Программа вступительных испытаний по специальности

02.00.02 – Аналитическая химия

1. Общие вопросы

Предмет аналитической химии. Цели и особенности аналитической

химии и аналитической службы. Взаимосвязь аналитической химии с

другими науками, значение для общества. Основные этапы развития.

Аналитические задачи: обнаружение, идентификация, определение веществ.

Химические, физические и биологические методы аналитической химии. Методы обнаружения, идентификации, разделения и концентрирования, определения; гибридные и комбинированные методы.

Методы прямые и косвенные.

Основные характеристики методов определения: чувствительность, предел обнаружения, диапазон определяемых содержаний, воспроизводимость, правильность, селективность. Метод и методика.

Виды химического анализа: изотопный, атомный, структурногрупповой (функциональный), молекулярный, вещественный, фазовый.

Макро-, микро-, ультрамикроанализ. Локальный, неразрушающий, дистанционный, непрерывный, внелабораторный (полевой).

2. Методы анализа 2.1. Химические методы 2.1.1. Теоретические основы Использование законов термодинамики и кинетики для описания и управления реальными гомогенными и гетерогенными системами.

Количественные характеристики равновесий: термодинамическая и концентрационные константы, стандартный и формальный потенциалы, степень образования (мольная доля) компонента. Расчет активностей и равновесных концентраций компонентов. Буферные системы.

Кислотно-основное равновесие. Развитие представлений о кислотах и основаниях. Использование протолитической теории для описания равновесий. Влияние свойств растворителей; их классификация. Константы кислотности и основности. Функция Гаммета. Буферные растворы.

Комплексообразование. Типы комплексных соединений, используемых в химическом анализе. Ступенчатое комплексообразование. Константы устойчивости. Методы определения состава комплексных соединений и расчета констант устойчивости. Кинетика реакций комплексообразования.

Инертные и лабильные комплексы. Примеры использования комплексов.

Окислительно-восстановительное равновесие. Обратимые и необратимые реакции. Уравнение Нернста. Смешанный потенциал. Методы измерения потенциалов. Константы равновесия. Механизм окислительновосстановительных реакций. Каталитические, автокаталитические, сопряженные и индуцированные окислительно-восстановительные реакции.

Примеры аналитического использования.

Процессы осаждения-растворения. Равновесия в системе жидкость – твердая фаза. Константы равновесия; растворимость. Механизм образования и свойства кристаллических и аморфных осадков. Коллоидные системы.

Загрязнения и условия получения чистых осадков.

Органические реагенты в химическом анализе. Функциональноаналитические группы. Влияние структуры органических реагентов на их свойства. Теоретические основы взаимодействия органических реагентов с ионами металлов.

2.1.2. Гравиметрические методы Сущность, значение, достоинства и ограничения прямых и косвенных гравиметрических методов. Требования, предъявляемые к осадкам.

Важнейшие неорганические и органические осадители. Аналитические весы.

2.1.3. Титриметрические методы Сущность и классификация. Виды титрования (прямое, обратное, косвенное). Кривые титрования. Точка эквивалентности, конечная точка титрования.

Кислотно-основное титрование в водных и неводных средах. Первичные стандартные растворы. Кривые титрования для одно- и многоосновных систем. Индикаторы.

Окислительно-восстановительное титрование. Первичные и вторичные стандартные растворы. Кривые титрования. Индикаторы. Предварительное окисление и восстановление определяемых соединений. Краткая характеристика различных методов.

Комплексометрическое титрование. Сущность. Использование аминополикарбоновых кислот в комплексонометрии. Важнейшие универсальные и специфические металлохромные индикаторы. Практическое использование.

Осадительное титрование. Сущность. Кривые титрования. Методы индикации конечной точки титрования. Индикаторы.

2.1.4. Кинетические методы Сущность методов. Дифференциальный и интегральный варианты.

Каталитический и некаталитический варианты. Методы определения концентрации индикаторных веществ. Чувствительность, избирательность и точность, области применения.

2.1.5. Биохимические методы Сущность методов. Ферментативные индикаторные реакции.

Химическая природа и структура ферментов. Иммобилизованные ферменты.

Биосенсоры и ферментные электроды. Сущность иммунных методов.

Методы регистрации аналитического сигнала в биохимических и иммунных методах. Чувствительность, избирательность и точность методов. Области применения.

2.1.6. Электрохимические методы. Теоретические основы Основные процессы, протекающие на электродах в электрохимической ячейке. Кинетика электрохимических процессов. Поляризационная кривая.

Классификация методов.

Потенциометрия. Равновесные электрохимические системы и их характеристики. Ионометрия: возможности метода и ограничения. Типы ионселективных электродов и их характеристики. Полевые транзисторы.

Потенциометрическое титрование с неполяризованными и поляризованными электродами.

Кулонометрия. Прямая потенциостатическая и гальваностатическая кулонометрия. Кулонометрическое титрование, его возможности и преимущества.

Вольтамперометрия. Характеристики вольтамперограмм, используемые для изучения и определения органических и неорганических соединений.

Метрологические характеристики различных вариантов полярографии, возможности и ограничения методов. Инверсионная вольтамперометрия и ее применение в анализе. Прямые и косвенные вольтамперометрические методы.

Кондуктометрия. Прямая низкочастотная кондуктометрия и кондуктометрическое титрование. Использование кондуктометрических датчиков в хроматографии и других методах анализа.

2.2. Физические методы Взаимодействие вещества с электромагнитным излучением, потоками частиц, магнитным полем.

2.2.1. Методы атомной оптической спектроскопии. Теоретические основы Атомные спектры эмиссии, поглощения и флуоресценции. Резонансное поглощение. Самопоглощение, ионизация. Аналитические линии.

Зависимость аналитического сигнала от концентрации.

Атомно-эмиссионная спектроскопия. Возбуждение проб в пламени, в дуговом и искровом разрядах. Индуктивно связанная плазма. Регистрация спектра. Идентификация и определение элементов по эмиссионным спектрам. Физические и химические помехи. Внутренний стандарт.

Подавление мешающих влияний матрицы и сопутствующих элементов.

Примеры использования.

Атомно-абсорбционная спектрометрия. Сущность метода. Источники излучения. Пламенная атомизация. Характеристики пламен и их выбор.

Электротермическая атомизация. Типы электротермических атомизаторов.

Способы подготовки пробы. Помехи: химические и физические. Коррекция помех. Чувствительность и избирательность. Примеры использования.

Атомно-флуоресцентная спектроскопия. Принцип метода. Способы возбуждения атомов (УФ излучение, лазер). Взаимное влияние элементов и устранение этих влияний. Практическое применение.

2.2.2. Методы рентгеновской и электронной спектроскопии. Методы рентгеноспектрального анализа (РСА) Классификация эмиссионных методов РСА. Закон Мозли.

Качественный и количественный анализ. Матричные эффекты. Типы рентгеновских спектрометров. Сравнительная характеристика методов.

Практическое применение.

Абсорбционный рентгеноспектральный анализ. Принцип метода, применение.

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. Оже-электронная спектроскопия. Основы методов. Практическое применение.

2.2.3. Методы молекулярной оптической спектроскопии.

Теоретические основы Молекулярные спектры поглощения, испускания. Основные законы светопоглощения и испускания. Рассеяние света. Поляризация и оптическая активность. Способы измерения аналитического сигнала.

Спектрофотометрия. Способы определения концентрации веществ.

Анализ многокомпонентных систем. Спектроскопия отражения. Достоинства и ограничения методов. Практическое применение.

Люминесцентные методы. Виды люминесценции. Основные закономерности молекулярной люминесценции. Качественный и количественный анализ.

ИК- и рамановская (комбинационного рассеяния) спектроскопия.

Колебательные и вращательные спектры. Качественный и количественный анализ. Особенности анализа проб в различном агрегатном состоянии.

Нефелометрия и турбидиметрия. Фотоакустическая спектроскопия.

Поляриметрия. Принципы методов и области применения.

2.2.4. Методы масс-спектрометрии Способы масс-спектрального анализа, регистрация и интерпретация спектров. Качественный и количественный анализ. Метод изотопного разбавления. Хромато-масс-спектрометрия.

2.2.5. Резонансные спектроскопические методы Магнитно-дипольные переходы. Спин-решеточная и спин-спиновая релаксация. ЯМР-спектроскопия; применение для идентификации соединений. ЭПР-спектроскопия. Применение в анализе.

2.2.6. Ядерно-физические и радиохимические методы Элементарные частицы. Основные виды радиоактивного распада и ядерных излучений.

Активационный анализ. Нейтронно-активационный анализ. Активация заряженными частицами. Гамма-активационный анализ. Метрологические характеристики. Практическое применение.

Радиохимические методы: методы радиоактивных индикаторов и изотопного разбавления. Общая характеристика и применение.

2.2.7. Методы локального анализа и анализа поверхности Классификация; физические основы. Достоинства и области применения. Особенности пробоотбора и пробоподготовки. Примеры использования.

2.3. Биологические методы Сущность методов, их преимущества и ограничения. Индикаторные организмы, их типы. Аналитический сигнал и способы его регистрации.

Определение физиологически неактивных соединений (химикобиологические методы). Метрологические характеристики. Области применения.

2.4. Хроматографические методы 2.4.1. Теоретические основы Основные понятия. Теория равновесной хроматографии. Уравнение Ван-Деемтера. Общие подходы к оптимизации процесса хроматографического разделения веществ. Способы осуществления хроматографического процесса. Особенности капиллярных колонок.

Способы элюирования веществ. Детекторы. Классификация хроматографических методов.

2.4.2. Газовая хроматография. Газо-адсорбционная (газотвердофазная) хроматография Сущность метода. Изотермы адсорбции. Требования к газам-носителям и адсорбентам. Примеры используемых адсорбентов. Химическое и адсорбционное модифицирование поверхности адсорбента. Влияние температуры на удерживание и разделение. Газовая хроматография с программированным подъемом температуры. Детекторы. Примеры применения.

Газо-жидкостная хроматография. Принцип метода. Объекты исследования. Требования к носителям и неподвижным жидким фазам.

Влияние природы жидкой фазы и разделяемых веществ на эффективность разделения.

Высокоэффективная капиллярная газовая хроматография. Сущность метода. Реакционная газовая хроматография. Применение для идентификации веществ, для анализа сложных смесей, объектов окружающей среды.

Сверхкритическая флюидная хроматография. Сущность, особенности, применение.

2.4.3. Жидкостная хроматография. Высокоэффективная жидкостная хроматография Сущность метода. Требования к адсорбентам и подвижной фазе.

Влияние природы и состава элюента на эффективность разделения.

Разновидности метода в зависимости от полярности неподвижной фазы:

нормально-фазовый и обращенно-фазовый варианты. Выбор условий разделения. Детекторы. Применение для анализа сложных смесей.

Ионообменная хроматография. Неорганические и органические ионообменники и их свойства. Комплексообразующие ионообменники.

Кинетика и селективность ионного обмена. Влияние природы и состава элюента на селективность разделения веществ. Примеры применения.

Ионная хроматография. Особенности метода. Двухколоночный и одноколоночный варианты метода. Сорбенты. Детекторы. Примеры применения.

Ион-парная хроматография. Принцип метода. Роль неподвижной фазы и вводимого в элюент противоиона. Области применения.

Эксклюзионная хроматография. Особенности механизма удерживания молекул. Характеристики сорбентов и подвижных фаз. Возможности и примеры применения. Гель-хроматография. Области применения.

Аффинная хроматография. Специфика метода, применяемые адсорбенты. Условия проведения процесса разделения. Области применения.

Тонкослойная хроматография. Сущность метода и области применения.

2.5. Другие методы разделения и концентрирования Процессы и реакции, лежащие в основе методов. Термодинамические и кинетические характеристики разделения и концентрирования.

Классификация методов. Сочетание разделения и концентрирования с методами определения. Принципы выбора метода.

Сорбционные методы. Классификация по механизму взаимодействия вещества с сорбентом, способу осуществления процесса, геометрическим признакам неподвижной фазы. Количественное описание сорбционных процессов. Сорбенты.

Экстракция. Сущность метода. Закон распределения. Основные количественные характеристики. Классификация экстракционных процессов по типу используемого экстрагента, типу образующихся соединений, технике осуществления. Основные типы соединений, используемых в экстракции.

Классы экстрагентов.

Осаждение и соосаждение.

Электрохимические методы. Классификация. Электровыделение, цементация, электрофорез, изотахофорез.

3. Метрология и хемометрика 3.1. Метрологические основы химического анализа Аналитический сигнал. Результат анализа как случайная величина.

Погрешности, способы их классификации, основные источники погрешностей.

Систематические погрешности в химическом анализе. Правильность и способы проверки правильности. Законы сложения погрешностей.

Релятивизация, контрольный опыт. Рандомизация.

Случайные погрешности в химическом анализе. Генеральная и выборочная совокупности результатов химического анализа. Закон нормального распределения результатов анализа, его проверка.

Распределение Пуассона. Статистика малых выборок. Воспроизводимость.

Статистические критерии: математическое ожидание (генеральное среднее) и генеральная дисперсия случайной величины, выборочное среднее, дисперсия, стандартное отклонение, доверительная вероятность и доверительный интервал. Сравнение двух (критерий Фишера) и нескольких (критерии Бартлера, Кокрена) дисперсий. Сравнение двух (критерий Стьюдента) и нескольких (критерий Фишера) средних результатов химического анализа.

Чувствительность. Коэффициент чувствительности. Предел обнаружения, нижняя граница определяемых содержаний, их статистическая оценка. Погрешности отдельных стадий анализа и конечного результата.

Применение дисперсионного анализа для оценки погрешностей отдельных стадий и операций химического анализа. Проверка значимости выборочного коэффициента корреляции. Использование корреляционного анализа для проверки независимости двух аналитических методик.

Применение регрессионного анализа для построения градуировочных зависимостей. Нахождение содержания вещества по градуировочной зависимости, статистическая оценка результата. Математическое планирование и оптимизация аналитического эксперимента с использованием дисперсионного и многомерного регрессионного анализа.

Стандартные образцы. Аттестация и стандартизация методик. Аккредитация аналитических лабораторий.

3.2. Компьютерные методы в аналитической химии Пути использования ЭВМ в аналитической химии. Многомерные данные в химическом анализе. Первичная обработка данных.

Коррелированные данные; понятие об анализе главных компонентов (факторном анализе). Многомерные регрессия и градуировка. Понятие о методах классификации и распознавания образов, кластерном анализе.

Построение и использование нелинейных градуировочных зависимостей.

Фурье-преобразование, его использование для фильтрации шумов и снижения пределов обнаружения. Расчеты химических равновесий.

4. Автоматизация анализа Автоматизация лабораторного анализа и производственного контроля, периодического, дискретного анализа и непрерывного анализа в потоке.

Автоматизированные приборы, системы и комплексы, автоматы-анализаторы для лабораторного и производственного анализа, роботы. Примеры современных высокоэффективных аналитических приборов-автоматов.

Проточно-инжекционный анализ.

5. Анализ конкретных объектов 5.1. Аналитический цикл и стадии анализа Выбор метода и схемы анализа, отбор пробы, подготовка пробы (разложение, разделение, концентрирование и другие операции), получение аналитической формы, измерение аналитического сигнала, обработка результатов измерений.

5.2. Пробоотбор и пробоподготовка Представительность пробы. Отбор проб гомогенного и гетерогенного состава; средних проб твердых, жидких и газообразных веществ; токсичных и радиоактивных проб. Основные операции перевода пробы в форму, удобную для анализа.

5.3. Основные объекты. Геологические объекты Анализ силикатов, карбонатов, железных и полиметаллических руд.

Металлы, сплавы и продукты металлургической промышленности (анализ черных, цветных, редких, благородных металлов и их сплавов). Материалы атомной промышленности (определение тория, урана, плутония, трансплутониевых элементов и осколков деления. Неорганические соединения. Анализ минеральных удобрений, неорганических веществ высокой чистоты. Органические вещества (природные и синтетические, элементоорганические, полимеры, продукты нефтепереработки, белки, жиры, углеводы; пестициды). Элементный анализ органических веществ.

Химические и физические методы функционального анализа.

Молекулярный анализ органических объектов. Анализ высокомолекулярных веществ, органических материалов.

Биологические и медицинские объекты. Санитарно-гигиенический контроль. Клинический анализ. Пищевые продукты. Определение основных компонентов и примесей.

Объекты окружающей среды. Основные источники загрязнений и основные загрязнители; методы их определения. Определение суммарных показателей (ХПК, БПК и др.). Тест-методы.

Специальные объекты: токсичные и радиоактивные, взрывчатые и легковоспламеняющиеся вещества, газы, космические и археологические объекты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Основы аналитической химии / Под ред. Ю.А. Золотова. В 2-х т.

М.: Высш. шк., 2000.

2.Основы аналитической химии. Практическое руководство / Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высш. шк., 2001.

3.Кунце У., Шведт Г. Основы качественного и количественного анализа / Пер. с нем. М.: Мир, 2006.

4.Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В 2-х т.

М.: Химия, 2008.

5.Юинг Г. Инструментальные методы химического анализа / Пер. с англ. М.: Мир, 2006.

Программа вступительных испытаний по специальности Модуль 1. Углеводороды и их галогенпроизводные.

Тема 1. Введение. Теоретические представления в органической химии.

Предмет органической химии. Важнейшие этапы развития органической химии. Основные сырьевые источники получения органических соединений. Понятие о методах выделения, очистки и идентификации органических веществ. Значение физических методов исследования органических соединений (УФ-, ИК-, ЯМР-спектроскопия, ЭПР, методы БХ, ТСХ, ГЖХ, масс-спектроскопия, поляриметрия).

Краткие сведения о развитии теоретических представлений в органической химии. Теория химического строения органических соединений А.М.Бутлерова. Стереохимическая гипотеза Вант-Гоффа и Ле-Беля.

Современные данные о строении и природе связей в органических соединениях. Ковалентная связь. Валентные состояния углерода. sp3-, sp2-, и sp-гибридизация. - и -связи. Основные характеристики ковалентной связи:

энергия, длина, валентный угол, полярность, поляризуемость. Донорноакцепторная и семиполярная связи. Водородная связь.

Взаимное влияние атомов в молекуле и его природа. Индукционный эффект. Мезомерный эффект (сопряжение).

Функциональные группы.

Классификация органических реакций: по характеру химического превращения (замещения, присоединения, отщепление, изомеризация), по способу разрыва связи в исходной молекуле (радикальные, ионные), по типу реагента (электрофильные, нуклеофильные). Понятие о промежуточных соединениях - свободных радикалах, карбанионах, карбкатионах.

Алифатические, циклические, ароматические, гетероциклические органические соединения.

Тема 2. Углеводороды.

2.1. Алканы.

Общая формула. Гомологический ряд. Строение, изомерия, номенклатура. Понятие об алкилах. Характеристика связей С-С и С-Н (длина, энергия, валентный угол, полярность, поляризуемость). Способы получения: выделение из природных источников, крекинг нефтяных фракций, гидрогенизация каменного угля и оксида углерода (II), лабораторные способы (реакция Вюрца, декарбоксилирование карбоновых кислот). Физические свойства. Химические свойства.

Реакции замещения (галогенирование, нитрование, сульфоокисление), их радикальный механизм. Понятие о цепных реакциях. Окисление и дегидрирование при высоких температурах. Крекинг, пиролиз, изомеризация. Важнейшие представители: метан, этан, пропан, бутан, пентан (получение, применение).

2.2. Алкены.

Общая формула. Гомологический ряд. Строение, изомерия, номенклатура. Квантомеханическая трактовка двойной углеродуглеродной связи, ее основные характеристики (длина, энергия, валентный угол, полярность, поляризуемость). Способы получения: крекинг и пиролиз нефтяных фракций, дегидрирование алканов, дегидратация спиртов, из галогенопроизводных алканов. Физические свойства. Химические свойства. Реакции присоединения (гидрирование, галогенирование, гидратация), их электрофильный механизм. Правило Марковникова и его современная трактовка. Реакции окисления алкенов. Озонолиз.

Полимеризация. Важнейшие представители: этилен, пропен, бутены (получение, применение).

2.3. Алкины.

Общая формула. Гомологический ряд. Строение, изомерия, номенклатура. Квантомеханическая трактовка тройной углеродуглеродной связи, ее основные характеристики (длина, энергия, валентный угол, полярность, поляризуемость). Способы получения (на примере ацетилена): из карбида кальция, пиролизом метана, из галогенопроизводных.

Физические свойства. Химические свойства. Реакции присоединения:

гидрирование, галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация (реакция Кучерова). Полимеризация ацетилена. Кислотный характер алкинов с концевой тройной связью, образование ацетиленидов.

Важнейшие представители: ацетилен (получение, применение).

2.4. Алкадиены.

Три типа диеновых углеводородов. Строение, номенклатура.

Углеводороды с сопряженными двойными связями: дивинил, изопрен.

Способы их получения, физические и химические свойства (реакции присоединения в 1,2- и 1,4-положения; полимеризация). Понятие о натуральном и синтетическом каучуке.

2.5. Алициклические углеводороды.

Общая формула. Гомологический ряд. Строение, изомерия, номенклатура. Способы получения из ациклических соединений.

Физические свойства. Химические свойства: реакции замещения, окисления, дегидрирования; реакции, сопровождающиеся раскрытием циклов.

Причины различной прочности циклов, гипотеза Байера. Понятие о конформации циклов. Важнейшие представители: циклопропан, циклопентен, циклогексан (получение, применение).

2.6. Ароматические углеводороды.

Одноядерные ароматические углеводороды. Гомологический ряд, строение, номенклатура, изомерия. Понятие об "ароматическом характере".

Квантовомеханическая трактовка ароматичности. Правило Хюккеля.

Источники и способы получения. Физические свойства. Формула Кекуле и современные представления о строении бензола. Гомологический ряд бензола. Химические свойства. Реакции электрофильного замещения (нитрование, галогенирование, сульфирование, алкилирование, ацилирование) и их механизм. Правило ориентации в реакциях электрофильного замещения. Реакции присоединения (галогенов, водорода).

Окисление и дегидрирование. Важнейшие представители: бензол, толуол, этилбензол, стирол, кумол (получение, применение). Многоядерные ароматические углеводороды: нафталин, дифенил, фенантрен, бензпирен (строение, применение). Понятие о канцерогенных веществах. Небензоидные циклопентадиениланион, тропилий-катион, азулен.

Тема 3. Галогенпроизводные углеводородов Классификация. Номенклатура. Изомерия. Способы получения.

Физические свойства. Химические свойства: реакции замещения, их механизм (нуклеофильное замещение SN1 и нуклеофильное замещение SN2);

реакции отщепления (элиминирование Е); образование магнийорганических соединений. Значение галогенпроизводных как переходного класса органических соединений. Отдельные представители: метилхлорид, этилхлорид, хлороформ, четыреххлористый углерод, винилхлорид, аллилхлорид, хлорбензол, дифтордихлорметан, тетрафторэтилен. Понятие об инсектицидах, пестицидах и хладонах.

Модуль 2. Гетеросодержащие органические соединения Тема 4. Кислородсодержащие органические соединения 4.1. Спирты Одноатомные спирты. Общая формула насыщенных алифатических спиртов. Гомологический ряд, изомерия, номенклатура. Понятие о первичных, вторичных и третичных спиртах. Способы получения:

гидратация алкенов, восстановление альдегидов и кетонов, гидролиз галогенопроизводных и сложных эфиров, брожение. Физические свойства. Химические свойства: реакции, протекающие с разрывом связи О-Н (образование алкоголятов, сложных эфиров); реакции, протекающие с разрывом связи С-О (обмен ОН-группы на атом галогена, дегидратация); окисление и дегидрирование. Важнейшие представители:

метиловый спирт, этиловый спирт, пропиловый спирты, бутиловые спирты, амиловые спирты (получение, применение). Важнейшие представители одноатомных насыщенных спиртов алициклического ряда (циклогексанол), ароматического ряда (бензиловый спирт, -фенилэтиловый спирт).

Ненасыщенные алифатические спирты. Понятие о енолах. Виниловый спирт. Аллиловый спирт.

Многоатомные спирты. Двухатомные спирты (гликоли). Строение, изомерия, номенклатура. Получение, химические свойства и применение (на примере этиленгликоля). Трехатомные спирты (глицерины). Строение, номенклатура. Важнейший представитель - глицерин (получение, особенности химического поведения, значение, применение в пищевой промышленности). Спирты высшей атомности: ксилит, сорбит (строение, получение, значение, применение).

4.2. Фенолы, нафтолы.

Строение, номенклатура. Способы получения: выделение из каменноугольной смолы, кумольный способ, щелочное плавление ароматических сульфокислот, гидролиз галогенопроизводных аренов.

Физические свойства. Химические свойства: повышенная по сравнению со спиртами кислотность фенолов и нафтолов, образование фенолятов, особенности реакций электрофильного замещения, восстановление, окисление. Двух- и трехатомные фенолы (пирокатехин, гидрохинон, резорцин, пирогаллол). Понятие о хинонах. Нафтолы. Строение, изомерия.

-нафтол и -нафтол (применение).

4.3. Простые эфиры.

Общая формула. Номенклатура, изомерия. Способы получения:

дегидратация спиртов, взаимодействие алкоголятов с галогенопроизводными углеводородов. Физические свойства. Химические свойства: взаимодействие с иодоводородом, присоединение сильных кислот, образование гидропероксидов. Отдельные представители:

диэтиловый эфир, анизол, диоксан, дифениловый эфир, тетрагидрофуран (строение, применение). Простые эфиры циклического строения с окисным кольцом (эпоксиды). Общая формула. Важнейший представитель окись этилена (строение, получение, применение). Понятие о перекисных соединениях. Гидроперекиси и перекиси (общая формула, получение, свойства).

4.4. Альдегиды и кетоны.

Строение, изомерия, номенклатура. Способы получения: окисление спиртов, дегидрирование спиртов, разложение солей карбоновых кислот, гидролиз дигалогенопроизводных углеводородов, оксосинтез, реакция Гаттермана- Коха, реакция Фриделя-Крафтса, реакция Кучерова.

Физические свойства. Химические свойства. Квантомеханическая трактовка двойной связи кислород-углерод. Реакции нуклеофильного присоединения (AdN): присоединение синильной кислоты, гидросульфита натрия, взаимодействие с аммиаком, присоединение воды и спиртов. Реакции замещения: взаимодействие с галогенидами фосфора (V), с гидроксиламином, гидразином и фенилгидразином. Восстановление, окисление. Реакция Канниццаро. Реакция Тищенко. Реакции, обусловленные подвижностью атомов водорода в -положении углеводородного радикала: замещение водорода на галоген, альдольная и кротоновая конденсации. Различия в свойствах альдегидов и кетонов.

Специфические реакции альдегидов - реакция серебряного зеркала, с фуксинсернистой кислотой. Реакции полимеризации альдегидов. Важнейшие представители: формальдегид, уксусный альдегид, бензальдегид, ацетон, циклогексанон, ацетофенон, акролеин, ванилин, диацетил (строение, получение, применение). Понятие о кетенах. Кетен (строение, применение).

4.5. Карбоновые кислоты.

ароматические). Общая формула, изомерия, номенклатура. Нахождение в природе, способы получения: окисление алканов, алкенов, спиртов, альдегидов, кетонов, аренов; оксосинтез; гидролиз нитрилов, гемтригалогенпроизводных углеводородов и сложных эфиров; из металлорганических соединений. Физические свойства. Химические свойства. Квантомеханическая трактовка природы химических связей в карбоксильной группе и карбоксилат-анионе. Кислотность карбоновых кислот, диссоциация. Реакции по карбоксильной группе (образование солей; сложных эфиров - реакция этерификации, ее механизм;

образование ангидридов, галогенангидридов; восстановление, образование амидов, нитрилов), реакции по углеводородному радикалу (галогенирование в -положение, окисление), декарбоксилирование. Важнейшие представители: муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, валериановая кислота, капроновая кислота, высшие жирные кислоты (пальмитиновая и стеариновая), бензойная кислота. Их строение, получение, применение в пищевой промышленности.

Одноосновные ненасыщенные кислоты. Строение, изомерия, номенклатура. Способы получения: из галоген- и дигалогенкарбоновых кислот, дегидратация -оксикислот, окисление ненасыщенных альдегидов.

Физические свойства. Химические свойства. Особенности химического поведения ненасыщенных кислот с двойной связью в,-положении.

Полимеризация и сополимеризация непредельных кислот. Важнейшие представители: акриловая кислота, метакриловая кислота, сорбиновая кислота, олеиновая кислота, линолевая кислота, линоленовая кислота, арахидоновая кислота (строение, получение, значение, применение).

Двухосновные кислоты (дикарбоновые кислоты). Классификация, изомерия, номенклатура. Способы получения. Особенности физических и химических свойств. Отдельные представители: щавелевая кислота, янтарная, глутаровая, адипиновая, малеиновая и фумаровая, фталевые кислоты (строение, получение, применение, значение).

4.6. Производные карбоновых кислот.

Классификация, номенклатура. Понятие о кислотных радикалах (ацилах), ацилировании и ацилирующих агентах.

Галогенангидриды. Общая формула. Способы получения. Свойства.

Отдельные представители: ацетилхлорид, бензоилхлорид, фосген (строение, применение).

двухосновных кислот. Способы получения, применение. Отдельные представители: уксусный ангидрид.

Сложные эфиры. Общая формула. Номенклатура. Способы получения, нахождение в природе. Реакция этерификации. Физические и химические свойства. Отдельные представители: этилформиат, этилацетат, изоамилацетат, этилбутират (строение, получение, применение).

Амиды карбоновых кислот. Определение. Строение, номенклатура.

Способы получения: действие аммиака на хлорангидриды карбоновых кислот, сухая перегонка аммониевых солей карбоновых кислот.

Физические свойства. Химические свойства. Отдельные представители:

ацетамид, карбамид (строение, получение, применение).

номенклатура. Способы получения: из амидов карбоновых кислот, взаимодействие галогенпроизводных углеводородов с цианидом калия.

Химические свойства: гидролиз, восстановление. Отдельные представители:

ацетонитрил, акрилонитрил (строение, получение).

Тема 5. Азотсодержащие органические соединения 5.1. Нитросоединения.

Определение, номенклатура, изомерия. Способы получения:

нитрование углеводородов азотной кислотой (реакция Коновалова), нитрующей смесью (электрофильное замещение в ароматическом ряду), взаимодействие галогенпроизводных углеводородов с нитритами металлов.

Химические свойства: восстановление (реакция Зинина), отношение к щелочам, таутомерия. Отдельные представители: нитрометан, нитробензол, тринитротолуол (строение, получение, применение).

Определение. Классификация. Первичные, вторичные и третичные амины. Номенклатура, изомерия. Способы получения: восстановление нитросоединений (реакция Зинина), алкилирование аммиака, из амидов кислот, восстановление нитрилов. Физические свойства. Химические свойства: основность, образование гидроксидов и солей, реакция алкилирования и ацилирования, взаимодействие с азотистой кислотой.

Отдельные представители: анилин, этилен диамин, гексаметилендиамин (строение, получение, применение, значение).

5.3. Азо- и диазосоединения Диазосоединения. Определение, классификация. Диазотирование способ получения одной из форм ароматических диазосоединений - солей диазония. Физические свойства. Химические свойства: реакции с выделением азота, реакции без выделения азота. Азосоединения. Способ получения: реакция азосочетания. Понятие об азокрасителях. Связь между строением органических соединений и их цветностью. Хромофоры и ауксохромы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Грандберг И.И. М., «Дрофа», 2009.

2. Тюкавкина Н.А., Бауков Б.И. М., Дрофа», 3. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Учебник М.: Колос, 4. Тагер А. А. М. «Научный мир», 2007 г.

5. Сомчиков Ю. Д.М., «Академия», 2006 г.

Программа вступительных испытаний по специальности 02.00.06 – Высокомолекулярные соединения 1. Классификация полимеров: органические, неорганические элементорганические; гомо- и гетероцепные полимеры.

2. Классификация полимеров по строению основной цепи: линейные, разветвлённые и привитые полимеры; блоксополимеры.

3. Методы получения полимеров. Сравните методы полимеризации и поликонденсации. В чём основные преимущества и недостатки метода поликонденсации? Каковы особенности структуры полимеров, получаемых этим методом? Приведите примеры полимеров, получаемых методом поликонденсации.

4. Какие преимущества имеет ионно-координационная полимеризация перед другими методами полимеризации? Каковы особенности структуры полимеров, получаемых этим методом?

5. Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, методы их характеристики. Почему для полимеров и олигомеров характерны полидисперсность и полифункциональность?

6. Каким способом можно получить стереорегулярный полимер? Какие катализаторы используются для этих целей? Приведите схему получения стереорегулярного бутадиена.

7. Что такое «живые» молекулы? Какое практическое применение они находят?

8. Какие Вы знаете приёмы повышения молекулярной массы полимера при поликонденсации?

9. Как можно регулировать структуру полимера (молекулярную массу и молекулярно-массовое распределение) при радикальной и при ионной полимеризации?

10. В чём отличие равновесной поликонденсации от неравновесной? В каком случае получается полимер с более высокой молекулярной массой и почему?

11. В чём состоят различия в структуре мономеров при полимеризации и поликонденсации?

12. Какая разница между деструкцией и деполимеризацией? Как влияет структура полимера на механизм деструкции и деполимеризации?

13. Какие Вы знаете реакции, приводящие к увеличению или уменьшению молекулярной массы полимеров?

14. Как протекает процесс термоокислительной деструкции? Какие соединения при этом образуются? Какова роль термоокислительной деструкции при изготовлении и эксплуатации изделий из полимеров?

Основные методы защиты от термоокислительной деструкции.

15. В чём сходство и различия растворов высоко- и низкомолекулярных соединений?

16. Что такое термодинамическое сродство компонентов раствора?

Какие свойства растворов оно характеризует? Как оценивается термодинамическое сродство?

17. Какие растворы полимеров считаются концентрированными, а какие разбавленными? В чём состоит различие их свойств? Чем эти различия обусловлены?

18. Что такое «хороший» и «плохой» растворитель? Какой показатель характеризует качество растворителя?

19. В чём различия между истинными и коллоидными растворами?

20. Вязкость растворов полимеров. Отличия течения растворов полимеров от течения низкомолекулярных жидкостей. Вязкостный способ определения молекулярной массы полимеров. Уравнение Марка-КунаХувинка.

21. Как влияет структура полимеров на вязкость их растворов?

22. Что такое характеристическая вязкость? Как её определяют?

23. Что такое конфигурация повторяющегося звена, конфигурация ближнего и дальнего порядка и конфигурация макромолекулы? Что такое структурная регулярность и стереорегулярность?

24. Конформация макромолекулы. Какие типы конформаций Вам известны? Как можно оценить размеры макромолекул? Почему одни полимеры не образуют стереоизомеров, а другие образуют? Приведите примеры.

25. Что такое надмолекулярная структура полимера? Зависит ли она химического строения макромолекулы, молекулярной массы и молекулярномассового распределения полимера, конфигурации макромолекул и их конформации? Приведите примеры надмолекулярных структур в кристаллических и аморфных полимерах.

26. Каким показателем характеризуют энергию когезии полимера?

27. Какие Вам известны способы модификации надмолекулярных структур?

28. В чём состоят специфические особенности ориентированного состояния полимеров?

29. В чём сходство и в чём различия между полимераналогичными превращениями и внутримолекулярными реакциями? Приведите примеры реакций.

30. При переработке полимеров происходит изменение его химического строения, конфигурации звена и самой макромолекулы. Какие методы используют для характеристики этих изменений?

31. Что такое термодинамическая и кинетическая гибкость? Почему разные полимеры могут характеризоваться практически одинаковой термодинамической, но различной кинетической гибкостью?

32. При нагревании линейный полимер превращается сначала в разветвлённый, а затем в пространственный. Каким образом при этом будет изменяться его гибкость?

33. В каких фазовых и физических состояниях существуют аморфные и кристаллические полимеры? Влияет ли химическое строение, молекулярная масса и конфигурация макромолекулы на характер термомеханической кривой?

34. Охарактеризуйте стеклообразное состояние полимера и процесс стеклования. Зависит ли температура стеклования от скорости деформирования?

35. Перечислите основные признаки высокоэластического состояния полимеров. Изменяются внутренняя энергия и энтропия полимеров при деформировании их в высокоэластическом состоянии?

36. Охарактеризуйте вязкотекучее состояние полимеров. Каковы различия в механизмах течения полимеров и низкомолекулярных жидкостей?

37. Какие процессы протекают в полимерах под влиянием ионизирующих излучений? Как изменяется структура полимеров под действием радиации? Какие полимеры в наименьшей степени подвержены действию радиации и почему?

38. Что представляет собой процесс вулканизации? Какие полимеры способны к вулканизации? Как изменяются свойства полимеров в процессе вулканизации? Назовите основные вулканизирующие агенты для органических и элементорганических полимеров.

39. Какими показателями характеризуются деформационные (упругие и релаксационные) свойства полимеров в стеклообразном, высокоэластическом, вязкотекучем и кристаллическом состоянии?

Перечислите особенности деформирования полимеров в различных фазовых и физических состояниях.

40. Каковы основные особенности разрушения полимеров в различных физических и фазовых состояниях?

41. Полиолефины. Способы получения, свойства, применение.

Важнейшие представители.

42. Полиамиды. Способы получения, свойства, применение. Важнейшие представители.

43. Простые полиэфиры. Способы получения, свойства, применение.

Важнейшие представители.

44. Сложные полиэфиры. Способы получения, свойства, применение.

Важнейшие представители.

45. Полиимиды и другие гетероциклические полимеры.

46. Полиуретаны. Способы получения, свойства, применение.

Важнейшие представители.

47. Полимочевины. Способы получения, свойства, применение.

48. Эпоксидные олигомеры и полимеры.

49. Полисиланы, полисилоксаны, полисилазаны.

50. Целлюлоза и ее производные.

51. Феноло- и мочевиноформальдегидные полимеры.

52. Полимеры диеновых углеводородов.

53. Поликарбонаты.

54. Полисульфиды и полисульфоны.

55. Белки и их структура.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения. М.: Юрайт. 2013. 602с.

2.Аскадский А.А., Хохлов А.Р. Введение в физико-химию полимеров.

М., Научный мир. 2009. 384с.

3. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.:Научный мир. 2007.432с.

4. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М,.Колосс.

2007. 367с.

5. Семчиков Ю. Высокомолекулярные соединения. М.: Академия. 2010.

368с.