильные радикалы (антиоксиданты). Фенольные стабилизаторы полимерных материалов. Конденсация фенола по ОНгруппе и по кольцу. Механизм конденсации фенола с формальдегидом. Бакелиты. Фенолформальдегидные смолы.

Пирокатехин, гидрохинон, флороглюцин. Качественные реакции на фенолы.

амины. Реакции по кольцу: галогенирование, нитрование в о-, м- и п-положение, сульфирование синтез белого стрептоцида и сульфамидных препаратов).

Строение нитрогруппы. СН-Кислотность нитроалканов. Нитро-аци-нитро-таутомерия. Образование нитроловых, псевдонитроловых и гидроксамовых кислот. Реакции с азотистой кислотой, минеральными кислотами (реакция Нефа), галогенами, конденсация с карбонильными соединениями (реакция Нитросоеди- Анри). Полное и неполное восстановление нитронения группы.

Нитроарены. Ориентирующее влияние нитрогруппы. Особенности нитрования производных бензола, нафталина, антрацена. Реакции SЕ-2, SN (причины орто- и пара-ориентации), восстановления (бензидиновая и семидиновая перегруппировка).

СН-Кислотность нитротолуолов и фенилнитрометана.

Диазосоединения: строение, основные формы диазосоединений. Методы синтеза (реакции диазотирования ароматических аминов). Реакции солей диаАзо- и диазо- зония с выделением и без выделения азота. Реакции соединения восстановления и азосочетания.

Азосоединения: строение и номенклатура. Азокрасители (индикаторы), их строение и получение (поксиазобензол, гелиантин, конго-красный). Азосочетание как реакция электрофильного замещения.

кетонах. Влияние углеводородного радикала на карбонильную активность. Реакционная способность альдегидов и кетонов. Реакции присоединения (АN):

Альдегиды и форм: галогенирование, галоформное расщепление, кетоны. нитрозирование, алкилирование, альдольно-кротоновая конденсация (механизмы при кислотном и основном катализе). Циклоолигомеризация и полимеризация альдегидов (триоксан, паральдегид, параформ). Окислительно-восстановительные реакции Карбоновые Электронное строение карбоксильной группы.

кислоты. Карбоксилат-ион, причины его устойчивости. Кис -атому углерода (реакция Геля-Фольгарда-Зелинского). Отношение к окислению. Получение надкислот.

Галогенангидриды. Взаимодействие с нуклеофильными реагентами, с диазометаном, восстановление реагентами (вода, спирт, аммиак, алкиламины).

Сложные эфиры: гидролиз, аммонолиз, переэтеПроизводные карбоновых рификация; восстановление до спиртов и альдегикислот дов; взаимодействие с магний- и литийорганическими соединениями; сложноэфирная конденсация.

Амиды. Классификация (амиды, имиды, трициламины). Влияние электронного строения на кислотно-основные свойства незамещенных и N-замещенных амидов.

акриловая, метилакриловая, метакриловая. Реакции Дикарбоновые (полиакрилонитрил, полиметилакрилат), миграция Непредельные кислоты янтарная, адипиновая). Строение и химическая Предмет и задачи стереохимии. Оптическая изомерия (асимметрический атом углерода, элементы хиральности). Изображение пространственного строеЭлементы ния органических соединений (формулы Фишера).

стереохимии. Номенклатура. Конфигурационные стандарты Розанова (L- и D-изомеры). R- и S-изомеры (правило Канна-Ингольда-Прелога). -,-Диастереомеры.

Динамическая стереохимия. Стереоспецифические и стереоселективные реакции. Взаимосвязь механизма реакции и стереохимии продуктов. Вальденовское обращение в реакциях SN-2. цис-, трансПрисоединение к олефинам (АЕ) Природные оксикислоты (гликолевая, яблочная, винная, молочная, виноградная). Реакции по -ОН и Оксикислоты СООН группам. Зависимость свойств (кислотность, нагревании) оксикислот от их строения. W-Лактоны.

пятичленных гетероциклов, их ароматичность, диеновый характер, дипольный момент. Номенклатура.

Зависимость химических свойств от природы ГетеГетероциклы роатомов. Реакции SЕ-2. Реакции гидрирования, диеновый синтез. Ацидофобность.

понятие о стереоизомерах. Кето-енольная и кольчато-цепная таутомерия. Формулы Колли-Толленса, Фишера, Хеуорзса. Гликозидный гидроксил, его специфические свойства. Аномеры. Явление мутароМоносахариды тации. Конформационная изомерия пираноз. Аномерный эффект. Инверсия.

цепи: окисление, восстановление. Образование гидразонов и озазонов. Реакции укорочения и удлинения углеродной цепи. Реакции по закрытой форме: получение сахаратов, гликозидов, алкилирование и ацилирование.

полисахариды целлобиоза, лактоза, сахароза, трегалоза. Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды.

Гидролиз крахмала, реакции ацилирования и нитрования целлюлозы (их применение в промышленном масштабе). Качественные реакции на Таблица 3. Содержание практикума в 5 и 6 семестре органичес- дачи органической химии. Способы изображения оргакую химию. нических соединений (формулы, модели). Явление изомерии и её виды. Гомология. Понятие о функциональной группе. Классификация органических соединений.

Электронные представления в органической химии.

основные характеристики и механизмы её образования.

резонанса). Электронные эффекты (мезомерный, индуктивный, эффект поля) и их влияние на стабильность и реакционную способность органических соединений.

Реакционная способность органических соединений.

Классификация реагентов и реакций. Механизм реакции и его виды. Способы разрыва ковалентной связи. Промежуточные частицы и переходное состояние. Энергетический профиль и контроль за ходом реакций.

Основы номенклатуры органических соединений ПоНоменклатура органи- нятие о видах номенклатуры. Основные принципы постческих сое- роения названий органических соединений. Функциодинений нальные группы и их старшинство.

Контрольная Введение в органическую химию. Номенклатура орработа №1 ганических соединений.

Гомологический ряд. Электронное и пространственное строение. Конформационная изомерия (проекции Ньюмена). Методы синтеза и химические свойства алканов.

Алканы Обоснование химической пассивности алканов, способы разрыва связей. Реакции SR (механизм), крекинг.

Свободные радикалы, карбкатионы, карбанионы и их устойчивость. Галогенирование, нитрование, сульфирование и сульфохлорирование.

Лабораторная Получение, физические и химические свойства насыработа №1 щенных углеводородов.

на реакционную способность олефинов. Общая харакАлкены. теристика химических свойств алкенов. Представление о механизме АdE. Галогенирование, механизм гидрогалогенирования (правило Марковникова, динамический и статический факторы), гидратация, окислительные превращения. Радикальные реакции: эффект Хараша.

Гомологический ряд и классификация. Особенности изомерии (S-цис, S-транс). Химические превращения Диены кумулированных и сопряженных диенов. Ионный и радикальный механизмы реакций, 1,2- и 1,4-присоединение. Реакция Дильса-Альдера (механизм, стереохимия, значение).

Гомологический ряд. Электронное строение. Изомерия, Алкины связи алкинов: гидрирование, галогенирование, гидратация (реакция Кучерова, правило Эльтекова-Эрленмейера). Реакции замещения (СН-кислотность, металлирование, реакции Фаворского, Реппе). Окислительные Лабораторная Получение, физические и химические свойства этилена, работа № 2-4 диеновых и ацетиленовых углеводородов.

Контрольная Углеводороды: получение, строение, химические Классификация, номенклатура. Строение малых, средних и макроциклов. Виды напряжений в алициклических соединениях (байеровское, питцеровское, прелоАлициклы говское, торсионное). Конформационная изомерия алициклических соединений. Инверсия циклогексанового кольца. Моно- и дизамещенные циклогексаны (предпочтительные конформации). Химические свойства алициклов. Реакции замещения и разрыва цикла, расширение и сужение цикла (перегруппировка Демьянова), Правило ароматичности. Ароматические катионы и анионы. Строение, изомерия и номенклатура. Представление о механизме реакции SN-2 ароматического (и -комплексы, структура переходного состояния). ПраБензол и ал- килбензолы вила ориентации реакций SE-2 ароматического с точки зрения статического и динамического факторов. Ориентанты I и II рода. Согласованная и несогласованная ориентация. Механизм реакций нитрования, алкилирования и ацилирования. Особенности реакций SE- ароматического алкилбензолов (эффект Беккера–Натана, ипсо-замещение, дезалкилирование, арилониевые Лабораторная Получение и свойства бензола и алкилбензолов.

работа № Нафталин, антрацен. Ароматичность, энергия стабилиАрены с зации и особенности их химических свойств. Реакции конденсиро- присоединения, диенового синтеза и SE-2 аром.

ванными Фенантрен. Скорость реакций SE-2 аром в ряду бензол, ядрами нафталин, антрацен, фенантрен.

Арены с не- Дифенил. Строение, изомерия, номенклатура, химиконденсиро- ческие свойства. Ди- и трифенилметаны. СН-Кислотванными яд- ность. Трифенилметановые красители (малахитовый рами зеленый, кристаллический фиолетовый).

Лабораторная Соединения ряда трифенилметана. Ароматичские соеработа № 6,7 динения с конденсированными ядрами.

Контрольная Ароматические углеводороды.

работа № Тестирование Решение тестов по темам 5 семестра Зачёт Отчёт о письменной домашней работе Классификация, изомерия, номенклатура. Строение и Галогенпро- химическая активность. Представление о реакциях SN у алифатичес- низмы SN -1, SN-2, Е-1 и Е-2 (факторы, влияющие на ких угле- скорость реакций SN). Реакции гидролиза, взаимодействодородов вия с металлами, восстановления.

Лабораторная Получение и свойства галогеналканов.

работа № Галогенарены Классификация и строение галогенаренов. Химические Лабораторная Получение и свойства галогенаренов.

работа № Магний- и Строение, получение и свойства элементорганических литийорга- соединений. Роль магний- и литийорганических соединические нений в современном органическом синтезе.

соединения Гомологический ряд. Строение, изомерия и номенклатура. Кислотно-основные свойства. Теория кислот и осСпирты. нований Бренстеда-Лоури-Льюиса. Химические свойстПростые ва по -ОН группе. Замещение гидроксила на галоген эфиры. (Hаl2, PCI5, SO2CI), механизмы SN-1, SN-2 (cтереохимия).

Алкилирование и ацилирование. Сернокислотная дегидратация. Классификация, строение и физические свойства эфиров. Химические свойства (образование оксониевых солей, разрыв связи С-О, реакции окисления) Лабораторная Получение, свойства спиртов. Свойства глицерина. Поработа 10-12 лучение, физические и химические свойства эфиров.

Строение, классификация. Кислотно-основные свойства фенолов (устойчивость фенолят-аниона). Химические Фенолы. свойства по -ОН группе и замещение ее на Hal и NH Нафтолы. группу. Особенности реакций по ядру (ипсо-замещеХиноны. ние), нитрозирование и азосочетание. Ароматические спирты. Многоатмные фенолы (пирокатехин, гидрохинон, резорцин и флюроглюцин). Нафтолы, хиноны:

классификация, основные химические свойства и значение.

Лабораторная Химические свойства фенолов.

работа № Контрольная Галогенпроизводные углеводородов. Спирты. Фенолы работа № Классификация, изомерия и номенклатура. Строение, Алифатичес- кислотно-основные свойства первичных, вторичных и кие и арома- третичных аминов. Алкилирование и ацилирование тические аминов, взаимодействие с азотной кислотой. Особенамины ности ароматических аминов. Качественные реакции на ароматические амины (диазотирование, нитрозирование, перегруппировка Фишера-Хеппа). Синтез метаниловой и сульфаниловой кислот, белого стрептоцида и др. сульфамидных препаратов. Значение аминов.

Лабораторная Получение и свойства алифатических аминов. Химиработа 14,15 ческие свойства анилина Изомерия, номенклатура. Строение NO2 группы. Нитро– аци–нитро таутомерия. СН-Кислотность. Образование Алифатичес- нитроловых, псевдонитроловых, гидроксамовых кислот.

кие и арома- Взаимодействие с минеральными кислотами (HNO2, тические HCI), галогенами, карбонильными соединениями (реакнитросоеди- ция Анри). Полное и неполное восстановление NO нения группы. Нитробензол: строение, получение, особенности химических свойств (SE-2, SN), восстановление NO2 группы (бензидиновая и семидиновая перегруппировки). Полинитросоединения.

Классификация. Представление о строении, кислотноосновных превращениях диазосоединений и их устойАзо- и чивости. Реакции диазотирования (механизм). Реакции диазосоеди- диазосоединений без выделения и с выделением азота.

нения Азосоединения: строение, использование в качестве индикаторов, причина окраски (теория Витта), и ее изменения от рН-среды.

Гомологический ряд. Изомерия, номенклатура. Строение карбонильной группы (полярность, поляризуемость, влиАльдегиды и яние радикала). Химические превращения альдегидов и кетоны кетонов. Представление о механизме AN. Реакционная способность альдегидов и кетонов в реакциях AN. Взаимодействия с N- и С-нуклеофилами. Кето-енольная таутомерия. Альдольно-кротоновая конденсация. Окислительно-восстановительные превращения.

Лабораторная Получение и свойства альдегидов и кетонов.

работа № Гомологический ряд. Изомерия и номенклатура. Электронное строение СООН группы и ее влияние на химиКарбоновые кислоты ческие свойства. Ассоциация и диссоциация карбоно вых кислот. Кислотность карбоновых кислот. Механизм и стереохимия реакции этерификации, галогенирование Галогенангидриды: взаимодействие с нуклеофильными Ангидриды: взаимодействие с нуклеофильными реаПроизводные гентами (Н2О, ROH, NH3 и др.) Ангидриды и галогенкарбоновых ангидриды как ацилирующие агенты.

кислот Сложные эфиры: гидролиз (механизм), аммонолиз, переэтерификация, восстановление, сложноэфирная конденсация (по Кляйзену).

аминов, дегидратация. Перегруппировки Гофмана, Курциуса. Реакция Буво (HNO2).

Лабораторная Получение и свойства карбоновых кислот. Получение и работа 17,18 свойства сложных эфиров.

Гомологический ряд и номенклатура. Взаимное влияние Дикарбоновые карбоксильных групп на химические свойства. Получекислоты ние кислых и средних солей, эфиров. Основные представители (щавелевая, малоновая, янтарная, адипиновая) и их химические свойства. Синтезы на основе малонового эфира и их значение в органическом синтезе.

Лабораторная Свойства высших жирных кислот.

работа № Классификация, номенклатура, строение. Общие методы Ароматичес- синтеза ароматических кислот. Бензойная, надбензойкие карбоно- ная, коричная, антраниловая, салициловая, фталевая и вые и суль- терефталевая кислоты. Химические свойства сульфофокислоты кислот: взаимодействие с электро- и нуклеофильными реагентами. Значение ароматических кислот и их производных.

Контрольная Алифатические и ароматические карбоновые кислоты и работа № 5 их производные.

Понятие об асимметрическом атоме углерода, элементах хиральности, оптической активности органических соединений. Способы изображения пространстЭлементы венного строения органических соединений. Формулы стереохимии Фишера, - и -энантиомеры. L- и D–ряды. R- и Sноменклатура (правило Кана–Ингольда–Прелога).

Динамическая стереохимия. Стереоспецифические и стереоселективные реакции. Взаимосвязь механизма и продуктов реакции. Вальденовское обращение. Асимметрический синтез.

Классификация и номенклатура. Химические свойства Оксикислоты. по гидроксильной и карбоксильной группам. СпециОксокислоты фические свойства оксикислот. Представители оксикислот и их значение. Представители,-оксокислот и их специфические свойства. Ацетоуксусный эфир: получение, строение, изомерия, таутомерия и синтезы на его Классификация, номенклатура. -Аминокислоты. ХиАминокис лоты мические свойства по амино- и карбоксильной группам.

Лабораторная Окси- и аминокислоты. Свойства высших жирных Электронное строение и их ароматичность. Зависимость химических свойств от природы гетероатома.

Гетероцикли Непредельный и ароматический характер: реакции SЕ- соединения Шестичленные гетероциклы. Пиридин (строение, изомерия). Реакции по ядру (сульфирование, галогенирование, нитрование). N-окись. Реакции с амидом натрия, Классификация моноз (стереоизомерия). Кето-енольная и кольчато-цепная таутомерия. Конформационная изоМоносаха- мерия: аномерный эффект, инверсия, явление мутарориды тации. Химические свойства по открытой и закрытой Восстанавливающие, невосстанавливающие дисахариды Ди- и поли- и их основные представители.

сахариды Полисахариды: крахмал, целлюлоза. Строение, химические свойства и их практическое использование.

Лабораторная Химические свойства моносахаридов.

работа № Контрольная Углеводы.

работа № Проведение лабораторных работ после изучения каждого класса органических соединений позволяет освоить лабораторные методы их получения и закрепить на практике основные физические и химические свойства.

Правила техники безопасности при работе в химической лаборатории Работа в химической лаборатории связана с некоторой опасностью, т.к. многие вещества в той или иной степени ядовиты, огне- и взрывоопасны.

Возможность несчастных случаев может быть исключена при выполнении всех мер предосторожности. Однако существуют общие правила, выполнение которых обязательно для каждого работающего в лаборатории независимо от того, какой эксперимент он выполняет.

1. Работать одному в лаборатории категорически запрещается, так как в случае несчастного случая будет некому оказать помощь пострадавшему и ликвидировать последствия аварии.

2. Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать чистоту, тишину, порядок и правила техники безопасности, так как поспешность, неряшливость часто приводят к несчастным случаям с тяжелыми последствиями.

3. Каждый работающий должен знать, где находятся в лаборатории средства противопожарной защиты и аптечка, содержащая все необходимое для оказания первой помощи.

4. Запрещается в лаборатории курить, принимать пищу, пить воду.

5. Нельзя приступать к работе, пока учащиеся не усвоят всей техники её выполнения.

6. Опыты следует проводить только в чистой посуде. После окончания эксперимента посуду следует ополоснуть сразу же.

7. В процессе работы необходимо соблюдать чистоту, аккуратность. Следить, чтобы вещества не попадали на кожу лица, рук, так как многие вещества (галогенпроизводные, фенолы, нитросоединения, непредельные соединения и др.) вызывают раздражение кожи и слизистых оболочек.

8. Никаких веществ в лаборатории не пробовать на вкус. Нюхать вещества можно, лишь осторожно направляя на себя пары или газы легким движением руки, а не наклоняясь к сосуду и не вдыхая полной грудью.

9. На всех банках, склянках и другой посуде, где хранятся реактивы, должны быть этикетки с указанием названия веществ.

10. Склянки с веществами или растворами необходимо брать одной рукой за горлышко, а другой снизу поддерживать за дно.

11. Категорически запрещается затягивать ртом в пипетки органические вещества и их растворы.

12. Во время нагревания жидких и твердых веществ в пробирках и колбах нельзя направлять их отверстие на себя и на соседей. Нельзя также заглядывать сверху в открыто нагреваемые сосуды (во избежание возможного поражения при выбросе горячей массы).

13. После окончания работы необходимо выключить воду, электроэнергию.

Категорически запрещается выливать в раковины концентрированные растворы кислот и щелочей, а также различные органические растворители, сильно пахнущие и огнеопасные вещества.

14. В каждом помещении необходимо иметь средства противопожарной защиты: ящик с просеянным песком, противопожарное одеяло, заряженные огнетушители.

15. На доступном месте должны находиться медикаменты для оказания первой помощи: растворы перманганата калия, борной кислоты, гидрокарбоната натрия, иодная настойка, вата, бинты, пластырь, мази от ожогов.

1. Кислоты и щелочи нельзя затягивать ртом в пипетки.

2. Разбавлять серную кислоту можно, только добавляя её к воде в жаростойкой посуде, а не наоборот.

3. Растворение гидроксидов натрия и калия проводить прибавляя к воде небольшие порции щелочи. Щелочь брать только щипцами, а не руками.

4. Запрещается применять серную кислоту в вакуум-эксикаторах в качестве водопоглащающего средства, так как в случае взрыва эксикатора вылившаяся кислота может попасть на работающего и вызвать сильный ожог.

Правила работы с особо опасными и токсичными веществами Работа с бромом.

1. Держать бром можно только в толстостенных склянках. Склянки с бромом должны стоять в вытяжном шкафу в металлических ящиках.

2. Бром сильно действует на слизистые оболочки и при попадании на кожу дает трудно заживающие ожоги. Все работы с бромом следует проводить в вытяжном шкафу с полуспущенными створками в резиновых перчатках.

Работа с металлическим натрием.

1. При работе с металлическим натрием и калием необходимо соблюдать особую осторожность. Не допускать соприкосновения их с водой и галогеносодержащими соединениями.

2. Хранить металлический натрий можно в толстостенной стеклянной или жестяной таре под слоем обезвоженного керосина, гексана.

3. Вынимают металлический натрий для работы только пинцетом или щипцами. Отрезают ножом необходимое количество натрия только на сухой фильтровальной бумаге и сразу же помещают в пробирку.