Кафедра химической технологии лекарственных веществ и витаминов

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ  

СТУДЕНТАМ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

по дисциплине

«ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»

 

 

Направление подготовки бакалавра 18.03.01 «Химическая технология»

Профиль подготовки «Химическая технология биологически активных веществ, химико-фармацевтических препаратов и косметических средств»

 

Факультет промышленной технологии лекарств

 

Форма обучения очная

 

Квалификация – бакалавр

 

3 курс V семестр

 

Аудиторная трудоемкость  36 час.

 

 

Санкт-Петербург

2014

Обсуждены на заседании кафедры химической технологии лекарственных веществ и витаминов,

№ протокола________

Дата_______________

 

Зав. кафедрой химической технологии

лекарственных веществ и витаминов

профессор                                               ________________________ Фридман И.А..

 

Составитель:                                                                                       профессор Иозеп А.А.

 

Рецензент:                                                                                            профессор Фридман И.А.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение	4
3 курс 5 семестр
Занятия №1-3. Номенклатура алифатических и карбоциклических ароматических органических соединений Теория резонанса. Строение бензола. Ароматичность и признаки ароматичности. Взаимодействие заместителей с электронным облаком арена. Механизм ориентации электрофильного замещения в аренах.	5
Занятия №4. Итоговое занятие по темам 1 -3. Процессы радикального замещения	6
Занятия №5. Промышленные процессы сульфирования	7
Занятия №6. Промышленные процессы нитрования	9
Занятия №7. Итоговое занятие по темам 5,6. Контрольная работа 1	11
Занятия №8. Реализация нуклеофильного замещения в промышленных условиях	14
Занятие №9. Процессы нитрозирования, азосочетания, замены диазогруппы в промышленности.	16
Занятие №10. Промышленные методы введения галогена в молекулу органического соединения.	18
Занятие №11. Итоговое занятие по темам 8-10. Контрольная работа №2	20
Занятие №12. Промышленные методы C-, N- и O-алкилирования.	23
Занятие №13. Промышленные методы C-, N- и O-ацилирования.	25
Занятие №14. Итоговое занятие по темам 12,13. Контрольная работа №3	27
Занятие №15. Промышленные процессы восстановления	29
Занятие №16. Методы окисления в промышленности.	32
Занятие №17. Итоговое занятие по темам 15,16	33
Занятие №18. Зачетное занятие	34
Литература	34

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания по подготовке к практическим занятиям по курсу «Общая химическая технология» предназначены помочь студенту освоить теоретическую часть курса и подготовиться к практическим занятиям, написанию опросов по текущему и рубежному контролю.

Содержание МУ соответствует рабочей программе курса «Общая химическая технология», которая составлена на основании Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки 18.03.01 «Химическая технология» [квалификация (степень) – бакалавр]. Утверждён приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 22 декабря 2009 г. №792.

Практические занятия организуются для подгруппы студентов факультета промышленной технологии лекарств в аудиториях Академии.

Методическое обеспечение занятий: таблица «Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева», методические указания для студентов к самостоятельной работе, курс лекций по дисциплине «Основы химической технологии», в т. ч. в электронном виде для повышения эффективности обучения, программы опросов текущего и рубежного контроля.

Практические занятия формируют у студентов следующие компетенции:

ОК1, ОК2, ОК6, ОК7; ПК3, ПК4, ПК5, ПК11, ПК23, указанные в ФГОС ВПО

Межпредметные и внутрипредметные связи. Изучение данной дисциплины базируется на знаниях материала: а) общей и неорганической химии (все разделы общей химии, разделы по химии элементов первого, второго и третьего периода); б) органической химии (все разделы); в) химия биологически активных веществ (все разделы); г) физической химии (все разделы); д) коллоидной химии (отдельные разделы по растворам полимеров); е) процессов и аппаратов химической технологии (все разделы).

После освоения данной дисциплины студент подготовлен к изучению следующих дисциплин учебного плана:

- «Химическая технология лекарственных субстанций и витаминов».

- «Химическая технология душистых веществ».

ЗАНЯТИЕ №1 - 3

Тема занятия: Некоторые теоретические разделы: Номенклатура алифатических и карбоциклических ароматических органических соединений Теория резонанса. Строение бензола. Ароматичность и признаки ароматичности. Взаимодействие заместителей с электронным облаком арена. Механизм ориентации электрофильного замещения в аренах. (6 ч).

Актуальность темы. Дисциплина «Общая химическая технология» занимает важное место в подготовке бакалавров для химической промышленности. Она рассматривает вопросы теории химических процессов, что невозможно осуществить без знания номенклатуры органических соединений и основ органической химии.

Цель занятий: - напомнить студентам номенклатуру алифатических и рассмотреть особенности номенклатуры карбоциклических аренов, дать основные представления о строении аренов и изучить основные положения теории ориентации.

Конкретные задачи. Студент должен знать: тривиальную и систематическую (IUPAC) номенклатуру алифатических и ароматических карбоциклических соединений; теорию резонанса, строение бензола, что такое ароматичность и признаки ароматичности; заместители 1 и 2 рода и как они взаимодействуют с электронным облаком арена; основные положения теории ориентации

Студент должен уметь: называть соединения алифатического и ароматического (карбоциклического) ряда; определять по структурным формулам арены и объяснять их свойства; определять наиболее вероятное направление реакции электрофильного замещения в аренах.

При подготовке к практическому занятию студент обязан проработать материал лекций, основной и дополнительной литературы в соответствии с темой, целью и конкретными задачами, после чего ответить на приведенные ниже задания и вопросы.

Программа МК-1

1.Перечислите общие свойства ароматических (непредельных алифатических соединений: алкенов, алкинов, алкадиенов) соединений и обоснуйте теоретически принадлежность ( этилбензола, нафталина, антрацена, фенантрена, фурана, метилбензола, 2-метилнафталина, 1-метилантрацена, 9-метилфенантрена, 2-метилфурана, 1,2-ц.бутадиена, 1,2-ц.пентадиена, 1,2-ц.гексадиена, 1,2-дигидронафталина, 1,2,3,4-тетрагидронафталина ) к алифатическому или ароматическому ряду.

2.Дайте определение индуктивному эффекту, напишите формулы и укажите какой из радикалов первич.-, втор.- или трет.- пентил будет обладать наибольшим индуктивным эффектом; на каком атоме в молекуле изопентилхлорида он будет проявляться в наибольшей степени. Дайте определение мезомерному эффекту и сравните его влияние на электронное облако связи с влиянием индуктивного эффекта (приведите пример). Дайте определение эффекта сопряжения и укажите, на каких атомах в молекуле акролеина (пропеналя) он будет проявляться в наибольшей степени. Дайте определение эффекту сверхсопряжения, напишите формулы и укажите какой из радикалов первич.-, втор.- или трет.- бутил  будет обладать наибольшим эффектом сверхсопряжения.

- Укажите особенности атома углерода, напишите его электронные формулы в статическом и возбужденном состоянии (негибридизованная электронная оболочка) и изобразите формы орбиталей; напишите его электронную и стереохимическую формулы (в sp³ –, в sp² –, в sp – гибридном состоянии в изонитрильной группе -NC) и изобразите формы имеющихся орбиталей;

3.Перечислите основные положения теории резонанса и напишите граничные и резонансную структуры уксусной кислоты; акролеина; бензола, фурана, нафталина.

4. Напишите формулу радикала втор.бутил, трет.пентил, неопентил, винил, аллил, пропенил, изопропенил, фенил, бензил, п-толил, 3,4-ксилил, бензилиден, о-фенилен, 2-нафтил, 1-антрил.

5. Напишите структурную формулу 2-метилнафталина, толуола, 1-хлорантранил, 1-нитронафталина, о-ксилола, 2-бромфенантрен, 2-нафталинкарбальдегида, кумола, 2-фуранкарбальдегида, 1-хлорнафталина, стирола, 9-нитроантранил, 2-нафталинкарбоновая кислоты, м-ксилола, 10-метилфенантрена

Назовите

Программа МК 2

1.Дайте определение и укажите, какие из приведенных атомов и групп атомов относятся к заместителям I рода, II рода, электронодонорным (электроноакцепторным) заместителям:

; ;

;  

2.Сравните активность …, …, …, в реакциях электрофильного замещения

- бензола, хлорбензола, нитробензола и фенола; бензола, бромбензола, бензальдегида и N-ацетиланилина; бензола, хлорбензола, нафталина и нитробензола; бензола, метоксибензола, фторбензола, бензолсульфокислоты; бензола, фенилацетата, хлорбензола, бензойной кислоты.

3. С помощью граничных структур объясните, как взаимодействуют электронные облака заместителя и арена в молекуле этоксибензола, нитробензола, хлорбензола, бензальдегида, анилина; метоксибензола, нитрозобензола, бромбензола, бензойной кислоты, N-метиланилина; фенола, нитробензола, хлорбензола, бензальдегида, анилина

4.Используя граничные структуры, объясните направление электрофильного замещения в нафталине, фуране, феноле, нитробензоле, хлорбензоле, бензальдегиде, анилине, бензойной кислоте, метоксибензоле, фенилацетате, N-фениламиде уксусной кислоты, метилфенилкетоне, N-метиланилине, бромбензоле.

5. Напишите схему реакции (1-метилнафталина, 1-нитронафталина, 2-метилнафталина, 2-хлорнафталина, 1-хлорнафталина, 1-метилфурана, 1-нафталинкарбальдегида, 2-нафталинкарбальдегида, 2-метилфурана, 1-нитрофурана, 2-ацетиламинонафталина, 2-нитрофурана, 1-ацетиламинонафталина) с Cl₂/AlCl₃

ЗАНЯТИЕ №4

Тема занятия: Итоговое занятие по темам 1-3. Механизмы радикального замещения (нитрование, галогенирования, сульфохлорирования), направление и скорость реакций. (2 академических часа)

Актуальность темы

В химической технологии широко встречаются радикальные процессы при переработке сырья в продукцию, поэтому их изучение имеет большое значение для промышленности.

Цель занятия

- получить основные представления о радикальном нитровании, галогенировании и сульфохлорировании.

Конкретные задачи

Студент должен знать: механизм радикальных процессов; основные факторы, определяющие направление и скорость реакции. Студент должен уметь: определить, в каких случаях реализуются радикальные реакции, их направление и скорость.

При подготовке к практическому занятию студент обязан проработать материал лекций, основной и дополнительной литературы в соответствии с темой, целью и конкретными задачами, материал, рассмотренный на практических занятиях, а также вопросы МК1 и МК2.

 

  ЗАНЯТИЕ №5

Тема занятия: Промышленные процессы сульфирования. (2 ч).

Актуальность темы. Процессы сульфирования широко применяются в химической технологии органических веществ, в том числе в синтезе лекарств.

Цель занятия: изучить процессы сульфирования, осуществляемые в химической промышленности.

Конкретные задачи. Студент должен знать: методы сульфирования, применяемые в промышленности, их химизм и механизмы реакций, сравнительную характеристику и область применения основных методов сульфирования; технологию сульфирования разными методами и способы выделения и очистки сульфокислот и их солей. Студент должен уметь: обосновывать выбор метода сульфирования разных субстратов.

При подготовке к практическому занятию студент обязан проработать материал лекций, основной и дополнительной литературы в соответствии с темой, целью и конкретными задачами, после чего ответить на приведенные ниже задания и вопросы.

Обратите внимание нахимизм основных методов сульфирования, реагенты и их свойства, область применения методов, их достоинства и недостатки, механизмы реакций, атакующие частицы их активность, факторы определяющие направление и скорость сульфирования. Надо быть готовым к ответу на следующие вопросы:

Сульфирование. Определение. С-, N- и О-сульфирование. Исходные продукты и сульфирующие агенты. Природные сульфокислоты (цистеиновая кислота, таурин, гепарин). Значение сульфопроизводных в синтезе БАВ.

Сульфирование ароматических соединений серной кислотой, олеумом и серным ангидридом. Сульфоновые кислоты (сульфокислоты), их номенклатура, физические свойства. Строение и свойства серной кислоты и олеума (особенности строения молекул, физико-химические свойства: агрегатное состояние, растворимость, ионизация и диссоциация). Механизм сульфирования. Влияние заместителей в ароматическом ядре на направление и скорость реакции. Область применения серной кислоты и олеума. Сульфирующие агенты (частицы). Тепловой эффект. Влияние концентрации серной кислоты, температуры и времени на ход и направление процесса сульфирования. «p-Cульфирования». Основные недостатки сульфирования серной кислотой и пути их устранения. Сульфирование «в парах» и «запеканием», достоинства и недостатки. Сульфирование олеумом и серным ангидридом. Особенности сульфирования ароматических аминов олеумом: синтез о-, м- и п-аминоаренсульфокислот.

Основные способы выделения сульфокислот. Нейтрализующие агенты. Достоинства и недостатки методов нейтрализации сульфитом и карбонатом натрия, мелом и известью.

Сульфирование растворами триоксида серы в инертных растворителях. Область применения. Серный ангидрид, его формы и свойства, способы доставки на производство. Растворители. Зависимость механизма и кинетики реакции от полярности растворителя. Пиросульфатный механизм. Технологические схемы сульфирования растворами серного ангидрида в сернистом ангидриде и в органических инертных растворителях (азолов, ароматических аминов, полисахаридов). Перспективы создания малоотходной технологии БАВ. Достоинства и недостатки метода.

Сульфирование комплексными соединениями триоксида серы. Причина образования комплексных соединений триоксида серы. Зависимость устойчивости и реакционной способности комплекса от строения лиганда. Комплексы сульфотриоксида с третичными аминами и пиридином. Механизм сульфатирования спиртов. Возможность регулирования сульфирующей активности варьированием донорной части комплекса и среды, в которой проводится реакция. Комплексы сульфотриоксида с простыми эфирами и триалкилфосфатами. Механизмы сульфирования с участием сильно- и малодиссоциированных комплексов. Особенности технологии. Область применения метода. Значение метода для создания новых БАВ. Сульфирование (сульфатирование) полисахаридов, стероидов и др. природных БАВ.

Сульфирование хлорсульфоновой кислотой. Хлорсульфоновая кислота, её свойства. Сульфирующие агенты (частицы). Сульфирование в среде хлорсульфоновой кислоты, в инертном растворителе, в среде эфира. Достоинства и недостатки. Механизм. Пример использования в синтезе тромбовара.

 

Сравните реакционную способность комплексов SO₃ с диоксаном, пиридином, триэтиламином и диметилсульфоксидом; фурана, пиррола, тиофена и бензола в реакциях с комплексом SO₃ – диоксан. Сравните скорость сульфирования концентрированной серной кислотой бензола, толуола и анилина. Объясните, почему тепловой эффект реального процесса сульфирования H₂SO₄ больше, чем рассчитанный по уравнению реакции? Почему тепловой эффект сульфирования аренов сульфотриоксидом больше, чем тепловой эффект их реакции с серной кислотой?

Напишите схему сульфирования 1-аминонафталина олеумом, запеканием, SO₃ в ДХЭ.