III соединения с одной или несколькими одинаковыми функциональными группами

ПРОГРАММА

ВВЕДЕНИЕ

1. Предмет органической химии. Характеристика соединений углерода. Место органической химии в ряду других естественных наук. Связь органической химии с биологией и медициной. Биоорганическая химия и молекулярная биология - новые области химической и биологической наук. Значение органической химии для народного хозяйства.

2. Методы получения чистых  органических веществ. Экстракция, перегонка, перекристаллизация. Идентификация органических веществ.

           3. Строение органических соединений. Роль А.М. Бутлерова в создании структурной теории органических соединений. Структурная формула. Классификация органических соединений. Нециклические и циклические соединения. Основные функциональные группы. Понятие изомерии. Структурная изомерия. Принципы установления строения органических соединений. Понятие о спектральных методах.

Названия органических соединений. Основные правила номенклатуры ИЮПАК(IUPAC) и радикало-функциональной номенклатуры.

4. Пространственное строение органических соединений. Понятие пространственной изомерии. Оптическая изомерия. Понятие оптической активности. Условия возникновения оптической активности. Условия возникновения оптических изомеров. Хиральные молекулы. Асимметрический атом углерода как центр хиральности. Типы оптических изомеров: энантиомеры, диастереомеры, мезоформа. Проекционные формулы оптических изомеров (по Фишеру) и правила пользования ими. Понятие о молекулярных моделях. Конфигурация и принципы установления оптической конфигурации. Понятие абсолютной и относительной конфигурации. Обозначение конфигурации. Понятие L и D ряда, трео- и эритроконфигурации. Современная стереохимическая номеклатура Кана-Ингольда-Прелога (R,S номенклатура). Рацемат. Рацемизация. Цис-транс-изомерия. Условия возникновения, конфигурация. Типы изомеров, изображение, обозначение конфигурации. Конформация органических молекул. Типы конформаций. Предпочтительная конформация.

Понятие торсионного угла и торсионнного напряжения. Изображение конформаций с помощью проекций Ньюмена. Понятие о конформационном анализе. Основные физико-химические методы, применяемые в конформационном анализе органических соединений.

     5. Химическая связь в органических соединениях. Примеры соединений с различными типами связей. Типы гибридных орбиталей и ковалентных связей атома углерода. и связи, их различия. Основные характеристики ковалентной связи (энергия, длина, полярность связи, поляризуемость).

      6. Электронные эффекты заместителей. Понятие индуктивного и мезомерного эффектов. Влияние электронных эффектов заместителей на свойства органических соединений. Органические кислоты и основания. Понятие о жестких и мягких кислотах и основаниях. Ароматический характер органических соединений, современные представления. Строение бензола. Условия "ароматичности ". Правило Хюккеля.

     7. Классификация органических реакций. Типы разрыва химической связи (гомолиз, гетеролиз). Гомолитические и гетеролитические реакции. Понятие субстрата и агента в органической реакции. Нуклеофильные, электрофильные и радикальные реагенты. Реакции нуклеофильные, электрофильные и радикальные. Примеры реакций замещения, присоединения, отщепления.

Механизм органической реакции. Понятие о методах исследования. Применение физико-химических методов для исследования органических соединений и их реакций. Методы УФ, ИК-и ЯМР-спектроскопии.

II. УГЛЕВОДОРОДЫ

1. Предельные, непредельные, алициклические углеводороды, общая характеристика, распространение в природе, медико-биологическое значение.

2. Реакции свободно-радикального замещения в ряду предельных углеводородов. Понятие энергии диссоциации. Свободные радикалы, строение, свойства, реакционная способность. Общие закономерности цепного радикального механизма. Механизмы реакций галогенирования, нитрования и окисления предельных углеводородов.

3. Реакции присоединения по двойной связи. Механизм реакций электрофильного присоединения. Реакции присоединения галогенов и галогеноводородов. Реакции гидратации. Реакции окисления углеводородов с двойной связью. Гидроксилирование и озонолиз. Реакции каталитического гидрирования, значение реакции.

  4. Реакции ацетилена и его гомологов. Особенности реакций присоединения по тройной связи.

   5. Диеновые углеводороды (диены). 1,2-диены, сходство с гомологами ацетилена. Бутадиен-1,3(дивинил) и изопрен. Химические особенности диенов. Реакции 1,4-присоединения. Понятие о диеновом синтезе.

6. Реакции электрофильного замещения в бензольном ядре. Общие закономерности и механизм реакции. Типы электрофильных агентов, катализаторы. Типы промежуточных частиц. σ- и β- комплексы. Реакции галогенирования, нитрования, сульфирования, алкилирования, ацилирования. Влияние заместителей на скорость и направление замещения в бензольном ядре.

7. Особенности свойств многоядерных ароматических систем (нафталина, фенантрена и антрацена). Биохимическое значение многоядерных конденсированных углеводородов и их производных. Реакции электрофильного замещения.

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ТЕРМОДИНАМИКА

1. Основные понятия. Виды систем. Равновесие. энергия и формы её передачи. Параметры систем. Тепловое равновесие и температура. Уравнения состояния.

2. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия. Теплоёмкость. Процессы с идеальным газом. Уравнение политропы. Цикл Карно с идеальным газом, его термодинамический КПД.

3. Термохимия. Закон Гесса и следствия из него. Уравнения Кирхгофа. Зависимость теплоёмкости от температуры. Стандартное термохимическое состояние.

4. Второе начало термодинамики. Постулаты Томпсона и Клаузиуса. Теорема Клаузиуса. Энтропия. Энтропия как критерий равновесия.

5. Объединённая формулировка I и II начал. Характеристические термодинамические функции. Сопряжение термодинамических функций по параметрам. Приращение термодинамических функций и максимальная полезная работа. Функции как критерии термодинамического равновесия. Важнейшие частные производные. Уравнения Гиббса-Гельмгольца.

6. Многокомпонентные системы переменного состава. Парциальные молярные величины. Химический потенциал. Фундаментальное уравнение Гиббса. Уравнение Гиббса-Дюгема. Идеальные газовые смеси. Летучесть. Стандартное термодинамическое состояние. термодинамическая активность.

7. Химическое равновесие и работа химической реакции. Сродство. Общее условие химического равновесия. Закон действия масс. Уравнение изотермы химической реакции. Уравнения изобары и изохоры Вант-Гоффа.

8. Третий постулат термодинамики. Тепловая теорема Нернста. Постулат Планка. Расчёт абсолютных энтропий. Расчет констант равновесия по абсолютным энтропиям.

9. Гетерогенное равновесие. Основные понятия. Правило фаз Гиббса. Фазовая диаграмма однокомпонентной системы. Равновесия жидкость-пар. Равновесия жидкость-твёрдое вещество. Распределение вещества между фазами. Экстрагирование. Термодинамика осмотического давления.

10. Элементы статистической термодинамики. Термодинамическая вероятность. Формула Больцмана. Уравнение распределения Больцмана. Статистическая сумма и её связь с термодинамическими функциями.

 

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

16. Формальная кинетика. Скорость химической реакции, её порядок и молекулярность. Необратимые реакции I, II и n-го порядка. Методы определения порядка реакции. Обратимая реакция. Параллельные реакции. Последовательные реакции. Влияние температуры на скорость реакции. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.

17. Механизм химических превращений. Теория активных соударений. Объяснение механизма мономолекулярных реакций. Теория переходного состояния.

18. Сопряжённые и каталитические реакции. Основные механизмы химической индукции. Гетерогенные каталитические процессы. Гомогенные каталитические процессы. Ферментативный катализ.

19. Фотохимические процессы. Основные законы фотохимии. Квантовый выход.

20. Цепные реакции. Методы индикации свободных радикалов. Процессы зарождения, развития и обрыва цепи.

 

ПРОГРАММА

ВВЕДЕНИЕ

1. Предмет органической химии. Характеристика соединений углерода. Место органической химии в ряду других естественных наук. Связь органической химии с биологией и медициной. Биоорганическая химия и молекулярная биология - новые области химической и биологической наук. Значение органической химии для народного хозяйства.

2. Методы получения чистых  органических веществ. Экстракция, перегонка, перекристаллизация. Идентификация органических веществ.

           3. Строение органических соединений. Роль А.М. Бутлерова в создании структурной теории органических соединений. Структурная формула. Классификация органических соединений. Нециклические и циклические соединения. Основные функциональные группы. Понятие изомерии. Структурная изомерия. Принципы установления строения органических соединений. Понятие о спектральных методах.

Названия органических соединений. Основные правила номенклатуры ИЮПАК(IUPAC) и радикало-функциональной номенклатуры.

4. Пространственное строение органических соединений. Понятие пространственной изомерии. Оптическая изомерия. Понятие оптической активности. Условия возникновения оптической активности. Условия возникновения оптических изомеров. Хиральные молекулы. Асимметрический атом углерода как центр хиральности. Типы оптических изомеров: энантиомеры, диастереомеры, мезоформа. Проекционные формулы оптических изомеров (по Фишеру) и правила пользования ими. Понятие о молекулярных моделях. Конфигурация и принципы установления оптической конфигурации. Понятие абсолютной и относительной конфигурации. Обозначение конфигурации. Понятие L и D ряда, трео- и эритроконфигурации. Современная стереохимическая номеклатура Кана-Ингольда-Прелога (R,S номенклатура). Рацемат. Рацемизация. Цис-транс-изомерия. Условия возникновения, конфигурация. Типы изомеров, изображение, обозначение конфигурации. Конформация органических молекул. Типы конформаций. Предпочтительная конформация.

Понятие торсионного угла и торсионнного напряжения. Изображение конформаций с помощью проекций Ньюмена. Понятие о конформационном анализе. Основные физико-химические методы, применяемые в конформационном анализе органических соединений.

     5. Химическая связь в органических соединениях. Примеры соединений с различными типами связей. Типы гибридных орбиталей и ковалентных связей атома углерода. и связи, их различия. Основные характеристики ковалентной связи (энергия, длина, полярность связи, поляризуемость).

      6. Электронные эффекты заместителей. Понятие индуктивного и мезомерного эффектов. Влияние электронных эффектов заместителей на свойства органических соединений. Органические кислоты и основания. Понятие о жестких и мягких кислотах и основаниях. Ароматический характер органических соединений, современные представления. Строение бензола. Условия "ароматичности ". Правило Хюккеля.

     7. Классификация органических реакций. Типы разрыва химической связи (гомолиз, гетеролиз). Гомолитические и гетеролитические реакции. Понятие субстрата и агента в органической реакции. Нуклеофильные, электрофильные и радикальные реагенты. Реакции нуклеофильные, электрофильные и радикальные. Примеры реакций замещения, присоединения, отщепления.

Механизм органической реакции. Понятие о методах исследования. Применение физико-химических методов для исследования органических соединений и их реакций. Методы УФ, ИК-и ЯМР-спектроскопии.

II. УГЛЕВОДОРОДЫ

1. Предельные, непредельные, алициклические углеводороды, общая характеристика, распространение в природе, медико-биологическое значение.

2. Реакции свободно-радикального замещения в ряду предельных углеводородов. Понятие энергии диссоциации. Свободные радикалы, строение, свойства, реакционная способность. Общие закономерности цепного радикального механизма. Механизмы реакций галогенирования, нитрования и окисления предельных углеводородов.

3. Реакции присоединения по двойной связи. Механизм реакций электрофильного присоединения. Реакции присоединения галогенов и галогеноводородов. Реакции гидратации. Реакции окисления углеводородов с двойной связью. Гидроксилирование и озонолиз. Реакции каталитического гидрирования, значение реакции.

  4. Реакции ацетилена и его гомологов. Особенности реакций присоединения по тройной связи.

   5. Диеновые углеводороды (диены). 1,2-диены, сходство с гомологами ацетилена. Бутадиен-1,3(дивинил) и изопрен. Химические особенности диенов. Реакции 1,4-присоединения. Понятие о диеновом синтезе.

6. Реакции электрофильного замещения в бензольном ядре. Общие закономерности и механизм реакции. Типы электрофильных агентов, катализаторы. Типы промежуточных частиц. σ- и β- комплексы. Реакции галогенирования, нитрования, сульфирования, алкилирования, ацилирования. Влияние заместителей на скорость и направление замещения в бензольном ядре.

7. Особенности свойств многоядерных ароматических систем (нафталина, фенантрена и антрацена). Биохимическое значение многоядерных конденсированных углеводородов и их производных. Реакции электрофильного замещения.

III СОЕДИНЕНИЯ С ОДНОЙ ИЛИ НЕСКОЛЬКИМИ ОДИНАКОВЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ГРУППАМИ

1. Галогенпроизводные. Классификация, примеры соединений, медико-биологическое значение. Примеры получения галогенпроизводных различных классов (реакции замещения, присоединения). Свойства галогенпроизводных. Нуклеофильное замещение галогена. Механизмы реакций S 1 и S 2, сравнение. Зависимость подвижности галогена в реакциях нуклеофильного замещения от строения субстрата S 2. Реакции отщепления галогена и галогеноводородных кислот. Условия и механизм реакции Е 2.

2. Гидроксисоединения. Классификация, примеры, распространение в природе, медико-биологическое значение. Спирты, фенолы, гликоли. Получение. Физические свойства, влияние водородной связи на физические свойства гидроксисоединений. Химические свойства гидроксисоединений, примеры реакций. Сравнение кислотных, нуклеофильных и основных свойств указанных типов соединений. Реакции окисления. Особенности окисления фенолов и полигидроксисоединений. Нуклеофильное замещение гидроксигруппы. Примеры реакций, механизмы. Подвижность гидроксигруппы в реакциях нуклеофильного замещения в зависимости от строения гидроксисоединения. Влияние гидроксигруппы фенола на свойства бензольного ядра в реакциях электрофильного замещения.

3. Простые эфиры. Способы получения, общие и специальные. Физические свойства, отличия от спиртов. Химические свойства простых эфиров. Окисление простых эфиров (образование гидропероксидов). Реакции расщепления простых эфиров, зависимость от строения.

4. Сложные эфиры минеральных кислот. Получение из спиртов. Реакция гидратации как метод получения спиртов. Механизм реакции E1. Эфиры других минеральных кислот. Эфиры фосфорной кислоты и их биологическое значение.

5. Оксосоединения. Классификация, примеры, распространение в природе, медико-биологическое значение. Альдегиды и кетоны. Методы получения. Физические свойства оксосоединений. Строение оксогруппы. Реакции нуклеофильного присоединения, механизм, роль катализатора. Сравнение реакционной способности оксогруппы различных оксосоединений. Функциональные производные оксосоединений (ацетали, оксимы, гидразоны, имины, циангидрины), значение этих реакций. Реакции восстановления и окисления оксосоединений. Особенности окисления кетонов. Полимеризация карбонильных соединений. Параформ.

  6. Карбоновые кислоты. Основные методы синтеза карбоновых кислот. Строение карбоксигруппы. Кислотные свойства карбоновых кислот, зависимость от строения. Реакция декарбоксилирования. Биохимическое значение этой реакции. Примеры. Функциональные производные карбоновых кислот (соли, сложные эфиры, амиды, галогенангидриды, ангидриды, нитрилы, пероксиды), образование, свойства, взаимные переходы. Биологическая роль функциональных производных карбоновых кислот. Особенности двухосновных карбоновых кислот. Малоновая кислота и её эфир, фталевые кислоты и их производные. Янтарная, малеиновая, фумаровая кислоты и их производные. Общая характеристика карбоновых кислот, входящих в состав жиров. Жиры как сложные эфиры глицерина, строение, состав, Фосфатиды, строение, физиологическая роль.

  7. Органические соединения, содержащие азот. Классификация, общая характеристика. Нитросоединения, способы синтеза, строение, свойства. Реакции восстановления нитросоединений.

Аминосоединения, классификация, примеры, значение. Методы синтеза аминов различных типов. Свойства аминов. Основность аминов, зависимость от строения. Образование солей аммония и соответствующих им гидроксидов. Нуклеофильные свойства аминов. Реакции ацилирования и защита аминогруппы. Реакция алкилирования, образование аминов. Окисление аминов. Реакции аминов различных типов с азотистой кислотой, значение этой реакции для определения строения аминов. Диазосоединения. Образование диазосоединений ароматического ряда, реакция диазотирования, условия. Строение ароматических диазосоединений, таутомерия. Соли диазония, строение, реакции. Распад солей диазония и реакция азосочетания, условия, механизм, значение. Азосоединения. Понятие об азокрасителях. Индикаторы.