Программа учебной дисциплины «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии» для специальности 050101
|
|
Скачать 0.49 Mb.
|
|
федеральное агентство по образованию ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.Г. БЕЛИНСКОГО
^ «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии» для специальности 050101 – «Химия» с дополнительной специальностью «Биология» ^ Кафедра химии и теории и методики обучения химии Пенза – 2007 1. Требования ГОС по дисциплине и квалификационные требования Выписка из государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 050101 «Химия с дополнительной специальностью» от 31 января 2005 г. Номер государственной регистрации № 696 пед/сп (новый) ^ 1.1. Специальность утверждена приказом Министерства образования Российской Федерации № 686 от 02.03.2000г. ^ – учитель химии и ___ (в соответствии с дополнительной специальностью) Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки учителя химии и ___ (в соответствии с дополнительной специальностью) по специальности 050101 Химия с дополнительной специальностью при очной форме обучения 5 лет. ^ Выпускник, получивший квалификацию учителя химии и ___ (в соответствии с дополнительной специальностью), должен быть готовым осуществлять обучение и воспитание обучающихся с учётом специфики преподаваемого предмета; способствовать социализации, формированию общей культуры личности, осознанному выбору и последующему освоению профессиональных образовательных программ; использовать разнообразные приёмы, методы и средства обучения; обеспечивать уровень подготовки обучающихся, соответствующий требованиям Государственного образовательного стандарта; соблюдать права и свободы учащихся, предусмотренные Законом Российской Федерации «Об образовании», Конвенцией о правах ребёнка, систематически повышать свою профессиональную квалификацию, участвовать в деятельности методических объединений и в других формах методической работы, осуществлять связь с родителями (лицами, их заменяющими), выполнять правила и нормы охраны труда, техники безопасности и противопожарной защиты, обеспечивать охрану жизни и здоровья учащихся в образовательном процессе. 1.3.1. Область профессиональной деятельности. Среднее общее (полное) образование. 1.3.2. Объект профессиональной деятельности. Обучающийся. 1.3.3. Виды профессиональной деятельности. Учебно-воспитательная; социально-педагогическая; культурно-просветительная; научно-методическая; организационно-управленческая. 4. Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки выпускника по специальности 050101 «Химия с дополнительной специальностью» ^ Введение. Предмет и объекты органической химии. Основные вехи истории изучения органических соединений. Генезис представлений о строении органических соединений, воззрения А. М. Бутлерова, А. Кекуле и П. Кунера. Электронное строение органических соединений, учение об электронных эффектах. Современные представления о строении органических молекул. Классификация реагентов и реакций в органической химии. Стереохимическое учение. Понятие о хиральности, динамика органических соединений, конформации, оптическая изомерия органических соединений. Физические и физико-химические методы исследования в органической химии, учения о механизмах реакций органических соединений. Катализ в превращениях важнейших классов веществ. Важнейшие источники информации об органических соединениях и органических реакциях. Соединения с σ-связями. Алканы, их распространение в природе, основные химические свойства, гемолитические реакции алканов, их крекинг, микробиологические трансформации алканов. Функционализированные алканы: металлорганические соединения, галоид-, гидрокси-, тиогидрокси-, амино- и нитропроизводные алканов. Их основные превращения и использование в синтезе. Соединения с π-связями. Алкены, их строение, геометрическая изомерия, электрофильные реакции, правило Марковникова, металлические -комплексы алкенов, оксосинтез, полимеризация алкенов. Алкадиены, их изомерия. Строение сопряженных диенов, представления о сопряжении. Основные реакции сопряженных алкадиенов, их полимеризация. Работы С. В. Лебедева, К. Циглера и Дж. Натта, прогресс в синтезе эластомеров. Алкины, их строения, кислотные свойства, склонность вступать в реакции с электроно-донорами (М. Г. Кучеров). Окислительные реакции алкинов. Каталитическая олигомеризация алкинов. Соединения с полярными π-связями. Альдегиды и кетоны, их нахождение в природе. Строение карбонильной группы, участие карбонильной группы в σ--сопряжении. Основные химические свойства альдегидов и кетонов: гомолитическое и нуклеофильное присоедлинения, реакции за счет α-метильных (метиленовых) водородов. Реакции Каниццаро. Альдольная и кротоновая конденсации. Олигомеризация карбонильных соединений. Карбоновые кислоты и их производные: распространение в природе. Основные синтезы и химические превращения. Сложноэфирная конденсация. Полифункциональные системы. Ацетоуксусный и малоновый эфиры как типичные представители β-дикарбонильных соединений. Основные синтезы на их основе. Обзор химических особенностей полифункциональных производных алканов. Алициклы. Циклоалканы и другие циклические алифатические соединения, их строение, динамика и основные химические свойства. Арены и их функциональные производные. Бензол, его электронное строение. Представления об ароматичности. Основные химические свойства моно- и полиядерных аренов. Функциональные производные аренов, аспекты их реакционной способности и синтетического использования. Особенности химического поведения жирноароматических соединений. Гетероциклы. Фуллерены. Гетероциклические соединения, их многообразие, синтез и важнейшие химические свойства основных типов пяти- и шестичленных ароматических гетероциклов. Понятия о супрамолекулярной химии. Типы взаимодействий обуславливающие супрамолекулярные взаимодействия. Молекулярное распознавание. Самосборка, самоорганизация. ^ Преподавание органической химии в последние годы становится все более ответственной и сложной задачей. Диапазон областей применения и круг потребителей продукции органического синтеза невероятно широки и непрерывно растут, что, безусловно, делает напряженным, но очень интересным и связанным с жизнью курс этой дисциплины. За последние два десятилетия сформировалась как самостоятельная наука супрамолекулярная химия, которая лежит за пределами классической химии. Развитие супрамолекулярной химии привело к множеству впечатляющих достижений и открыло новые перспективы в различных областях человеческой деятельности. В связи с этим в программу включены основные понятия и представления супрамолекулярной химии, тенденции и перспективы её развития. Программа составлена с учётом современных достижений теоретической органической химии и промышленности органического синтеза. Из огромного материала отобраны вопросы, которые имеют наибольшее значение для понимания основных проблем органической химии и позволяют студентам самостоятельно работать с учебными пособиями. Особое внимание в программе уделяется вопросам, изучаемым в курсе химии средней школы. ^ является освоение системы знаний о фундаментальных теоретических и экспериментальных основах органической и супрамолекулярной химии; овладение умениями характеризовать строение, физические и химические свойства органических веществ; овладение экспериментальными учениями и навыками; развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе изучения органической химии; развитие логики и физико-химического мышления; воспитание чувства ответственности за применение полученных знаний, умений и навыков. ^
^ Дисциплина «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии» тесно связана с дисциплиной «Общая и неорганическая химия», так как она базируется на теориях строения атома, химической связи, химической термодинамики, кинетики и катализа. Дисциплина «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии» является базой для изучения химии высокомолекулярных соединений, прикладной химии, органического синтеза, экологической химии, биохимии, молекулярной биологии, цитологии, физиологии и других биологических дисциплин. Кроме того, дисциплина «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии» составляет основную часть общехимической подготовки, необходимой при изучении дисциплины «Теория и методика обучения химии». ^ Формирование у студентов научного мировоззрения, физико-химического мышления, развитие целостных представлений о природных процессах, воспитание чувства ответственности за применение полученных знаний, умений и навыков. ^ Дисциплина «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии» является дисциплиной федерального компонента цикла дисциплин предметной подготовки. Дисциплина «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии» необходима для подготовки студентов к преподаванию курса органической химии и общей биологии в школе. Изучение данной дисциплины призвано помочь преподавателям средней школы в воспитательной работе и вооружить их правильными представлениями о многообразии и сложности материального мира, высшие формы развития которого построены из органических соединений. ^
5. тематический план для очной формы обучения
^ Предмет и объекты органической химии. Значение органической химии для научно-технического прогресса. История развития органической химии. Отечественные научные школы химиков-органиков. Важнейшие источники информации об органических соединениях и органических реакциях. Теория А.М. Бутлерова и ее роль в становлении органической химии как науки. 1. Методы органической химии Способы выделения индивидуальных веществ. Качественный и количественный анализ органических соединений. Определение физических констант вещества. Физико-химические методы исследования в органической химии (УФ-, ИК-, ЯМР-спектроскопия и др.). 2. Электронная теория химической связи Ионная связь. Ковалентная связь, способы ее образования. Характеристика ковалентной связи: энергия, длина, кратность, полярность, поляризуемость, направленность в пространстве. Примеры из области органической химии. 3. Теория гибридизации Три валентных состояния атома углерода (sp3-, sp2- и sp-гибридизация). Правила для определения гибридизации атомов в молекуле. 4. Теория взаимного влияния атомов в органических соединениях Общее представление о поляризации связей в органических соединениях вследствие внутримолекулярного взаимодействия атомов. Электронные эффекты заместителей. Индуктивный эффект. Передача I-эффекта в молекуле. Эффект сопряжения (мезомерный эффект). Энергия сопряжения, влияние на устойчивость системы. Понятие о сверхсопряжении. Методы графического изображения влияния заместителей на изменение распределения электронной плотности. Метод электронного резонанса. 5. Типы органических реакций и реагентов Классификация органических реакций. Механизм реакции. Интермедиаты: свободные радикалы, карбокатионы, карбанионы. Факторы, влияющие на устойчивость интермедиатов. Концепции кислотности и основности, электрофильности и нуклеофильности. Принцип ЖМКО. 6. Классификация и номенклатура органических соединений Классификация органических соединений по типу скелета молекулы (ациклические, карбоциклические, гетероциклические) и по функциональным группам. Современные номенклатурные правила ИЮПАК. 7. Изомерия Виды структурной изомерии: строение углеродного скелета, положение функциональной группы, таутомерия. Примеры из различных классов органических соединений. Стереоизомерия: конфигурационная (оптическая и геометрическая), конформационная. Оптическая изомерия. Поляризованный свет и оптическая активность. Влияние хиральности на физические свойства. Соединения с одним асимметрическим атомом углерода, энантиомеры, рацематы. Обозначение конфигураций в D, L-системе. Соединения с несколькими асимметрическими атомами углерода, диастереомеры, мезоизомеры. Обозначение конфигураций в R, S-системе (правила Кана-Ингольда-Прелога). Асимметрическое замещение иных атомов, чем углерод. Способы разделения рацематов на антиподы. Геометрическая изомерия. Цис-, транс-изомерия ациклических ненасыщенных соединений. Обозначение конфигураций в E, Z-системе. Цис-, транс-изомерия в циклических системах. Конформационная изомерия молекул с открытыми цепями и циклических соединений. Заторможенные и заслоненные конформации этана, 1,2-дихлорэтана, бутана. Понятие о напряжении Питцера. Потенциальная кривая – функция диэдрального угла. Конформационный анализ. ^ 8. Алканы Гомологический ряд. Изомерия: структурная и пространственная. Номенклатура (правила ИЮПАК). Природные источники алканов, их практическое значение. Методы синтеза: восстановление алкилгалогенидов, кетонов, гидролиз магнийорганических соединений, синтезы Вюрца, Дюма, Кольбе, Фишера-Тропша. Физические свойства алканов (агрегатное состояние, температуры кипения и плавления) и закономерности их изменения в гомологическом ряду. Строение и реакционная способность алканов. Реакции замещения, механизм SR. Галогенирование, энергетический профиль реакций, особенности хлорирования и бромирования пропана, расчет изомерного состава продуктов реакций. Сульфохлорирование алканов, значение реакции в производстве моющих средств. Нитрование жидкофазное (М. И. Коновалов) и парофазное. Термическое расщепление (крекинг, пиролиз) и его значение. Окисление алканов как метод синтеза кислородосодержащих соединений. 9. Алкены Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Способы получения: крекинг алканов, дегидрирование алканов, дегидрогалогенирование галогеналканов, дегидратация спиртов, дегалогенирование виц.-дигалогеналканов. Строение и реакционная способность алкенов. Реакции алкенов, сопровождающиеся разрывом -связи. Галогенирование, гидрогалогенирование. Механизм электрофильного присоединения (АЕ). Теоретическое обоснование правила Марковникова. Гидратация алкенов как промышленный способ получения спиртов. Присоединение карбокатионов (димеризация изобутилена). Металлические -комплексы алкенов. Реакции радикального присоединения к алкенам (гидробромирование). Окислительно-восстановительные реакции алкенов: реакция Вагнера (механизм), окисление на палладиевом катализаторе, образование эпоксидов, окисление с разрывом цепи. Озонидное расщепление. Восстановление алкенов. Полимеризация алкенов. Механизм радикальный и ионный. Строение полимеров (на примере полипропилена). Понятие о стереоспецифических катализаторах Циглера-Натта. Теломеризация. Примеры полимеров. Реакции алкенов, протекающие с сохранением -связи. Аллильное замещение. 10. Алкины Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Способы получение ацетилена (карбидный, крекингом метана) и его гомологов (дегидрогалогенирование виц. дигалогенидов, дегалогенирование тетрагалогенидов). Электронное строение и геометрия алкинов. Связь валентного состояния углерода с его электроотрицательностью. Зависимость свойств С-Н-связи от S-карактера sp-гибридной орбитали. Кислотные свойства алкинов-1. Сравнение реакционной способности алкенов и алкинов в АE-реакциях. Гидратация алкинов по Кучерову. Нуклеофильное присоединение спиртов. Олиго- и полимеризация алкинов. Органические полупроводники, синтетические металлы. Ацетилен как сырье в промышленности органического синтеза. 11. Алкадиены Классификация. Изомерия. Номенклатура. Способы синтеза сопряженных диенов: бутадиена-1,3, изопрена. Современные представления о строении сопряженных диенов. Конфигурации и конформации диенов. Особенности химического поведения диенов: 1,2- и 1,4-присоединение галогенов и галогеноводородов (механизм АE). Понятие о кинетическом и термодинамическом контроле реакций. Диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера). Полимеризация диенов. Натуральный и синтетический каучук (СКБ, СКД, СКИ, СКН). Работы С. В. Лебедева. 12. Галогенпроизводные углеводородов Галогеналканы. Номенклатура. Изомерия структурная и пространственная. Способы получения алкилгалогенидов из алканов, алкенов, алкинов и спиртов. Электронное строение галогеналканов. Характеристика связей углерод-галоген (энергия, полярность, поляризуемость). Химические свойства. Взаимодействие с водными растворами щелочей, алкоголятами, аминами и др. Нуклеофильное замещение у тетраэдрического атома углерода. Механизм SN1 и SN2, кинетические и стереохимические исследования. Влияние различных факторов на механизм и скорость SN-реакций. Понятие об амбидентных нуклеофилах. Реакции дегидрогалогенирования, механизм Е1 и Е2. Правило Зайцева. Взаимодействие галогеналканов с металлами. Отдельные представители галогеналканов. Продукты хлорирования метана и этана. Фторпроизводные, особые способы получения, свойства, экологические аспекты их применения. Галогеналкены. Аллилхлорид, винилхлорид. Электронное строение. Сравнение реакционной способности в SN-реакциях. Получение и применение. 13. Металлоорганические соединения Получение, свойства и препаративное значение. 14. Спирты Одноатомные спирты. Изомерия. Номенклатура. Физические свойства, влияние на них водородных связей. Способы получения спиртов из алканов, алкенов, галогеналканов, карбонильных соединений. Синтез спиртов с помощью магнийорганических соединений. Электронное строение и химические свойства спиртов. Кислотно-основные свойства спиртов с позиций теорий Бренстеда и Льюиса. Сравнение кислотных и основных свойств первичных, вторичных и третичных спиртов. Алкоголяты. Нуклеофильное замещение гидроксильной группы на галоген, механизмы SN1, и SN2. Дегидратация спиртов. Условия, необходимые для получения сложных эфиров минеральных кислот, простых эфиров, алкенов. Окисление спиртов. Идентификация спиртов. Проба Лукаса. Отдельные представители спиртов: метанол, этанол, получение в промышленности, применение. Высшие спирты, их биологическое значение. Многоатомные спирты. Гликоли. Глицерин, способы получения. Химические свойства диолов и триолов. Комплексные соединения с ионами меди (II). Окисление глицерина. Тринитрат глицерина. Применение этиленгликоля и глицерина. 15. Простые эфиры Получение из спиртов в присутствии кислотных катализаторов по методу Вильямсона. Химические свойства. Расщепление сильными кислотами. Циклические эфиры (диоксан). 16. Тиоспирты. Тиоэфиры Получение тиоспиртов из галогеналканов (механизм SN). Сравнение кислотно-основных свойств спиртов и тиоспиртов. Обратимое превращение в дисульфиды, значение реакции в биохимических процессах. Продукты окисления тиоспиртов и тиоэфиров. 17. Нитросоединения Получение из алканов, галогеналканов (механизмы реакций), особенности нитрит-иона как амбидентного нуклеофила. Электронное строение и свойства. Таутомерия нитросоединений. 18. Амины Классификация. Изомерия. Номенклатура. Получение из галогеналканов, нитрилов, нитросоединений. Амины как органические основания. Сравнение основных свойств аммиака, первичных, вторичных и третичных аминов. Алкилирование и ацилирование аминов (механизмы реакций), взаимодействие с азотистой кислотой. Диамины. Практическое значение гексаметилендиамина. Аминоспирты: этаноламин, холин, ацетилхолин, биологическое значение. 19. Карбонильные соединения Гомологические ряды альдегидов и кетонов. Изомерия, номенклатура. Способы получения из спиртов, карбоновых кислот и их солей (пиролиз), гем,-дигалогеналканов, алкинов. Оксосинтез, металлокомплексный катализ. Электронное стрроение и реакционная способность карбонильной группы. Реакции с нуклеофилами: циановодородом, гидросульфитом натрия, магнийорганическими соединениями, N-нуклеофилами:(аммиак и его производные), хлоридом фосфора (V), спиртами (ацетали и полуацетали). Реакции, протекающие через стадию образования енольных форм: альдольная конденсация, замещение на галоген. Реакции олиго- и полимеризации альдегидов. Окислительно-восстановительные реакции. Реакции Канницаро и Тищенко. Отдельные представители: формальдегид, ацетальдегид, ацетон; получение в промышленности и применение. 20. Монокарбоновые кислоты Гомологический ряд, изомерия, номенклатура. Методы синтеза: окисление алканов, спиртов, альдегидов, получение из алкилгалогенидов, гидролизом жиров. Физические свойства и влияние на них водородных связей. Электронное строение карбоксильной группы и химические свойства карбоновых кислот. Кислотные свойства в сравнении со спиртами и водой. Строение карбоксилат-иона (предельные структуры и мезоформула). Реакции солеобразования. Основные свойства карбоновых кислот, строение сопряженной кислоты. Галогенирование по -положению. Отельные представители: муравьиная, уксусная, пропионовая кислота, практическое значение. Высшие жирные кислоты: пальмитиновая и стеариновая. 21. Функциональные производные карбоновых кислот Ангидриды и хлорангдриды. Способы получения. Электронное строение и свойства. Реакции гидролиза, алкоголиза, ацидолиза, аминолиза. Ангидриды и хлорангидриды как ацилирующие средства. Сложные эфиры карбоновых кислот. Способы получения. Механизм реакции этерификации. Реакции гидролиза (кислотный и щелочной катализ), переэтерификации, аминолиза. Биологическое и техническое значение сложных эфиров. Жиры, их строение, свойства, применение. Амиды. Способы получения: термическое разложение аммонийных солей, ацилирование аммиака и аминов, неполный гидролиз нитрилов. Электронное строение амидов. Основные свойства в сравнении с аминами. Гидролиз амидов, взаимодействие с азотистой кислотой. Мочевина: получение, свойства, применение. 22. Дикарбоновые кислоты Гомологический ряд. Номенклатура. Методы синтеза. Кислотные свойства дикарбоновых кислот в сравнении с монокарбоновыми. Два ряда производных дикарбоновых кислот (эфиры, соли кислые и средние и др.). Отношение к нагреванию 1,2-, 1,3-, 1,4- и т.д. дикарбоновых кислот. Щавелевая кислота. Получение, особые свойства, применение. Малоновая кислота. Малоновый эфир. СН-кислотность. Синтезы на основе малонового эфира. Адипиновая кислота. Получение из циклогексана. Применение в производстве нейлона. 23. Непредельные моно- и дикарбоновые кислоты Акриловая, метакриловая, кротоновая, винилуксусная кислоты. Способы получения. Геометрическая изомерия. Особенности протекания реакций гидрогалогенирования, гидратации -, -непредельных кислот (механизм). Полимеризация эфиров акриловой и метакриловой кислот (органическое стекло). Высшие непредельные кислоты, их биологическое значение. Непредельные дикарбоновые кислоты. Фумаровая кислота, биологическое значение. Малеиновая кислота. Малеиновый ангидрид, его техническое значение (стеклопласты). 24. Гидроксикислоты Изомерия структурная и оптическая. Стереоизомеры молочной, хлоряблочной, винной кислот. Способы получения: из карбонильных соединений через оксинитрилы, гидролизом галогенкарбоновых кислот и др. Химические свойства оксикислот как бифункциональных соединений. Кислотные свойства. Отношение к нагреванию -, -, -оксикислот. Отдельные представители: гликолевая, молочная, яблочная, лимонная, изолимонная кислоты, их биологическое значение. 25. Альдегидо- и кетокислоты. Таутомерия Глиоксиловая, пировиноградная, ацетоуксусная кислоты, их биологическое значение. Кислотные свойства. Декарбоксилирование. Ацетоуксусный эфир (АУЭ), получение сложноэфирной конденсацией по Кляйзену. Таутомерия АУЭ – равновесие кетонной и енольной форм. Двойственная реакционная способность АУЭ. Опыт, доказывающий наличие равновесия. С- и О-алкилирование АУЭ. Енолятный анион АУЭ-амбидентный нуклеофил. Синтезы на основе АУЭ кетонов и карбоновых кислот. 26. Аминокислоты Номенклатура. Изомерия структурная и оптическая. Получение аминокислот химическими и микробиологическими способами. Химические свойства аминокислот как бифункциональных соединений. Амфотерность и образование биполярных ионов. Реакции по карбоксильной и аминогруппе. Отношение к нагреванию,,,,-аминокислот. Лактамы, лактам-лактимная таутомерия. Практическое значение аминокислот, производство полиамидных волокон (капрон, энант). Биологическое значение -аминокислот. Понятие о пептидах и белках. 27. Углеводы Классификация. Биологическое значение. Моносахариды. Номенклатура. Изомерия структурная и пространственная. Оптическая изомерия. Стереоизомеры пентоз и гексоз (рибоза, ксилоза, глюкоза, манноза, галактоза, рибулоза, фруктоза). Цикло-оксотаутомерия, - и -аномеры, пиранозы и фуранозы. Мутаротация. Конформации пиранозного цикла «кресло» и «ванна». С 1-конформации - и -глюкопиранозы. Химические свойства моносахаридов. Реакции карбонильных форм. Циангидриновый синтез. Окислительно-восстановительные реакции. Получение озазонов. Эпимеризация. Реакции циклических форм. Алкилирование. Особый характер полуацетального гидроксила. Гликозиды. Ацилирование моноз. Фосфаты сахаров, их биологическое значение. Дисахариды восстанавливающие (мальтоза, целлобиоза, лактоза) и невосстанавливающие (трегалоза, сахароза). Строение, химические свойства. Полисахариды. Крахмал. Строение цепей амилозы и амилопектина. Гидролиз крахмала. Гликоген. Целлюлоза. Строение, свойства. Применение целлюлозы и ее производных (нитраты, ацетаты). Искусственные волокна (ацетатное, вискозное и др.). ^ 28. Алициклические соединения Циклопропан. Строение, особый тип С-С-связей («банановые связи»), свойства в сравнении с алкенами и алканами. Методы получения из дигалогеналканов, алкенов. Циклобутан, циклопентан. Строение, свойства, получение. Циклогексан. Особенности пространственного строения. Конформации циклогексана и монозамещенных циклогексанов. Свойства и методы получения циклогексанов. Алициклы со средним размером кольца. Природные алициклы. Понятие о терпенах и стероидах. ^ Ароматичность. Правило Хюккеля. Небензоидные ароматические системы. Бензол. История открытия и изучения строения бензола. Современная модель бензола. Энергия резонанса. ПМР-спектр бензола. Методы создания бензольного кольца: дегидрирование циклоалканов, дегидроциклизация алканов, циклотримеризация ацетилена. Пути химических превращений бензольного кольца: замещение, присоединение, окисление. Механизм электрофильного ароматического замещения в общем виде (SE2). Строение -комплекса (предельные структуры, мезоформула). Энергетический профиль SЕ2-реакции. Изомерия и номенклатура производных бензола. 30. Алкилбензолы Природные источники: уголь, нефть, ароматизация нефти. Методы синтеза: реакция Вюрца-Фиттига, алкилирование бензола алкилгалогенидами, алкенами, спиртами (механизм SЕ2). Электронное строение алкилбензолов (на примере толуола), взаимное влияние алкильной группы и кольца. Свойства алкилбензолов. Электрофильное замещение в ядре, сравнение реакционной способности толуола, кумола, третичного бутилбензола. Реакции боковой цепи: галогенирование, нитрование, дегидрирование, окисление. Объяснение повышенной лёгкости гомолиза бензильной С-Н-связи. Значение ароматических углеводородов для органического синтеза. Получение и применение стирола. 31. Влияние заместителей на реакционную способность бензольного ядра и ориентацию при электрофильном ароматическом замещении Классификация заместителей. Теоретическое обоснование влияния электронно-донорных и электроноакцепторных заместителей на реакционную способность ядра и ориентацию SЕ2-реакций: а) с учетом распределения электронной плотности, в нереагирующей молекуле (I- и М-эффекты), б) с учетом устойчивости -комплексов. Согласованная и несогласованная ориентация в дизамещённых бензолах. 32. Галогенопроизводные бензола Способы получения. Хлорирование толуола в ядро (механизм SЕ2) и боковую цепь (механизм SR). Строение арилгалогенидов, характеристики связей С-Hal в сравнении с алкилгилогенидами и винилхлоридом. Особенности ориентирующего действия галогенов в SЕ2-peaкциях. Нуклеофильное замещение галогена в арилгалогенидах (кинезамещение). Замещение галогена в активированных электроноакцепторными группами производных бензола (механизм SЕ2 ароматического типа). Взаимодействие арилгалогенидов с металлами. Арилмагнийгалогениды и их значение в органическом синтезе. Свойства атома галогена в боковой цепи. SN1 и SN2 реакции бензилхлорида. 33. Ароматические сульфокислоты Сульфирование бензола и его производных (SЕ2). Особенности реакции сульфирования, изотопный эффект. Энергетический профиль реакции. Выделение сульфокислот из реакционной массы. Электронное строение бензолсульфокислот. Ориентирующее влияние сульфогруппы в SЕ2-реакциях (нитрование, сульфирование). Реакции сульфогруппы: кислотные свойства, получение сульфохлоридов, сульфамидов. Десульфирование. Нуклеофильное замещение сульфогруппы. Применение сульфокислот и их производных, лекарственные препараты. 34. Нитросоединения и амины ароматического ряда Нитрование бензола и его производных (механизм SЕ2). Электронное строение нитробензола и его свойства. Тринитротолуол, его техническое значение. Ароматические амины. Классификация, изомерия, номенклатура. Способы получения: восстановление нитросоединений (Н.Н. Зинин), аминирование хлорбензола. Электронное строение анилина и его реакционная способность. Основные свойства в сравнении с аммиаком и алифатическими аминами. Реакции солеобразования, алкилирования, ацилирования, арилирования аминогруппы, образование соединений Шиффа. Реакции с азотистой кислотой первичных, вторичных, третичных аминов. Реакции в бензольном ядре: галогенирование, нитрование, сульфирование. Получение сульфаниловой кислоты, ее практическое значение. Сульфамидные препараты. ^ Фенолы одно- и многоатомные. Понятие об ароматических спиртах. Способы получения одноатомных фенолов из сульфокислот, галогенбензолов. Кумольный метод, механизм перегруппировки гидропероксида кумола. Выделение фенолов из каменноугольной смолы. Электронное строение фенола (предельные структуры, мезоформула) и его реакционная способность. Электрофильное замещение в ядре; галогенирование, нитрование, сульфирование (кинетический и термодинамический контроль реакции), С-алкилирование, карбоксилирование (А.. Кольбе), гидроксиметилирование. Реакции гидроксильной группы. Кислотные свойства фенола в сравнении со спиртами и кислотами. Строение фенолятного аниона. Влияние электронодонорных и электроноакцепторных заместителей на кислотные свойства фенола. Пикриновая кислота. O-алкилирование и ацилирование фенольного гидроксила. Практическое значение фенолов. Применение в производстве фенолформальдегидных смол, пестицидов, синтетических волокон. Двух- и трехатомные фенолы. Пирокатехин, резорцин, гидрохинон, пирогаллол, флороглюцин. Особые свойства. Применение. Хиноны, п-бензохинон, получение, свойства, применение. Биомолекулы хиноидной структуры. ^ Способы синтеза бензальдегида из толуола. Получение ацетофенона и бензофенона по методу Фриделя-Крафтса. Строение и свойства ароматических карбонильных соединений. Реакции с участием карбонильной группы и бензольного ядра. Особые свойства, бензоиновая конденсация. ^ Бензойная кислота. Способы получения из толуола, арилгалогенидов через нитрилы и магнийорганические соединения. Строение и свойства. Реакции по ядру. Кислотные свойства, влияние заместителей в ядре. Производные бензойной кислоты. Бензоилирование. Салициловая кислота. Синтез по методу Кольбе. Ацетилсалициловая кислота, фенилсалицилат, ПАСК. Дикарбоновые кислоты. Фталевая и терефталевая кислоты, получение окислением ксилолов. Фталевый ангидрид, применение в синтезах. Фталимид, NН-кислотность, применение в синтезе первичных аминов по Габриэлю. Применение терефталевой кислоты для получения лавсана. 38. Ароматические диазо- и азосоединения Современные представления о строении диазосоединений. Соли диазония, гидроксиды диазония, диазогидраты, диазотаты, их характеристика. Строение диазокатиона (предельные структуры, мезоформула). Реакция диазотирования, механизм, условия, контроль за ходом реакции. Побочные реакции при диазотировании и методы их предотвращения. Прямой и обратный методы диазотирования. Методы выделения солей диазония из растворов. Химические свойства. Реакции солей диазония с выделением азота. Термическое разложение солей диазония (механизм SN1): замещение диазогруппы на гидроксил, алкокси-группу, фтор (реакция Шимана), водород. Замещение диазогруппы на йод (механизм реакции). Реакции Зандмейера, механизм SR. Реакции солей диазония без выделения азота. Образование арилгидразинов, азосоединений. Азосоединения (азокрасители). Реакция азосочетания. Диазо- и азокомпоненты красителя. Механизм азосочетания (SЕ2). Условия сочетания солей диазония с фонолами и аминами. Индикаторные свойства некоторых азокрасителей (метилоранж, конго красный, метиловый красный). 39. Полиядерные ароматические соединения с изолированными бензольными кольцами Полифениловые углеводороды. Дифенил. Способы получения. Химические свойства. Ориентация SЕ2-реакций в дифениле. Атропоизомерия производных дифенила. Применение дифенила. Фенилметаны. Получение алкилированием бензола альдегидами и кетонами (механизм реакций). Строение и реакционная способность трифенилметана. Реакции бензольных ядер и центральной связи С–Н. Строение трифенилметильных ионов и радикала. Использование в синтезах тритильной защиты гидроксильных групп. Трифенилметановые красители. Малахитовый зеленый, кристаллический фиолетовый, фенолфталеин. Методы синтеза. Свойства. Электронное строение ионов-носителей окраски. 40. Полиядерные ароматические соединения с конденсированными бензольными кольцами Нафталин. Изомерия и номенклатура моно- и дизамещённых нафталинов. Электронное строение нафталина, энергия резонанса. Электрофильное замещение (механизм SE2): нитрование, галогенирование, сульфирование. Реакции присоединения, окисления. Производные нафталина: нафтолы, нафтиламины, их применение. Биологическое значение производных 1,4-нафтохинона, ауксин. Антрацен. Строение, энергия резонанса. Склонность к реакциям присоединения, диеноподобие, объяснение активности положений 9,10. Окисление антрацена. Антрахинон. Фенантрен. Биологическое значение производных фенантрена. Гетероциклические соединения 41. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом Фуран, пиррол, тиофен. Электронное строение, энергии резонанса, направление дипольных моментов. Химические свойства. Цикл Юрьева. Кислотно-основные превращения, ацидофобность пиррола и фурана. Реакции электрофильного замещения (механизм SЕ2), особенности нитрования и сульфирования ацидофобных гетероциклов. Реакции гидрирования. Природные соединения, содержащие ядро пиррола. Порфирины, энергия резонанса.. Индол. Индоксил. Получение синего индиго. Понятие о кубовом крашении. Биологическое значение производных индола (триптофан, гетероауксин). 42. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом Пиридин. Пиколины. Электронное строение пиридина (предельные структуры, мезоформула), энергия резонанса. Направление дипольного момента. Электрофильное замещение в кольце пиридина в сравнении с бензолом и нитробензолом, ориентация SЕ2 реакций. Нуклеофильное замещение в ядре пиридина (реакция Чичибабина). Гидрирование пиридина. Сравнение основных свойств пиридина и пиперидина. Oтношение пиридина и его гомологов к окислению. Биологическое значение производных пиридина: витамины РР, В6, алкалоиды. 43. Полигетероциклы Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами. Оксазол, тиазол, пиразол, имидазол. Биологическое и медицинское значение производные тиазола (витамин В1, пеницилин, норсульфазол) и пиразола (амидопирин, анальгин). Биомолекулы с кольцом имидазола (гистидин, биотин). Шестичленные гетероциклы с несколькими гетероатомами. Диазины. Пиримидин и его производные, входящие в состав нуклеиновых кислот (урацил, тимин, цитозин). Лактим-лактамная таутомерия пиримидиновых оснований. Пурин и его производные, входящие в состав нуклеиновых кислот (аденин, гуанин). Пуриновые алкалоиды: кофеин, теобромин, теофиллин. Фуллерены. Основы супрамолекулярной химии 44. Понятия о супрамолекулярной химии Типы взаимодействий, обуславливающие образование супрамолекулярных структур. Молекулярное распознавание. Самосборка, самоорганизация. Объекты супрамолекулярной химии: клатраты, краун-эфиры, криптанды, кавитанды, сферанды, катенаны, карцеранды и другие; сферы их практического применения и перспективы. ^ Основная
Дополнительная
^ В результате изучения данной дисциплины студент должен:
^ осуществляется через проверку домашних заданий и отчётов по лабораторным работам, посредством контрольных работ, проводимых после завершения изучения нескольких тем или разделов программы. ^ осуществляется в ходе зачёта и экзамена (примерные перечни вопросов к зачёту и экзамену приводятся ниже). ^ осуществляется в ходе государственного экзамена специалиста. Примерный перечень вопросов к зачету
Примерный перечень вопросов к экзамену
^
Учебная программа составлена на основании ГОС ВПО 2005 г. для специальности 050101 – «Химия с дополнительной специальностью» Программу составила: 1. Сидорова Е.Ф., канд. фарм. наук, доцент __________________________________________ (подпись) ^ Программа одобрена на заседании кафедры химии и теории и методики обучения химии Протокол № 5 от 6 февраля 2007 года Зав. кафедрой химии и теории и методики обучения химии к.х.н., доцент _________________________________ Э.Ю. Керимов (подпись) Программа одобрена учебно-методическим советом Естественно-географического факультета «_____» _____________ 2007 года Председатель учебно-методического совета Естественно-географического факультета, к.т.н., доцент ___________________________ О.В. Зорькина (подпись) Программа одобрена учебно-методическим управлением университета «_____» _____________ 2007 года Начальник учебно-методического управления университета ___________________________ Г.Н. Шалаева (подпись) Приложения К программе учебной дисциплины прилагаются внешняя и внутренняя рецензии. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям