ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА

дисциплины

для студентов биологических факультетов

Специальности: 011700 – Антропология,
011800 – Зоология,
011900 – Ботаника

Объем лекционного курса - 48 часов

Введение

Способы изображения молекул органических соединений, молекулярные, структурные и электронные формулы. Типы углеродного скелета, ациклические, циклические и гетероциклические соединения. Изомерия. Гомология. Основные функциональные группы и классы органических соединений.

Заместительная номенклатура, ЮПАК. Основные принципы построения названий органических соединений, родоначальная структура, характеристические группы. Названия нефункциональных заместителей, функциональных групп, предельных и непредельных радикалов. Старшинство функциональных групп. Основные правила составления заместительных названий органических соединений, выбор и нумерация главной цепи, правило наименьших локантов. Названия основных классов органических соединений.

Углерод, электронная конфигурация; гибридизация углерода в органических соединениях. Типы химических связей в органических соединениях (-, -связь ). Физические характеристики связей: энергия, длина, полярность, поляризуемость. Гомолитический, гетеролитический разрыв связей. Понятие о промежуточных частицах, строение промежуточных частиц (радикалы, карбокатионы, карбоанионы ). Электронные эффекты заместителей (индуктивный, мезомерный), их влияние на устойчивость радикалов, карбокатионов и карбоанионов. Способы изображения индуктивного и мезомерного эффектов. Резонансные структуры. Примеры групп с +I , –I , +М, –М эффектами.

Гомологический ряд предельных углеводородов, номенклатура, изомерия. Природа С-С и C-Н связей в алканах. Понятие о конформациях и конформерах алканов. Проекционные формулы Ньюмена. Природные источники алканов. Методы синтеза. Химические свойства: галогенирование ( хлорирование, бромирование, иодирование, фторирование ). Энергетика цепных свободнорадикальных реакций галогенирования. Сульфохлорирование, нитрование. Селективность радикальных реакций и относительная стабильность алкильных радикалов. Термический и каталитический крекинг.

Классификация циклоалканов по размеру цикла. Виды изомерии в циклоалканах: размер цикла, число и взаимное положение заместителей, стереоизомерия. Представление об угловом и торсионном напряжении, особенности малых циклов. Конформации циклогексана. Сравнение химических свойств циклов среднего размера и малых циклов.

Гомологический ряд алкенов, номенклатура, изомерия (изомерия углеродного скелета и изомерия, вызванная положением двойной связи).

Природа двойной связи. Геометрическая изомерия (цис-, транс- и Z -, Е-номенклатура). Методы синтеза.

Электрофильное присоединение (Аd _Е). Общее представление о механизме реакций. Стерео- и региоселективность. Галогенирование: механизм, стереохимия. Гидрогалогенирование. Правило Марковникова. Присоединение бромистого водорода по Харашу. Аллильное галогенирование. Гидратация. Присоединение гидридов бора. Превращение борорганических соединений в алканы, спирты, алкилгалогениды. Гидрирование алкенов. Окисление алкенов перманганатом калия и надкислотами. Озонолиз алкенов, окислительное и восстановительное расщепление озонидов.

Типы диенов. Аллены, сопряженные диены. Бутадиен-1,3, особенности строения. Галогенирование и гидрогалогенирование 1,3-диенов. 1,2- и 1,4-присоединение, энергетический профиль реакции, термодинамический и кинетический контроль.

Диеновый синтез. Полимеризация сопряженных диенов. Изопрен, природный и синтетический каучуки.

Изомерия, номенклатура. Природа тройной связи. Методы синтеза алкинов. Электрофильное присоединение к алкинам. Сравнение реакционной способности алкинов и алкенов. Галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация по Кучерову.

Восстановление алкинов до цис- и транс-алкенов.

С-Н-кислотность ацетилена, понятие о карбанионах. Ацетилениды натрия и меди, магнийорганические производные алкинов.

Бензол, его электронное и пространственное строение, формула Кекуле. Энергия стабилизации ароматической системы в бензоле (энергия сопряжения). Общие критерии ароматичности, правило Хюккеля. Ди- и полиядерные ароматические углеводороды: нафталин, антрацен, фенантрен. Гетероциклические пяти- и шестичленные ароматические соединения: пиррол, фуран, тиофен, индол, азолы, пиридин, хинолин. Представление о небензоидных ароматических структурах.

Реакции электрофильного замещения: галогенирование, нитрование, алкилирование, ацилирование, сульфирование, дейтерообмен. Механизм электрофильного ароматического замещения. Правила ориентации при электрофильном замещении, согласованная и несогласованная ориентация. Гидрирование ароматического кольца, радикальные реакции (галогенирование), нуклеофильное ароматическое замещение. Окисление гомологов бензола.

Алифатические галогенпроизводные. Номенклатура и изомерия. Методы получения (галогенирование углеводородов, замещение гидроксила на галоген, присоединение галогенов и галогенводородов по кратной связи). Химические свойства: замещение галоида на гидрокси-, амино-, циано- и нитрогруппы. Механизм нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода (моно- и бимолекулярный механизм). Понятие о нуклеофильности и основности. Представление о карбениевых ионах. Отщепление галогенводорода, реакции галогеналканов с металлическим натрием и магнием. Представление о получении и свойствах реактивов Гриньяра.

Непредельные галогенпроизводные, сравнение свойств хлористого этила, винила и аллила. Ароматические галогенпроизводные, введение галогена в кольцо и цепь, подвижность галогена, связанного с бензольным кольцом.

Одноатомные спирты. Гомологический ряд, номенклатура, изомерия. Методы получения (гидролиз галогенпроизводных, гидратация олефинов, восстановление карбонильных соединений и кислот). Влияние ассоциации на физические свойства. Химические свойства: реакции с участием водорода гидроксильной группы (образование алкоголятов, реакции с магнийорганическими соединениями, ацилирование); с участием всей гидроксильной группы (замещение гидроксила на галоген, дегидратация, образование простых эфиров); окисление. Кислотные свойства спиртов. Сравнение свойств первичных, вторичных и третичных спиртов.

Непредельные спирты, изомеризация в карбонильные соединения. Многоатомные спирты (этиленгликоль, глицерин), получение, свойства, применение.

Фенолы. Получение фенола и его свойства (взаимное влияние гидроксильной группы и бензольного кольца). Свойства фенольного гидроксила, сравнение со свойствами спиртов. Феноляты, простые и сложные эфиры фенола. Замещение в ядре: галоидирование, нитрование, пикриновая кислота. Гидрохинон, окисление фенолов в хиноны. Хиноидная структура как хромофорная группа.

Нитропроизводные предельных и ароматических углеводородов, методы получения. Строение нитрогруппы и ее влияние на распределение электронной плотности в молекулах органических соединений. Восстановление нитросоединений, представление о промежуточных продуктах восстановления.

Алифатические амины. Классификация, номенклатура и изомерия. Методы получения: получение из галогенпроизводных, восстановительное аминирование карбонильных соединений, восстановление азотистых производных. Роль свободной электронной пары в проявлении основных свойств и комплексообразования. Химические свойства: алкилирование, ацилирование, действие азотистой кислоты. Четвертичные аммониевые основания и их соли.

Ароматические амины, анилин. Синтез их нитросоединений. Взаимное влияние аминогруппы и бензольного кольца, реакции электрофильного замещения, защита аминогруппы. Сравнение ароматических и алифатических аминов. Диазотирование, реакции солей диазония с выделением и без выделения азота (азосочетание).

Номенклатура, строение карбонильной группы. Методы получения: окисление спиртов, гидролиз дигалогенидов, получение кетонов по Кучерову. Химические свойства: присоединение водорода, бисульфита натрия, синильной кислоты, магнийорганических соединений, реакции с гидроксиламином (оксимы), с гидразином и его производными (гидразоны, фенилгидразоны). Ацетали и кетали. Образование тримеров и полимеров альдегидов (параформ, паральдегид), реакции с участием -атома водорода (галогенирование), хлораль. Окисление альдегидов и кетонов. Альдольная и кротоновая конденсация. Муравьиный альдегид, ацетон. Конденсация карбонильных соединений с фенолом. Фенолформальдегидные смолы.

Непредельные альдегиды и кетоны, акролеин, кротоновый альдегид. Реакции присоединения по сопряженной двойной связи непредельных оксосоединений.

Изомерия и номенклатура. Получение при окислении органических соединений, гидролизе функциональных производных и реакции магнийорганических соединений с двуокисью углерода.

Строение карбоксильной группы и карбоксилат-аниона. Сравнение физических свойств спиртов, альдегидов и карбоновых кислот. Роль водородных связей. Химические свойства. Зависимость кислотности карбоксильной группы от строения кислот. Реакции нуклеофильного замещения и получение производных кислот - галогенангидридов, ангидридов, сложных эфиров, амидов и нитрилов. Механизм этерификации карбоновых кислот и гидролиза сложных эфиров. Восстановление карбоновых кислот и их производных. Представление о восках и жирах.

Дикарбоновые кислоты (щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, адипиновая). Общие методы их синтеза. Особые свойства метиленовой группы малонового эфира. Синтезы на основе малонового эфира. Ангидрид и амид янтарной кислоты. Адипиновая кислота как полупродукт для производства найлона.

Непредельные кислоты. Получение акриловой кислоты. Олеиновая кислота, цис- и транс-изомерия на примере малеиновой и фумаровой кислот. Ароматические карбоновые кислоты. Бензойная кислота. Получение окислением алкилбензолов, хлористый бензоил, бензоилирование.

Галогенсодержащие кислоты, методы получения. Реакции с участием карбоксильной группы и атома галогена, использование органических кислот в органическом синтезе.

Гидроксикислоты (оксикислоты), изомерия и номенклатура, основные методы получения. Стереохимия оксикислот жирного ряда: молочная, винная: оптические антиподы (энантиомеры), рацемические смеси, мезоформы. Принципы разделения стереоизомеров. Ароматические оксикислоты. Реакции оксикислот с раздельным и совместным участием функциональных групп. Особенности -, -, -, -оксикислот в реакциях внутри- и межмолекулярной дегидратации. Лекарственные препараты на базе салициловой и галловой кислот.

Оксокислоты: пировиноградная и ацетоуксусная кислоты, особенности их химического поведения. Представление о дикарбонильных соединениях. Ацетоуксусный эфир, его синтез и особенности химического поведения, кетонное и кислотное расщепление.

Аминокислоты, их изомерия и номенклатура. Получение аминокислот. Стереохимия аминокислот. Кислотно-основные свойства аминокислот, особенности их реакций как амфотерных соединений, равновесие в водных растворах, внутренние соли (бетаины), изоэлектрическая точка, представление о методе разделения смесей аминокислот с помощью электрофореза. Ионнообменная хроматография. Реакции аминокислот по аминогруппе и карбоксильной группе, отношение аминокислот к нагреванию, представление о дикетопиперазинах, пептидах и полиамидах. Представление о методе направленного синтеза полипептидов на высокомолекулярных носителях. Ароматические аминокислоты. Белки как полипептиды, представление о первичной структуре белковых молекул и методах установления аминокислотной последовательности. Представления о межмолекулярных взаимодействиях между полипептидными цепями: водородные связи, взаимодействие функциональных групп и нефункциональные взаимодействия. Представление о вторичной, третичной и четвертичной структурах белков.

Углеводы: моно-, ди- и полисахариды, альдозы и кетозы. Стереохимия триоз, тетроз, пентоз и гексоз: глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза, рибоза и дезоксирибоза. Представление о принципах установления стереохимии открытых форм альдоз. Взаимопревращения глюкозы, маннозы и фруктозы (эпимеризация). Циклические формы пентоз и гексоз, способы изображения и пространственное строение фуранозных и пиранозных форм. Химические свойства моносахаридов. Гликозидные гидроксилы, особенности их стереохимии и химического поведения, равновесие в растворах глюкозы и фруктозы (кольчато-цепная таутомерия). Образование невосстанавливающих (трегаллоза, сахароза) и восстанавливающих дисахаридов (мальтоза и целлобиоза), особенности их пространственного строения и реакционной способности. Полисахариды: крахмал и целлюлоза, особенности их строения и реакционной способности, эфиры целлюлозы, искусственное и синтетическое волокна, возможности модификации целлюлозного волокна. Представление о гидролизе полисахаридов и возможных направлениях ферментативных превращений (брожение).

Электронное строение и ароматичность фурана, пиррола, тиофена и пиридина, особенности их поведения в реакциях электрофильного замещения. Основные свойства пиридина и его окисление по атому азота, сравнение химических свойств пиридина и пиридин-N-оксида. Представление о конденсированных системах - индоле и хинолине.

Литература
Основная

Грандберг И.И. Органическая химия. М.: Высш. шк., 1987.
Степаненко Б.Н. Курс органической химии. М.: Высш. шк., 1972.
Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. М.: Химия, 1989.
Кост А.Н., Сагитуллин Р.С., Терентьев А.П. Упражнения и задачи по органической химии. М.: Высш. шк., 1974.
Потапов В.М., Татаринчик С.Н., Аверина А.В. Задачи и упражнения по органической химии. М.: Химия, 1974.
Грандберг И.И. Практические работы и семинарские занятия по органической химии. М.: Высш. шк., 1978.

Дополнительная

Шабаров Ю.С. Органическая химия, М.: Химия, 1994. Ч. 1,2.
Бауков Ю.И., Тюкавкина Н.С. Биоорганическая химия, М.: Медицина, 1991.

Программу составил:
Теренин В.И., д.х.н., доц.
(Московский государственный университет)

Рецензент: А.Н.Ведерников, проф.
(Казанский государственный университет)