МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Алтайский государственный университет

кафедра органической химии

ПРОБЛЕМНО—МОДУЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБУЧЕНИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

МОДУЛЬНАЯ ПРОГРАММА

Учебное методическое пособие для студентов 3 курса химического факультета.

WWW — http://www.chem.asu.ru/org/ochem_chim/files/METpos.DOC Барнаул • Органическая химия. Модульная программа.: Учебно-методическое пособие для студентов 3-го курса химического факультета. -Барнаул: Издательство Алтайского университета, 2003. -34 с.

В учебном пособие используются основные принципы организации учебной работы при изучении органической химии по проблемно-модульной технологии обучения. Модульная программа включает описание всех видов учебной работы студентов, системы и виды контроля, порядок формирования рейтинга, учебно-производственный план и учебную программу курса, перечень дополнительной литературы, перечень лабораторных работ и порядок их выполнения и другие методические материалы, необходимые для успешного освоения дисциплины.

Пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета Алтайского государственного университета. Оно может быть полезно для преподавателей и аспирантов, ведущих учебные занятия по модульной технологии.

Печатается по решению кафедры органической химии Утверждено на заседании кафедры «_» 2003 года План УМД 2003 г. Заказ № Подписано в печать г. Формат 60х90/ Бумага для множительных аппаратов. Печать офсетная. Усл. печ. 1, Тираж 60 экз. Бесплатно.

Издательство Алтайского университета, Кафедра органической химии, I. Общие положения Конечной целью изучения органической химии является приобретение студентами знаний, умений и навыков, определяемых образовательнопрофессиональной программой по направлению: 510500 — Химия (для государственных университетов). На изучение дисциплины отводится часов аудиторных занятий, в том числе:

осенний семестр весенний семестр всего лекций 42 42 семинарских занятий- 16 18 консультаций лабораторный практикум 108 90 Итого 156 140 Учебным планом предусмотрена сдача двух экзаменов по теоретической части курса и двух зачетов по лабораторному практикуму.

С 1990/91 учебного года преподавание курса органической химии проводится по проблемно-модульной технологии обучения (ПМТО).

Проблемно-модульная технология обучения базируется на четырех основополагающих принципах:

• проблемное изложение учебного материала;

• самостоятельность изучения;

• индивидуализация обучения;

• непрерывность и объективность самооценки и оценки знаний.

Основными средствами обучения в новой технологии являются модуль и модульная программа.

Модуль — это объединенная логической связью, завершенная совокупность знаний, умений и навыков, соответствующая фрагменту («блоку», «функциональному узлу») образовательной программы учебного курса.

Модульная программа — система средств, приемов, с помощью и посредством которых достигается конечная цель обучения.

Таким образом, модульная программа включает в себя элементы управления познавательной деятельностью и вместе с преподавателем помогает студентам более эффективно использовать учебное время.

II. Структура модульной программы Элементами управления учебным процессом в ПМТО являются: индивидуальные задания в форме вопросов, задач и упражнений, учебные занятия (лекции, семинарские занятия, консультации) и система контроля и самоконтроля знаний (см. рис.1).

Учебная программа курса «Органическая химия» разбита на 16 модулей (8 — в первом семестре и 8 — во втором), которым соответствуют 16 модульных программ.

На выполнение всех видов учебной работы, предусмотренных одной модульной программой, отводится 2 недели.

Рис.1. Виды и последовательность учебной деятельности в ПМТО.

Схема включает следующие виды учебной работы:

1. Самостоятельное изучение теоретического материала учебной программы модуля (СР) и выполнение задания для самостоятельной работы.

2. Лекции (Л).

3. Индивидуальная консультация у ведущего преподавателя (ИК).

4. Участие в работе семинара (С).

5. Самоконтроль (работа с «тренажером» - специальной компьютерной программой) (СК).

6. Текущий тестовый контроль (КТТ).

7. Выполнение экспериментальной работы (ЭР).

Примечание: Все виды учебной работы делятся на обязательные и необязательные. Последние помещены на рисунке в рамку, обведенную пунктиром. На схеме не обозначены контрольные работы, которые проводятся после выполнения нескольких модульных программ.

Самостоятельная работа.

Самостоятельное изучение теоретического материала по программе модуля и подготовку ответа на вопросы задания для самостоятельной работы целесообразно начать сразу же после его получения с тем, чтобы изучение программного материала завершить к установленному сроку и более эффективно использовать время, отведенное на другие виды учебной работы.

Задание для самостоятельной работы включает задачи и упражнения по теме каждого модуля. Она отражает необходимый для изучений минимум учебного материала, предусмотренный учебной программой курса. Только после сдачи задания для самостоятельной работы преподавателю студент допускается к тестовому контролю на ПЭВМ.

Лекции (Л) включены в расписание и носят обзорный характер. Они проводятся в конце второй недели - перед сдачей текущего тестового контроля.

В конце каждой лекции проводится лекционный тестовый контроль (КТЛ) (тестовые задания выдаются в конце лекции). Посещение лекций не является обязательным, но баллы (КТЛ) при лекционном тестировании учитываются в общем рейтинге (см. табл.1).

Индивидуальная консультация у преподавателя (ИК) - проводится по кафедральному расписанию и не стоит в расписании учебных занятий.

Этот вид учебных занятий не является обязательным.

Семинарское занятие-консультация (С). Участие в работе семинараконсультации не является обязательным. Однако, суммарный рейтинг (см.

табл.1) включает баллы как за участие в работе семинара-консультации, так и за степень активности (призовой фонд).

Контроль (КТТ) Объективность оценки знаний достигается:

• использованием тестовой системы контроля с применением ПЭВМ и единых баз учебных знаний;

• системным подходом к формированию курса и как следствие этого единой структуризацией всех его составных частей (модулей);

• экспертной оценкой объема и сложности структурных частей • одновариантными заданиями обобщающих и итоговых контрольных работ;

• выполнением заданий обобщающего и итогового контроля в письменной форме.

В ПМТО (как и в традиционной технологии) предусмотрено три вида контроля и самоконтроля уровня знаний:

Система текущего контроля позволяет проводить оценку уровня усвоения материала учебной программы одного модуля, обобщающего - нескольких модулей и итогового - учебной программы всех модулей за текущий семестр.

Текущий контроль (Ri) учитывает оценку участия и степени активности в работе семинара-консультации (КС), результаты тестового контроля на лекции (КТЛ), результат текущего тестового контроля на ПЭВМ (КТТ), выполнение экспериментальной работы (КЭ). Таким образом, рейтинг по этим видам учебной работы складывается:

Из четырех видов работ, входящих в систему текущего контроля, только тестовый контроль на ПЭВМ (КТТ) и экспериментальная работа (КЭ) являются обязательными (см. рис.2).

К ТТ КЭ ИК

Рис.2. Схема системы и формы контроля знаний в ПМТО.

Количественная оценка и самооценка степени усвоения программного материала модуля проводится с использованием электронного экспертнообучающего комплекса. Его основой является пакет программ и базы тестовых задач и упражнений, охватывающий 7 модулей.

Текущий тестовый контроль (КТТ) проводится по предварительной записи в дисплейных классах. Порядок тестирования регулируется положением о тестировании [см. «Органическая химия». Текущий контроль. (Сборник задач и упражнений для самостоятельной работы студентов)].

В каждом семестре проводится по три обобщающие контрольные работы (ОК). Работы выполняются одновременно во всех учебных группах с использованием одновариантного задания.

Продолжительность контрольных работ - два академических часа. Переносы сроков написания контрольных работ для отдельных студентов не допускаются.

Необходимость прохождения итогового контроля (ИК) (сдача экзамена) в ПМТО определяется самим студентом, исходя из необходимости или желания на предложение повысить свой рейтинг. Итоговый контроль проводится по темам всех модулей и включает письменный ответ за два академических часа.

Содержание контрольных заданий как обобщающего, так и итогового контроля включает шесть групп вопросов:

1. Классификация, номенклатура, изомерия (10% баллов).

2. Физические и спектральные свойства (5%).

3. Электронное строение. Прогноз свойств (физических, химических, спектральных). Прогноз реакционной способности (25%).

4. Механизмы реакций (20%).

5. Синтез органического соединения (20%).

6. Химические свойства (20%).

7. Призовая задача.

Весовой коэффициент каждой обобщающей контрольной работы различен, т.к. каждая последующая работа включает учебный материал всех предыдущих модулей (см. табл.2,3). Призовая задача представляет собой задачу повышенной сложности. Баллы за ее выполнение не входят в весовой коэффициент контрольной работы. Примерные варианты контрольных работ и вариант ответа приведены в приложении 4 и 5.

Экспериментальная работа (ЭР) по теме модуля проводится строго по расписанию и нацелена на приобретение студентами навыка по технике лабораторных работ, синтезу конкретных органических соединений, исследованию их химических и спектральных свойств (ИК-, УФ-, ЯМРспектроскопия), идентификации отдельных представителей изучаемого класса соединений. Этот вид учебных занятий является обязательным.

При выполнении экспериментальной части модуля преподавателем оценивается:

• уровень химических знаний (30% баллов);

• качество проведенного эксперимента (30%);

• техника безопасности при выполнении синтеза и исследовании свойств органических соединений (30%);

• качество оформления отчета (10%) (см. приложение 7).

Несмотря на то, что экспериментальная часть является логическим завершением всех работ по модулю, оценка за ее выполнение учитывается отдельно, и если по этой части работы студент набирает менее 55% баллов (не менее 137 баллов в осеннем семестре и не менее 228 баллов в весеннем семестре), то результат по всем видам работ аннулируется и студент не допускается к сдаче экзамена. Отчет о выполненной работе необходимо представлять преподавателю вовремя. У студентов, сдавших отчет через 2 недели после занятия, снимается 30% баллов, через 4 недели — 60%.

Для получения максимальной оценки при выполнении малого практикума необходимо отметить все происходящие изменения и зафиксировать их в отчете, при работе над индивидуальным заданием - необходимо качественно (с первого раза) выполнить предложенные задания.

Хорошо успевающим студентам преподаватель может предложить в конце пятого или в начале шестого семестра проведение индивидуальной научно-исследовательской работы по теме, являющейся составной частью научной проблематики кафедры, и, в случае ее успешного завершения, студенту засчитывается максимальное количество баллов по экспериментальной части модуля.

Логическим завершением изучения органической химии студентами курса является выполнение курсовой работы. Курсовая работа «Проблемы и методы органического синтеза» предполагает выполнение индивидуального задания по методам синтеза органических соединений (литературный синтез). Приблизительный план курсовой работы предлагается в приложении 8.

III. Структура и механизм формирования рейтинга Основополагающий принцип количественного учета успеваемости в ПМТО состоит в том, что рейтинг студента определяется суммой баллов, набранных в течение семестра по результатам всех видов контроля.

Структура рейтинга (Rmax = 2960) по курсу органической химии контроля учебной работы Осенний семестр Весенний семестр Учебный год Призовой 1. Текущий тестовый При этом максимальный рейтинг равен десятикратному количеству часов, отведенных на органическую химию учебным планом специальности Структура рейтинга (Rmax) по курсу «Органическая химия» приведена в таблице 1.

Приведенная в таблице 1 структура рейтинга наглядно иллюстрирует весовой вклад каждого вида учебной работы модульной программы в суммарный рейтинг. Из двух видов контроля, которые формируют рейтинг студентов, значительный весовой коэффициент имеет текущий контроль (59.4%). В то время как обобщающий (или итоговый) контроль вносит только 40.6%. При этом следует обратить внимание, что в структуру текущего контроля наибольший вклад вносят: текущий тестовый контроль (КТТ) - 28.0% и выполнение экспериментальной работы (Кэ) – 21.0%. Экспериментальная часть модуля оценивается по каждому виду работы (см. табл. и 4).

В каждом семестре, по усмотрению лектора, предусмотрен призовой фонд (PR = 6.3%), не входящий в суммарное количество баллов, определенное для всего курса. Призовой фонд включает два вида учебной работы: в первом семестре – самостоятельное изучение модуля «Особенности строения и реакционной способности элементорганических соединений. Проблемы и методы их синтеза», во втором – «Органический синтез». Включение его в систему текущего тестового контроля по этим модулям на ПЭВМ и активное участие в работе семинара-консультации в семестре позволяет значительно улучшить рейтинг.

Студентам предоставлена возможность по индивидуальному графику досрочно пройти систему текущего тестового контроля на ПЭВМ по всем модульным программам теоретической части всего курса или одного семестра. При этом тем студентам, кто в срок справился с учебной программой курса, после выполнения ими лабораторного практикума, в зачетную книжку и в экзаменационную ведомость проставляется оценка, соответствующая суммарному проценту от набранного количества баллов всех видов контроля. Численные значения нормировки рейтинга сведены в таблицу 2.

«Удовлетворительно» 55-70 818-1040 баллов 926-1177 баллов «Неудовлетворительно» < 55 менее 818 баллов менее 926 баллов Студенту предоставляется право выбора одной из двух форм контроля (обобщающего контроля или итогового). Если он выбирает обобщающий контроль, то его итоговый рейтинг за семестр будет определяться суммой баллов, набранных по всем видам текущего и обобщающего контроля:

где RТ1,..., RТi - количество баллов, набранных при выполнении заданий текущего контроля (КС, КТЛ, КЭ); R1,2,3ОБ., - количество баллов, набранных при выполнении трех работ обобщающего контроля за семестр; PR - призовой фонд.

Если студент выбирает второй формой контроля итоговый контроль, то его итоговый рейтинг за семестр определяется суммой баллов где R1,2ИТ. - количество баллов, набранных при выполнении двух работ итогового контроля.

Таким образом, в ПМТО из всех видов учебной работы строго обязательными являются: выполнения заданий для самостоятельной работы, прохождение системы текущего тестового контроля на ПЭВМ и выполнение экспериментальной работы по теме модуля.

Если по результатам всех форм текущего контроля студентом набрано менее 55% баллов, то по согласованию с ведущим преподавателем он может пройти повторное тестирование на ПЭВМ (не более одного раза по текущему модулю). Однако, непременным условием при этом является предварительная защита задания для самостоятельной работы ведущему преподавателю в период до очередной обобщающей контрольной работы.

Промежуточный итог результатов освоения учебной программы курса проводится перед каждой обобщающей контрольной работой (см. учебнопроизводственный план, табл.3, 4). К этому времени целесообразно ликвидировать все виды академической задолженности (сдать задания для самостоятельной работы, пройти текущий тестовый контроль на ПЭВМ, выполнить лабораторные работы).

После обобщающей контрольной работы рейтинг не корректируется.

Все виды корректировок проводятся в зачетную сессию.

Если в конце семестра студент пожелает повысить свой рейтинг, то ему предоставляется возможность повторно выполнить задания текущего тестового контроля на ПЭВМ или выполнить задание итогового контроля либо то и другое (не более одного раза). Если студент выбирает в качестве второй формы контроля итоговый контроль, то его результат, полученный при прохождения обобщающего контроля в течение семестра автоматически аннулируется. Если при этом он не справляется с заданием итогового контроля, то в ведомость и в зачетную книжку проставляется оценка, соответствующая тому количеству баллов, которые он набрал к концу семестра.

Студенты, набравшие к концу семестра по всем видам контроля модульных программ менее 55% баллов, к повторному тестированию на ПЭВМ и выполнению заданий итогового контроля (сдаче экзамена) допускаются только после собеседования с ведущим преподавателем по всем индивидуальным заданиям.

Повторное выполнение задания итогового контроля проводится один раз в начале семестра по разрешению деканата.

Учебно-производственный план по курсу органической химии (осенний семестр) I 1, 2 Основная проблема органической химии и пути ее решения: Коллоквиум «Общие методы работы в влияние состава и строения органических соединений, их лаборатории органический синтез. Техника II 3, 4 Особенности строения и реакционной способности алканов, Очистка твердых веществ.

I-II 5 Обобщающий контроль. Работа № I-V 11 Обобщающий контроль. Работа № Особенности строения и реакционной способности гидрокси- Синтез магний органических соединений.

Особенности строения и реакционной способности аминов. Изучение свойств аминов.

I-VIII 17 Обобщающий контроль. Работа №3.

расписание Итоговый контроль. Контрольная работа № I-VIII Учебно-производственный план по курсу органической химии (весенний семестр) Особенности строения и реакционной способности азотсодер- Изучение свойств углеводов. Химические VIII-X 5 Обобщающий контроль. Контрольная работа № Особенности строения и реакционной способности монокарбо- Изучение свойств альдегидов и кетонов.

Особенности строения и реакционной способности дикарбоно- Изучение свойств карбоновых кислот и их XI-XIV 10 Обобщающий контроль. Работа №5.

Особенности строения и реакционной способности гетероцик- Изучение свойств аминокислот и белков.

XVII 17, 18 Выполнение курсовой работы IX-XVII 18 Обобщающий контроль. Работа №6.

IX-XVII См. распи- Итоговый контроль. Контрольная работа №2.

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

Модуль I. Теоретические основы органической химии Основные понятия органической химии. Главная проблема органической химии и пути ее решения. Источники органического сырья. Методы выделения, очистки и идентификации органических соединений. Принципы количественного элементарного анализа, установление молекулярной формулы соединения. Гомологические ряды. Формирование и основные положения теории строения органических соединений. Валентность и координационное число.

Основные типы структурных фрагментов органических молекул — простые и кратные связи, углеродные цепи и циклы, радикалы и функциональные группы.

Структурные формулы как средство отображения строения органических соединений. Структурная изомерия и ее разновидности. Пространственная изомерия. Молекулярные модели. Значение теории строения для развития органического синтеза. Классификация и номенклатура органических соединений.

Электронные представления в органической химии. Проявления характеристичности и аддитивности свойств атомов и связей. Взаимное влияние атомов в молекуле: индуктивный эффект и эффект поля (полярный эффект), эффект сопряжения (мезомерный эффект), стерические ограничения сопряжения. Резонанс и правила написания резонансных структур. Эффект сверхсопряжения и эффект обратного сверхсопряжения. Графические приемы изображения влияния заместителей на распределение электронной плотности в молекуле.

Количественная оценка влияния заместителей на реакционную способность органических соединений. Уравнение Гаммета, Брауна, Тафта, константы. Реакционная константа. Стерические эффекты заместителей.

Кислотно-основные свойства органических соединений. Теория Бренстеда. Кислоты и основания Льюиса. Принцип ЖМКО. Влияние строения на силу кислот и оснований. Влияние среды на силу кислот и оснований.

Основные понятия электронного и пространственного строения молекул. Химическая связь как проявление единого взаимодействия в молекуле.

Направленность связи. Приближенные математические методы описания электронного строения молекул: метод молекулярных орбиталей (МО ЛКАО), метод валентных связей (ВС), теория резонанса и др. Молекулярные орбитали, способы их описания: и - связи, банановые связи; локализованные и делокализованные МО. Две группы характеристик электронного строения: энергетические и связанные с распределением электронной плотности. Энергетические характеристики: полная энергия образования молекулы, потенциальная поверхность молекулы, энергия связи, потенциал ионизации, сродство к электрону, энергия граничных МО. Характеристики, связанные с распределением электронной плотности: эффективные заряд на атоме, дипольные моменты отдельных связей и молекулы в целом, спиновая плотность. Теория резонанса как важный этап в формировании теоретических представлений в органической химии.

Элементы стереохимии и оптическая изомерия органических соединений.

Хиральность молекул. Асимметрический атом углерода. Проекционные формулы. Энантиомеры и рацематы. Конфигурационные ряды. D,L-номенклатура.

Соединения с двумя асимметрическими атомами углерода, диастериомеры, эритро- и трео-формы, мезо-формы. Число стереоизомеров. Способы разделения (расщепления) рацематов (работы Пастера). Обращение конфигурации и рацемизация. Связь механизма реакции и стереохимии продуктов на примере реакции присоединения по двойной связи. Понятие об асимметрическом синтезе. Представление об оптической изомерии соединений, не содержащих асимметрического атома углерода.

Строение и реакционная способность органических соединений. Промежуточные частицы, переходное состояние и механизм реакции. Кинетический и термодинамический контроль. Орбитальный и зарядный контроль. Электрофильные, нуклеофильные и радикальные реагенты. Гомогенный, гетерогенный межфазный катализ. Статистический и динамический подходы в изучении электронного строения и реакционной способности молекул. Статистический подход: индексы реакционной способности — эффективный заряд, свободная валентность, энергия граничных МО. Молекулярные диаграммы. Динамический подход: учет реагента, субстрата, среды и их взаимного влияния; энергетический профиль реакции; энергетический барьер реакции, энергия активации, энергия переходного состояния, тепловой эффект реакции.

Интермедиаты в органических реакциях: радикалы, карбокатионы, карбанионы, карбены, нитрены, бензины. Номенклатура, способы генерирования, строение и устойчивость.

Классификация органических реакций. Механизмы органических реакций и методы их установления.

Физические и физико-химические методы исследования в органической химии. Колебательная спектроскопия: природа ИК-спектров, групповые характеристические частоты. Электронная спектроскопия: природа спектров, типы переходов, понятие о хромофорах и ауксохромах. Спектры протонного магнитного резонанса: их природа, основные характеристики (химические сдвиг, интенсивность, мультиплетность), связь со строением молекул. Массспектрометрия: основные принципы, виды органических ионов, молекулярный ион, изотопный состав спектров. Понятие о методе дипольных моментов. Хроматография как метод анализа и очистки органических соединений.

Важнейшие источники информации об органических соединениях и органических реакциях. Справочник Бельштейна. Словарь органических соединений, справочники по физическим и химическим свойствам органических соединений. Указатели синтезов и сборники препаративных методик. Обзорная литература по органическим реакциям и спектральным характеристикам органических соединений. Научные журналы по химии. Реферативные журналы:

Реферативный журнал “Химия”. Информационные банки данных. Применение ЭВМ для хранения и поиска химической информации. Интернет — для химика.

Модуль II. Особенности строения и реакционной способности алканов, циклоалканов. Проблемы метода их синтеза Гомологический ряд, номенклатура и изомерия, алкильные радикалы.

Природные источники. Методы синтеза: гидрирование непредельных углеводородов, восстановление различных классов органических соединений, реакция Вюрца, декарбоксилирование и электролиз солей карбоновых кислот (реакция Кольбе). Электронное и пространственное строение алканов, длины связей и валентные углы. Вращательная изомерия, конформации и их относительные энергии.

Физические свойства алканов и их зависимость от длины углеродной цепи и степени ее разветвленности. Спектральные характеристики.

Химические свойства алканов. Гомолитический тип разрыва связи. Свободные радикалы, качественная трактовка электронного строения, факторы, определяющие относительную стабильность. Общие представления о механизме цепных свободнорадикальных реакций замещения в алканах: галогенирование, сульфохлорирование, нитрование, окисление.

Гетеролитический тип разрыва связей в алканах. Карбокатионы, их электронное строение и факторы, определяющие относительную стабильность, основные пути стабилизации. Реакции алканов в сверхкислых системах.

Соединения включения. Основные пути использования алканов.

Классификация и номенклатура, структурная изомерия. Методы синтеза насыщенных циклов: из дигалогеналканов по реакции Вюрца, взаимодействие диазометана с алкенами, синтезы на основе малонового эфира и дикарбоновых кислот, диеновый синтез. Гидрирование ароматических углеводородов.

Расширение и сужение циклов (Демьянов). Пространственное строение циклоалканов. Конформации циклогексана и его производных, экваториальные и аксиальные связи, геометрическая изомерия производных циклогексана.

Особенности пространственного и электронного строения циклопропанового кольца. Понятие о пространственном строении других циклоалканов.

Относительная устойчивость циклов по данным теплот сгорания и взаимопревращений циклов разных размеров, ее анализ на основе представлений о различных типах напряжений. Химические свойства циклобутана, циклопентана и циклогексана. Особые свойства циклопропана. Общие представления о средних циклах и макроциклах. Трансаннулярные реакции.

Полициклические насыщенные углеводороды. Hоменклатура и типы бициклических систем: соединения с изолированными циклами, спиранконденсированные и мостиковые системы. Декалины и их пространственное строение. Представление о природных полициклических системах терпенов и стероидов: ментол, камфора, холестерин. Жидкие кристаллы. Каркасные соединения, адамантан и структура алмаза.

Модуль III. Особенности строения и реакционной способности алкенов и циклоалкенов. Проблемы и методы их синтеза Номенклатура, изомерия. Способы образования двойной связи: дегидрирование алканов, частичное гидрирование алкинов, дегидрогалогенирование и правило Зайцева, дегалогенирование, дегидратация, термическое разложение четвертичных аммониевых оснований (реакция Гофмана), превращение карбонильной группы в группу в С=С (реакция Виттига). Электронное строение и геометрическая изомерия алкенов. Физические свойства и спектральные характеристики алкенов.

Понятие о механизмах химических превращений алкенов. Гидрирование в присутствии катализаторов (Сабатье-Сандеран), гомогенное гидрирование.

Присоединение электрофильных реагентов по связи С=С: кислот, галогеноводородов, воды, галогенов. Правило Марковникова и его интерпретация. Стереохимия электрофильного присоединения. Обращение ориентации присоединения бромистого водорода как результат изменения механизма реакции (перекисный эффект Караша). Радикальные реакции алкенов.

Координация алкенов с переходными металлами. Представление о природе связи алкен-металл. Основные стадии механизма реакции каталитического гидрирования. Проявление относительной стабильности структурных и геометрических изомеров алкенов. Оксосинтез. Гидроборирование (реакция Брауна) и его использование для получения продуктов гидрирования и гидратации двойной связи.

Окислительные превращения алкенов: эпоксидирование (реакция Прилежаева), цис- и транс-гидроксилирование (реакция Вагнера), расщепление связи С=С, озонолиз. Полимеризация: катионная, свободнорадикальная и координационная. Теломеризация.

Реакции алкенов по аллильному положению: галогенирование, окисление, окислительный аммонолиз. Аллильная -электронная система, p,сопряжение,,-сопряжение, качественное описание в терминах теории МО и характер распределения электронной плотности в аллильных катионе, радикале и анионе.

Модуль IV. Особенности строения и реакционной способности алкинов и алкадиенов. Проблемы и методы их синтеза Номенклатура, классификация, изомерия. Важнейшие 1,3-диены и способы их получения по реакции дегидрирования, дегидрохлорирования, дегидротации. Электронное строение: сопряжение кратных связей (,-сопряжение), представление о делокализованных -МО сопряженных диенов. Химические свойства 1,3-диенов: каталитическое гидрирование, электрофильное присоединение галогенов и галогеноводородов; ориентация в этих реакциях в условиях кинетического и термодинамического контроля. Диеновый синтез. Понятие о правилах Вудворда-Хоффмана; представление о разрешенных и запрещенных по симметрии реакциях циклоприсоединения с позиций рассмотрения граничных МО реагентов. Полимеризация и циклоолигомеризация 1,3-диенов. Разновидности линейной полимеризации и ее техническое значение. Природный и синтетический каучук. Гуттаперча. Получение 1,3-бутадиена из этилового спирта (Лебедев), изопрена из ацетона и ацетилена (Фаворский). Вулканизация каучука. Понятие об изопреноидах. Полиены. Каротиноиды. Полиацетилен.

Кумулены: электронное и пространственное строение. Стереохимия кумуленов.

Номенклатура и изомерия алкинов. Способы образования тройной связи.

Карбидный и пиролитический методы получения ацетилена. Описание тройной связи на основе представления об sp-гибридизации. Физические свойства и основные спектральные характеристики алкинов. Химические свойства алкинов:

каталитическое гидрирование, восстановление натрием в жидком аммиаке, реакция Кучерова, присоединение спиртов, карбоновых кислот, галогеноводородов, цианистого водорода, реакции Фаворского и Реппе на основе ацетилена.

Оксосинтез с использованием алкинов. Hуклеофильное присоединение по тройной связи. Превращение ацетилена в винилацетилен, промышленное значение этой реакции. Циклоолигомеризация алкинов, алкины как диенофилы.

Окислительные превращения алкинов. Кислотные свойства терминальных ацетиленов, ацетилениды металлов, реактивы Иоцича. Использование алкинов и ацетиленидов металлов в органическом синтезе. Карбин.

Модуль V. Особенности строения и реакционной способности моно- и полиядерных ароматических углеводородов. Проблемы и методы их Бензол и его гомологи, номенклатура, изомерия. Источники ароматических углеводородов. Электронное строение бензольного кольца и химические свойства бензола: относительная устойчивость к окислению, склонность к реакциям замещения, термохимия гидрирования и сгорания бензола, его образование в реакции диспропорционирования циклогексена и циклогексадиена ("необратимый катализ" Зелинского), изомеризация дьюаровского бензола. Понятие об ароматичности, правило Хюккеля. Hебензоидные ароматические системы:

циклопропенилий и тропилийкатионы, циклопентадиениланион, азулен, аннулены.

Физические свойства и основные спектральные характеристики бензола и его гомологов. Гидрирование бензола, восстановление натрием в жидком аммиаке до дигидробензола (Берч). Реакции ароматического электрофильного замещения: сульфированиие, нитрование, галогенирование, ацилирование. Значение этих реакций для переработки ароматических углеводородов, представление об их механизме и его экспериментальном обосновании.

- и -комплексы, пентадиенильная -электронная система, ее несвязывающая МО и характер распределения электронной плотности. Влияние заместителей в бензольном кольце на изомерный состав продуктов и скорость реакции. Реакции радикального замещения и присоединения.

комплексообразование аренов с переходными металлами.

Алкилбензолы. Способы получения с использованием реакции алкилирования и ацилирования бензола, реакция Вюрца-Виттига. Химические свойства.

Реакции электрофильного замещения в бензольном кольце и особенности ориентации в этих реакциях. Протонирование полиалкилбензолов, образование стабильных аренониевых катионов. Дезалкилирование, диспропорционирование, изомеризация алкилбензолов. Реакции радикального замещения в боковой цепи, бензильная -электронная система. Стирол, фенилацетилен.

Дифенил, способы его получения, строение. Представление о влиянии заместителей на легкость взаимного вращения и степень компланарности бензольных колец. Зависимость сопряжения -электронных систем от степени компланарности бензольных колец и ее проявление в электронных спектрах производных дифенила. Ароматичность дифенила, реакции электрофильного замещения, ориентация в этих реакциях и влияние на нее заместителей. Антропоизомерия в ряду дифенила.

Дифенил- и трифенилметан, их получение и свойства. Кислотные свойства углеводородов, шкала C-H-кислотности, карбанионы, их электронное строение и факторы, определяющие относительную стабильность. Ди- и трифенилметановые красители. Стильбен, толан.

Нафталин. Источники нафталина и других многоядерных углеводородов.

Номенклатура и изомерия производных нафталина, его электронное строение и ароматичность. Химические свойства нафталина: каталитическое гидрирование и восстановление натрием в жидком аммиаке, окисление и влияние заместителей на направление этой реакции. Реакции электрофильного замещения; факторы влияющие на ориентацию в этих реакциях.

Антрацен. Номенклатура и изомерия производных. Синтез антрацена из соединений бензольного ряда. Электронное строение и ароматичность. Реакции гидрирования, окисления, электрофильного присоединения и замещения. Фотоокисление и фотодимеризация. Антрацен в диеновом синтезе. Триптицен.

Фенантрен. Изомерия и номенклатура производных. Электронное строение и ароматичность. Синтез Пшорра. Реакции гидрирования, окисления, электрофильного присоединения и замещения. Понятие о природных соединениях с ядром фенантрена.

Полибензолы: пирен, перилен, коронен, гелицены. Бензпирен: понятие о канцерогенных соединениях. Оптическая активность гелиценов.

Модуль VI. Особенности строения и реакционной способности галогенопроизводных углеводородов. Проблемы и методы их синтеза Галогенпроизводные углеводородов. Моногалогенпроизводные алифатических углеводородов, их номенклатура и изомерия. Способы образования связи C-Hal: замещение атома водорода, реакции присоединения по кратной связи, замещение гидроксильной группы.

Отличительные особенности синтеза и свойств фторалканов. Полярность связи C-Hal и ее зависимость от природы атома галогена.

Химические свойства моногалогеналканов, нуклеофильное замещение атомов галогенов и дегидрогалогенирование. Представление о механизмах SN1, SN2, E1, E2 как об «идеализированных» механизмах реакций нуклеофильного замещения и элиминирования и обоснование вкладов каждого из них данными кинетики и стереохимии. Зависимость соотношения продуктов реакции от природы и концентрации нуклеофила и основания, строения алкилгалогенида, природы растворителя; учет этих зависимостей в планировании синтеза с использованием химических свойств галогеналканов. Амбидентные ионы. Комплексообразование галогеналканов с ионами металлов и с кислотами Льюиса на примере реакции Фриделя-Крафтса как способ увеличения их электрофильной активности. Восстановление галогеналканов водородом, их взаимодействие с металлами: образование металлорганических соединений, реакция Вюрца.

Соединение с повышенной подвижностью атома галогена. Аллил- и бензилгалогениды, способы их получения и особенности химических свойств.

Хлорметилирование ароматических соединений (реакция Блана). Ди- и трифенилхлорметаны. Стабильные свободные радикалы и карбкатионы. Бензальхлорид и бензотрихлорид: получение хлорированием толуола, гидролиз.

Соединения с пониженной подвижностью атома галогена. Хлористый винил и хлоропропен. Способы их получения, химические свойства и применение. Полихлорированные и полифторированные производные этилена, полимеры на их основе. Тефлон.

Ароматические галогенпроизводные. Способы получения. Галогенирование ароматических углеводородов, синтез на основе солей диазония. Реакции, затрагивающие связь углерод-галоген. Особенности протекания реакций нуклеофильного замещения в ароматическом ядре, представление об их механизме, катализ, влияние заместителей. Hуклеофильное замещение с промежуточным образованием анион-радикалов. Взаимодействие арилгалогенидов с металлами:

получение металлорганических соединений, синтез алкилароматичесих соединений и диарилов. Дегидробензол и механизмы кинезамещения. Реакции электрофильного замещения. Понятие об индуктивном и мезомерном эффектах заместителей в ароматическом ряду. Эффекты атомов галогенов как заместителей.

Модуль VII. Особенности строения и реакционной способности гидроксипроизводных углеводородов, простых эфиров, окисей.

Гидроксипроизводные углеводородов. Одноатомные насыщенные спирты. Номенклатура, изомерия, классификация. Способы образования спиртовой гидроксильной группы: присоединение воды по связи C=C, гидролиз связи C-Hal, восстановление карбонильной и сложноэфирной групп, синтезы с использованием металлорганических соединений. Промышленные способы получения простейших алифатических спиртов, циклогексанола. Электронная природа и полярность связей C-O и O-H, водородная связь и ее проявление в спектральных характеристиках и физических свойствах спиртов. Химические свойства: кислотно-основные свойства, замещение гидроксильной группы при действии серной кислоты, галогеноводородов и галогенангидридов минеральных кислот, дегидратация; рассмотрение этих реакций с позиций общих представлений о механизме нуклеофильного замещения и отщепления в алифатическом ряду. Синтез, свойства, синтетическое использование алкиловых эфиров минеральных кислот. Диметилсульфат как метилирующий реагент. Присоединение спиртов к олефинам, ацетиленовым соединениям, образование простых эфиров, взаимодействие с карбонильными соединениями, карбоновыми кислотами и их производными. Окисление и дегидрирование спиртов; реакция Оппенауэра. Основные пути применения спиртов.

Hенасыщенные и многоатомные спирты. Правило ЭльтековаЭрленмейера. Аллиловый спирт. Методы синтеза, химические свойства и их особенности, связанные с аллильным положением гидроксильной группы. Пропаргиловый спирт. Бензиловый спирт, ди- и трифенилкарбинолы, методы синтеза и химические свойства. Многоатомные спирты. Гликоли, способы их получения, химические свойства: окисление тетраацетатом свинца и иодной кислотой (реакция Малапранда), взаимодействие с борной кислотой, превращение в -окиси, дегидратация, пинаколиновая перегруппировка. Этиленгликоль, его свойства. Ди- и полиэтиленгликоли. Глицерин: методы синтеза, основанные на использовании пропилена; образование простых и сложных эфиров, комплексов с ионами металлов, дегидратация. Применение глицерина и его производных.

Пентаэритрит. Ксилит, сорбит. Азотные эфиры многоатомных спиртов.

Модуль VII. (призовой) Особенности строения и реакционной способности элементорганических соединений. Проблемы и методы Магний- и литийорганические соединения. Способы получения из галогенопроизводных и углеводородов, обладающих высокой C-H-кислотностью.

Значение растворителя в синтезе реактивов Гриньяра. Природа связи углеродметалл. Химические свойства: взаимодействие с протонодонорными соединениями, галогенами, кислородом, галогенопроизводными углеводородов, карбонильными соединениями, производными карбоновых кислот, эпоксидами и углекислотой.

Органические производные других металлов I и II групп периодической системы, их использование в синтезах. Органические соединения алюминия, их получение и использование в синтезе и в качестве катализатора полимеризации (Циглер). Металлоорганические соединения переходных металлов. Ферроцен.

Использование в синтезе других элементоорганических соединений.

Элементоорганические соединения. Органические производные серы, сопоставление их свойств со свойствами соответствующих кислородных соединений. Тиоспирты, тиоэфиры, тиокарбонильные соединения. Сульфокислоты и их функциональные производные: хлорангидриды, амиды, сложные эфиры. Синтетические моющие средства. Сульфон, сульфоксиды и сульфиды. Диметилсульфоксид как растворитель и как окислитель. Реактив Кори (димсилнатрий).

Органические соединения кремния, их использование в качестве защитных групп и для синтеза полимеров. Кремнийорганические эталоны в спектроскопии ЯМР.

Типы органических соединений фосфора, их взаимные переходы. Реакция Арбузова. Фосфорорганические инсектициды и отравляющие вещества.

Модуль VIII. Особенности строения и реакционной способности элементорганических соединений. Проблемы и методы их синтеза Амины. Классификация и номенклатура. Способы получения, основанные на реакциях нуклеофильного замещения в галоген-, гидрокси- и аминопроизводных алифатических и ароматических углеводородов, реакция восстановления нитросоединений (реакция Зинина), азотсодержащих производных карбонильных соединений и карбоновых кислот, перегруппировок амидов (реакция Гофмана), азидов (перегруппировка Курциуса), гидразидов карбоновых кислот и гидроксамовых кислот (реакция Лоссена). Электронное строение аминогруппы, зависимость от природы радикалов, связанных с атомом азота. Пространственное строение аминов. Физические свойства, их связь со способностью аминов к образованию водородных связей. Основные спектральные характеристики. Химические свойства. Основность и кислотность аминов, зависимость от природы углеводородных радикалов. Взаимодействие с электрофильными реагентами: алкилирование, гидроксиалкилирование, ацилирование и его значение в химии аминов, взаимодействие с азотной кислотой. Окисление алифатических и ароматических аминов. Основные представители алифатических аминов и пути их использования. Четвертичные аммониевые соли: получение из третичных аминов и алкилгалогенидов (Меншуткин); электронное строение, практическое использование; катализаторы межфазного катализа. Четвертичные аммониевые основания и окиси аминов: реакции разложения с образованием олефинов (реакция Гофмана). Енамины. Полиметиновые соли.

Свойства ароматических аминов: взаимодействие с электрофилами. Реакции алкилирования и сульфирования ароматических аминов, сульфаниловая кислота и сульфамидные препараты. Ацилирование ароматических аминов как защитная реакция для дальнейшего проведения реакций галогенирования и нитрования. Hитрозирование и диазотирование ароматических аминов. Важнейшие представители ароматических моно- и диаминов, основные пути их использования. Синтез гетероциклических соединений из о-фенилендиамина и о-аминофенола.

Модуль IX. Особенности строения и реакционной способности монокарбонильных соединений. Проблемы и методы их синтеза Номенклатура, классификация. Способы образования карбонильной группы: окисление алканов и алкилароматических углеводородов, озонолиз и каталитическое окисление олефинов, оксосинтез, гидратация алкинов (реакция Кучерова), гидролиз геминальных дигалогенпроизводных и виниловых эфиров, окисление и дегидрирование спиртов, окислительное расщепление гликолей, действие уротропина на алкилгалогениды (реакция Соммле). Синтез альдегидов и кетонов из карбоновых кислот и их производных; восстановление хлорангидридов (реакция Розенмунда-Зайцева), восстановление нитрилов, реакции карбоновых кислот и их производных с металлоорганическими соединениями, пиролиз солей карбоновых кислот и его каталитические варианты. Синтез макроциклических кетонов (Ружичка). Получение ароматических карбонильных соединений ацилированием ароматических углеводородов (реакция ФриделяКрафтса). Электронное строение группы C=O, распределение электронной плотности и ее связь с реакционной способностью карбонильной группы. Основные спектральные характеристики и физические свойства.

Химические свойства. Сравнение реакционной способности и путей превращения альдегидов и кетонов. Реакция с гетероатомными нуклеофилами: гидратация, взаимодействие со спиртами (полуацетали, ацетали и кетали), пятихлористым фосфором, бисульфитом натрия. Взаимодействие с азотсодержащими нуклеофилами: образование оксимов, азинов, гидразонов, замещенных гидразонов и семикарбазонов, взаимодействие со вторичными аминами и образование енаминов, взаимодействие с первичными аминами и образование оснований Шиффа, взаимодействие с аммиаком (уротропин), реакция Манниха. Взаимодействие с C-нуклеофилами: образование циангидринов, присоединение магнийорганических соединений. Кето-енольная таутомерия и связанные с ней свойства карбонильных соединений: галогенирование и галоформное расщепление, нитрозирование, алкилирование. Альдольно-кротоновая конденсация и ее 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 альдегидов и кетонов. Окисление альдегидов до карбоновых кислот, окисление кетонов без разрыва и с разрывом углерод-углеродных связей (правило Попова). Каталитическое гидрирование карбонильных соединений, восстановление комплексными гидридами металлов, спиртами в присутствии алкоголятов алюминия (равновесие Меервейна-Понндорфа-Верлея, реакция Тищенко), амальгированным цинком и соляной кислотой (реакция Клемменсена), восстановление кетонов металлами с образованием металл-кетилов и пинаконов. Взаимодействие неенолизирующихся альдегидов со щелочами (реакция Канниццаро), бензоиновая конденсация. Реакции электрофильного замещения в ароматических альдегидах и кетонах.

Азотсодержащие производные карбонильных соединений. Общие представления о сходстве электронного строения и химических свойств карбонильной и азометиновой группы. Восстановление оксимов, гидразонов, шиффовых оснований, восстановительное аминирование карбонильных соединений. Оксимы: геометрическая изомерия, превращения, катализируемые кислотами, перегруппировка (Бекмана) оксима циклогексанона и ее промышленное значение.

Катализируемое основанием разложение гидразонов как способ восстановления карбонильных соединений (реакция Кижнера-Вольфа). Кислотный гидролиз бисульфитных производных, оксимов, гидразонов, ацеталей и кеталей как метод выделения и очистки карбонильных соединений.

Модуль X. Особенности строения и реакционной способности дикарбонильных соединений, непредельных альдегидов и кетонов, Дикарбонильные соединения. Глиоксаль, метилглиоксаль: образование устойчивых гидратов, катализируемое основаниями превращение в гидроксикислоты. Реактив Чугаева и комплексы металлов на его основе. Бензилбензиловая перегруппировка, кето-енольная таутомерия, алкилирование, образование хелатных комплексов с ионами металлов на примере ацетил-ацетона.

Глутаконовый альдегид. Дикарбонильные соединения, использование в синтезе гетероциклических соединений.

Hепредельные альдегиды и кетоны. Общие методы синтеза: окисление олефинов по аллильному положению, из спиртов аллильного типа, кротоновая конденсация карбонильных соединений. Синтез акролеина дегидратацией глицерина.

Электронное строение и его связь с реакционной способностью -непредельных соединений. Химические свойства. Сходство и различие химических свойств -непредельных альдегидов и кетонов: каталитическое гидрирование, восстановление комплексными гидридами металлов, спиртами, восстановление металлами в присутствии источников протонов. Селективное окисление альдегидной группы. Реакции присоединения воды, спиртов, галогеноводородов, бисульфита натрия, аммиака, аминов, цианистого водорода, магнийорганических соединений. Реакции конденсации с CH-активными соединениями (реакция Михаэля). Эффект винилогии и CH-активность -ненасыщенных карбонильных соединений. Халконы. Кетены: методы синтеза, реакции присоединения к кетенам как разновидность реакций ацилирования, димеризация.

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. Хингидрон. Понятие о комплексах с переносом заряда (КПЗ). Семихиноны. Понятие об ион-радикалах. Антрахинон: получение, представление о свойствах и применении.

Модуль XI. Особенности строения и реакционной способности монокарбоновых кислот и их функциональных производных. Проблемы Каpбоновые кислоты и их производные. Классификация и номенклатура.

Методы получения: окисление углеводородов, спиртов и альдегидов, синтезы с использованием магний- и литийорганических соединений, оксида углерода, малонового и ацетоуксусного эфиров, гидролиз нитрилов и сложных эфиров.

Синтез уксусной кислоты каpбонилиpованием метана на родиевом катализаторе. Природные источники каpбоновых кислот и их производных. Водородные связи и образование димеpных ассоциатов. Химические свойства. Кислотность, ее связь с электронным строением каpбоновых кислот и их анионов, зависимость от характера и положения заместителей в алкильной цепи или ароматическом ядре. Константы Гаммета как количественная характеристика заместителей. Производные каpбоновых кислот: соли, сложные эфиpы, галогенангидpиды, ангидpиды, амиды, нитрилы, гидpазиды, азиды, гидpоксамовые кислоты, оpтоэфиpы, амидины. Представление о механизме взаимопревращений каpбоновых кислот и их производных, роль кислотного и основного катализа на примере реакций этеpификации и омыления. Восстановление и галогениpование кислот (реакция Гелля-Фольгаpда-Зелинского). Высшие каpбоновые кислоты:

маргариновая, пальмитиновая, стеариновая. Реакция замещения в бензольном кольце кислот ароматического ряда. Представление об основных путях использования каpбоновых кислот.

Производные каpбоновых кислот. Соли: реакция декаpбоксилиpования и ее каталитические варианты, анодное окисление каpбоксилат-ионов (реакция Кольбе), действие галогенов на серебряные соли (реакция БоpодинаХунсдиккеpа). Практическое использование солей каpбоновых кислот. Мыла.

Хлоpангидpиды: реакции с нуклеофилами и использование хлоpангидpидов в качестве агентов ацилиpования, реакция Розенмунда-Зайцева, реакция с магнийорганическими соединениями. Хлористый бензоил: получение, реакционная способность при взаимодействии с нуклеофилами, использование в качестве агента бензоилиpования.

Сложные эфиры: каталитическое гидpиpование, восстановление комплексными гидридами металлов, реакция Буво-Блана. Реакции пеpеэтеpификации и сложноэфирной конденсации. Представление об основных путях использования сложных эфиров. Ангидриды каpбоновых кислот: реакции с нуклеофилами (ацилиpование), реакция Пеpкина.

Амиды: кислотно-основные свойства, причины пониженной основности и повышенной кислотности по сравнению с аммиаком и аминами, основные пути превращения в амины (восстановление, реакция Гофмана и родственные ей превращения гидpазидов, азидов и гидpоксамовых кислот), реакция с азотистой кислотой (Буво), представления об основных путях использования амидов.

Взаимопревращения амидов и нитрилов. Свойства нитрилов: каталитическое гидpиpование, восстановление алюмогидpидом лития, реакции с магнийорганическими соединениями.

ческими соединениями.

Амидины: причины повышенной основности по сравнению с амидами и аминами.

Модуль XII. Особенности строения и реакционной способности дикарбоновых кислот, производных угольной кислоты. Проблемы и Дикарбоновые кислоты. Номенклатура и классификация. Методы синтеза: окисление циклоалканов, алициклических спиртов и кетонов, ароматических и алкилароматических углеводородов, гидролиз моно- и динитрилов, синтезы с использованием малонового и ацетоуксусного эфиров. Получение щавелевой кислоты из формиата натрия. Химические свойства. Кислотные свойства и их зависимость от взаимного расположения карбоксильных групп. Образование производных по одной и обеим карбоксильным группам, смешанные производные. Щавелевая кислота: реакции декарбоксилирования, декарбонилирования, окисления. Диэтилоксалат, реакции сложноэфирной конденсации с его участием и их синтетическое использование: конденсации с карбонильными соединениями (реакция Кневенагеля), присоединение по кратной связи, активированной электроноакцепторными заместителями (реакция Михаэля), образование, алкилирование и окислительная конденсация натриймалонового эфира, превращение продуктов этих реакций в карбоновые кислоты (синтезы Конрада). Янтарная и глутаровая кислоты: образование ангидридов и имидов. Сукцинимид, его применение в реакции бромирования. Адипиновая кислота и ее производные, их свойства и пути практического использования. Фталевая кислота и ее производные: фталевый ангидрид и его применение для синтеза антрахинона и его производных, триарилметановых красителей; фталимид и его использование для синтеза аминов (реакция Габриэля) и антраниловой кислоты; сложные эфиры и их практическое применение. Репелленты, пластификаторы. Терефталевая кислота, диметилтерефталат и его использование.

Производные угольной кислоты: фосген, мочевина и ее производные, сложные эфиры угольной кислоты, изоцианаты, уретаны, семикарбазид, ксантогенаты. Гуанидин, причины высокой основности. Пути практического использования угольной кислоты.

Непредельные монокарбоновые кислоты. Классификация. Методы получения,-непредельных карбоновых кислот. Электронное строение, взаимное влияние карбоксильной группы и связи C=C. Присоединение воды, аммиака, галогеноводородов, причины ориентации, наблюдаемой в этих реакциях. Методы получения и пути использования акриловой, метакриловой кислот и их производных. Плексиглас. Природные источники и практическое значение олеиновой, линолевой, арахидоновой кислот. Понятие о простангландинах. Липиды, жиры. Олифа и другие высыхающие масла.

Непредельные дикарбоновые кислоты. Способы получения малеиновой кислоты и ее ангидрида. Стереоизомерия и взаимопревращения малеиновой и фумаровой кислот, проявление стереоизомерии в различиях их химических свойств и в пространственном строении продуктов их реакций, протекающих по связи C=C. Ацетилендикарбоновая кислота как диенофил в реакции ДильсаАльдера.

Модуль XIII. Особенности строения и реакционной способности гетерофункциональных соединений. Проблемы и методы их синтеза Часть I. Оксикислоты, альдегидокислоты и углеводы Гидроксикислоты. Номенклатура и классификация. Алифатические гидроксикислоты. Общие методы синтеза, основанные на свойствах непредельных, галоген-, кето- и аминокарбоновых и дикарбоновых кислот, многоатомных спиртов, гидроксиальдегидов и гидроксинитрилов. Синтез -гидроксикислот по реакции Реформатского. Природные источники и важнейшие представители гидроксикислот. Гликолевая, молочная, яблочная, винная, лимонная кислоты.

Химические свойства. Реакции дегидратации и зависимость результата от взаимного расположения карбоксильной и гидроксигруппы. Представление о стереохимии гидроксикислот, реакции с обращением и сохранением конфигурации хирального центра (Вальден). Ароматические гидроксикислоты: получение карбоксилированием фенолятов и нафтолятов по Кольбе-Шмитту, взаимопревращения солей гидрокси-бензойных кислот и влияние природы катиона щелочного металла и температуры на направление этих реакций. Салициловая кислота, аспирин, салол. Пути использования гидроксибензойных кислот и их производных.

Альдегидо- и кетокислоты. Номенклатура и классификация. Простейшие альдегидо- и кетокислоты. Получение из кетонов, карбоновых кислот и их производных. Химические свойства.

Альдегидо- и кетокислоты, специфика их свойств. Получение сложных эфиров по реакции Кляйзена. Ацетоуксусный эфир, его C–H-кислотность и таутомерия, образование металлических производных, их строение, двойственная реакционная способность и использование в синтезе кетонов и карбоновых кислот. Конденсация с карбонильными соединениями, присоединение по связи C=C, активированной электроноакцепторными заместителями (реакция Михаэля), и синтетическое использование этих реакций. Взаимодействие с бисульфитом натрия, цианистым водородом, гидроксиламином и производными гидразина. Реакция бромирования, нитрозирования, азосочетания, ацетилирования, взаимодействия с магнийорганическими соединениями и диазометаном.

Углеводы. Hоменклатура и классификация. Характерные химические свойства. Моносахариды. Стереоизомерия, конфигурационные ряды. Кольчатоцепная таутомерия, мутаротация. Реакции, используемые для выяснения структурных и стереохимических характеристик моносахаридов: окисление и восстановление, ацилирование, алкилирование, образование фенилгидразонов и озазонов, переходы от низших к высшим и обратно. Ди- и полисахариды, представление о нахождении углеводов в природе и путях их использования.

Модуль XIV. Особенности строения и реакционной способности азотсодержащих соединений (нитро-, азо- и диазосоединений, нитридов). Проблемы и методы их синтеза Нитросоединения. Номенклатура и классификация. Способы получения нитросоединений: нитрование алканов (реакция Коновалова), обмен атома галогена на нитрогруппу, окисление аминов, синтез ароматических нитросоединений из аминов через соли диазония. Электронное строение нитрогруппы и ее электроноакцепторный характер. Химические свойства. Каталитическое гидрирование, восстановление в кислой, нейтральной и щелочной средах. C–Hкислотность и связанные с ней свойства алифатических нитросоединений: галогенирование, нитрозирование и его использование для идентификации нитросоединений, различающихся строением алкильного радикала, конденсация с карбонильными соединениями и присоединение по связи C=C, активированной электроноакцепторными заместителями. Таутомерия нитросоединений и реакции аци-формы: гидролиз, перегруппировка в гидроксамовые кислоты. Синтез гидроксиламина из динитроэтана. Hитроуксусный эфир и его применение в синтезе аминокислот. Свойства ароматических нитросоединений. Реакции электрофильного замещения, влияние нитрогруппы на скорость и ориентацию. Радикальное замещение нитрогруппы. Полинитроароматические соединения: реакции частичного восстановления, нуклеофильное замещение нитрогруппы, образование комплексов с переносом заряда (пикраты). Hитропроизводные толуола: окисление и внутримолекулярное диспропорционирование нитротолуолов. C-H-кислотность фенилнитрометана. Тротил.

Продукты неполного восстановления нитросоединений. Hитрозосоединения: таутомерия, димеризация, реакции конденсации. Фенилгидроксиламин, азоксибензол и их перегруппировки. Гидразобензол, бензидиновая и семидиновая перегруппировки (Зинин).

Диазо- и азосоединения. Диазотирование ароматических аминов (реакция Грисса). Электронное строение, катион диазония как электрофильный реагент.

Взаимопревращения различных форм диазосоединений. Реакции солей диазония, протекающие с выделением азота и их использование для получения функциональных производных ароматических соединений (реакция Зандмейера, Hесмеянова). Реакции солей диазония, протекающие без выделения азота. Азосочетание, диазо- и азосоставляющие, зависимость условия проведения азосочетания от природы азосоставляющей. Синтез, электронное строение и структурные особенности азокрасителей. Метилоранж и конго красный как представители красителей, используемых в качестве индикаторов. Восстановление солей диазония и азосоединений. Использование этих реакций для синтеза производных гидразина и аминов. Соли диазония как реагенты арилирования ароматических соединений. Диазосоединения жирного ряда: диазометан, диазоуксусный эфир. Синтезы на их основе.

Модуль XV. Особенности строения и реакционной способности гетерофункциональных соединений. Проблемы и методы их синтеза Часть II. Аминокислоты и белки Аминокислоты. Номенклатура и классификация. Структурные типы природных -аминокислот, стереохимия и конфигурационные ряды. Синтезы из альдегидов и кетонов через цианогидрины, из малонового, ацетоуксусного и нитроуксусного эфиров, галоген- и кетокарбоновых кислот. Методы синтеза -аминокислот, основанные на реакциях непредельных карбоновых кислот. Кислотно-основные свойства аминокислот и зависимость их от рH среды. Изоэлектрическая точка. Образование производных по карбоксильной и аминогруппам, бетаины. Взаимодействие с азотистой кислотой. Превращения, протекающие при нагревании аминокислот и зависимость их результатов от взаимного расположения двух функциональных групп. Представление о пептидном синтезе. Капролактам и его техническое значение. Антраниловая и п-аминобензойная кислоты: методы получения, свойства и пути использования.

Белки. Классификация. Представление о методах доказательства полипептидного строения, установление аминокислотного состава и последовательности аминокислотных фрагментов в полипептидной цепи. Вторичная структура.

Модуль XVI. Особенности строения и реакционной способности гетероциклических соединений. Нуклеиновые кислоты Пятичленные гeтepoциклы с одним гетероатoмoм (фуран, тиофен, пиррол). Общие методы синтеза и взаимопревращения (Юрьев). Зависимость степени ароматичности от природы гетероатома и ее влияние на особенности взаимодействия гетероцикла с электрофилами. Сравнительная характеристика физических и химических свойств фурана, тиофена, пиррола и бензола. Реакции гидрирования и окисления. Фурфурол и тиофен-2-альдегид, пирослизевая кислота. Кислотные свойства пиррола и их использование в синтезе. Аналогия в свойствах пиррола и фенола. Конденсация пиррола с формальдегидом и муравьиной кислотой. Пиррол-2-альдегид и его превращение в порфин. Пиррольный цикл как структурный фрагмент хлорофилла и гемоглобина. Индол и его производные. Методы построения индольного ядра, основанные на использовании ароматических аминов и арилгидразонов (реакция Фишера). Химические свойства индола как аналога пиррола, синтез важнейших производных. Представление о природных соединениях индольного ряда, индиго. Понятие об индигоидных красителях и кубовом крашении.

Пятичленные гeтepoциклы с атомами азота, кислорода и серы. Пиразол, имидазол, триазолы, тетразол; оксазол, тиазол; основные методы синтеза, представление об электронном строении, ароматичности и химических свойствах.

Шестичленные гeтepoциклы с одним гетероатoмoм. Пиридин и его гомологи. Номенклатура и изомерия производных. Ароматичность и основность пиридинового цикла. Проявление нуклеофильных свойств: реакции с электрофилами по атому азота и образование N-окиси. Отношение пиридина и его гомологов к окислителям. Гидрирование пиридинового ядра. Влияние гетероатома на реакционную способность пиридинового цикла в целом и его отдельных положений. Аналогия в химических свойствах пиридина и нитробензола. Реакции электрофильного замещения в ядре пиридина и его N-окиси. Реакции нуклеофильного замещения водорода (реакция Чичибабина) и атомов галогена. Активность метильной группы в зависимости от ее расположения в пиридиновом ядре. Влияние положения функциональной группы в кольце на свойства гидроксии аминопиридинов, таутомерия гидроксипиридинов. Соли пиридиния, расщепление пиридинового цикла.

Хинолин и его простейшие производные. Методы построения хинолинового ядра, основанные на реакциях анилина с глицерином и карбонильными соединениями (синтезы Скраупа и Дебнера-Миллера). Окисление хинолина.

Сходство и различие химических свойств пиридина и хинолина. Изохинолин.

Представление о природных соединениях, лекарственных средствах и красителях — производных пиридина.

Шестичленные азотистые гетероциклы с двумя гетероатомами. Пиримидин. Способы построения пиримидинового ядра, основанные на взаимодействии мочевины и ее производных с малоновым эфиром, эфирами -альдегидо- и -кетокислот. Сходство и различие в химических свойствах пиридина и пиримидина. (Урацил, цитозин, тимин. Пурин как конденсированная система имидазола и пиримидина. Кофеин, мочевая кислота. Представление о нуклеотидах и нуклеиновых кислотах.) Литература 1. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. Пер. с нем./ Под ред. В.М.Потапова. М.: Химия, 1979. -831 с.

2. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. Пер. с англ./ Под ред.

И.К.Коробициной. М.: Мир, 1974. -1132 с.

3. Нейланд О.Я. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1990. -750 с.

4. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии: В 2-х кн. М.:

Химия, 1974.

5. Робертc Дж., Касерио М. Основы органической химии. В 2-х т.: Пер. с англ./ Под ред. А.Н.Несмеянова. М.: Мир, 1978.

6. Терней А. Современная органическая химия. В 2-х т.: Пер. с англ./ Под ред.

Н.Н.Суворова. М.: Мир, 1981.

7. Шабаров Ю.С. Органическая химия. В 2-х т. М.: Химия, 1994.

Дополнительная литература 8. Аграномов А.Е. Избранные главы органической химии. М.: Химия, 1990. – 9. Вацуро И.В., Мищенко Г.Л. Именные реакции в органической химии. М.:

Химия, 1976. -528 с.

10. Кери Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии. В 2-х кн.:

Пер. с англ./ Под ред. В.М.Потапова. М.: Химия, 1981.

11. Марч Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структуры. В 4-х т.:

Пер. с англ./ Под ред. И.П.Белецкой. М.: Мир, 1987.

12. Потапов В.М. Стереохимия. М.: Химия, 1988. -463 с.

13. Потапов В.М., Кочетова Э.К. Химическая информация. Где и как искать химику нужные сведения: Справочник. М.: Химия, 1988. -224 с.

14. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. Пер. с англ./ Под ред.

В.Ф.Травеня. М.: Химия, 1991. -446 с.

15. Справочник химика. В 6-ти т. и дополн. т. Л.: Химия, 1963-1968.

Литература к экспериментальной части курса 16. Агрономов А.Е., Шабаров Ю.С. Лабораторные работы в органическом практикуме. М.: Химия, 1974. -374 с.

17. Библиографическое оформление курсовых, дипломных, научных работ: Методические рекомендации. - Барнаул: Изд-во АГУ, 1997. - 22 с.

18. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ. М.: Химия, 1973. -717 с.

19. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. В 3-х т./ Под общ. ред. Н.В.Лазарева, Э.Н.Левиной. Л.: Химия, 1976Геккеллер К., Экштайн Х. Аналитические и препаративные лабораторные методы. М.: Химия, 1994. -416с.

21. Голодников Г.В., Мандельштам Т. Практикум по органическому синтезу. Л.:

Химия, 1976. -372 с.

22. Козицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМРспектроскопии в органической химии. М.: Химия, 1979. -240 с.

23. Лабораторные работы по органической химии. Под ред. О.Ф. Гинзбурга и А.Л. Петрова. М.: Высшая школа, 1974. -285 с.

24. Органикум. Практикум по органической химии. В 2-х т.: Пер. с нем. М.:

Мир, 1992.

25. Методические разработки кафедры.

Литература на сайте кафедры органической химии http://www.chem.asu.ru/org/index.html 1. Органическая химия. Модульная программа.: Учебно-методическое пособие для студентов 3-го курса химического факультета. -Барнаул: Издательство Алтайского университета, 2003. -34 с.

2. Галочкин А.И. Органическая химия. Курс лекций. Учебное пособие для студентов 3-го курса химического факультета. -Барнаул: Издательство Алтайского университета, 2003. -504 с.

3. Галочкин А.И. Органическая химия. Иллюстрационный материал к лекциям.

Учебное пособие для студентов 3-го курса химического факультета. -Барнаул:

Издательство Алтайского университета, 2003. -177 с.

4. Галочкин А.И. Органическая химия. Обобщающий и итоговый контроль.

Учебное пособие для самостоятельной работы студентов 3 курса химического факультета. -Барнаул: Издательство Алтайского университета, 2003 г. -19 с 5. Галочкин А.И., Базарнова Н.Г., Касько Н.С., Лагуткина Е.В., Маркин В.И., Царев Н.И Органическая химия: Задачи и упражнения к текущему контролю.

Часть I. Барнаул: Издательство Алтайского университета, 2003. -54 с