ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА

дисциплины

Специальность: 013000 – Почвоведение

Введение

Предмет органической химии. Краткая историческая справка. Добутлеровские теории. Теория химического строения А.М. Бутлерова. Представления о пространственном строении молекул. Электронная теория химической связи, типы связей в органической химии, представления о молекулярных орбиталях, типы гибридизации атомов углерода, понятие о сопряжении. Электроотрицательность, электронные эффекты, взаимное влияние атомов в молекуле.

Основные классификации органических соединений, основы номенклатуры. Представление о механизме органических реакций, нуклеофильных и электрофильных реагентах, гетеролитическом и гомолитическом типе разрыва связи, типах промежуточных частиц: карбениевых ионах, карбанионах, радикалах, карбенах.

Алканы. Гомологический ряд, номенклатура, изомерия. Физические свойства. Методы получения, промышленные и лабораторные. Химические свойства: хлорирование и сульфохлорирование, нитрование, окисление, дегидрирование и изомеризация, проблема активации алканов. Нефть и продукты ее переработки.

Алкены. Номенклатура, изомерия связи, строение двойной связи, цис- транс-изомерия. Физические свойства. Методы получения: дегидрогалогенирование, дегидратация, крекинг алканов. Химические свойства: электрофильное присоединение (присоединение галогенов, галогенводородных кислот, воды), механизм транс-присоединения, участие - и - комплексов, направление присоединения, правило Марковникова. Гидрирование и окисление алкенов (реакция Вагнера, озонирование, Вакер-процесс, реакция Прилежаева), гидроборирование. "Оксо-синтез", полимеризация, различные механизмы полимеризации этилена, полиэтилен. Отдельные представители: этилен, пропилен.

Алкины. Номенклатура, изомерия связи, строение тройной связи. Физические свойства, устойчивость ацетилена, горение. Получение ацетилена, промышленные способы. Введение в молекулу тройной связи. Химические свойства алкинов, реакции присоединения (присоединение галогена, водорода, галогеноводорода, воды (Кучеров), спиртов, уксусной кислоты и цианистого водорода, гидроборирование). Димеризация, тримеризация и тетрамеризация ацетилена, кислые свойства алкинов, реакции с участием ацетиленового атома углерода - получение ацетиленидов, комплекс Иоцича, конденсация с карбонильными соединениями. Изомеризация тройной связи. Ацетилен, продукты, получаемые из ацетилена.

Алкадиены. Типы диеновых углеводородов, их классификация. Номенклатура, сопряжение в 1,3-диенах. Химические свойства: 1,2- и 1,4-присоединение к 1,3-диенам электрофильных агентов, полимеризация, диеновый синтез.

Отдельные представители: бутадиен, хлоропрен, изопрен. Методы их получения и пути использования.

Линейные и пространственные полимеры, каучуки, вулканизация каучуков.

Циклоалканы. Разнообразие структур в химии карбоциклических соединений. Номенклатура, изомерия. Методы получения (промышленные способы, циклизация, превращение одного цикла в другой). Физические свойства. Химические свойства на примере простейших представителей. Устойчивость циклоалканов, напряженность циклов, теория Байера, характер связей в циклопропане. Основы конформационного анализа. Конформации циклогексана. Ароматизация циклогексана.

Понятие о строении терпенов и каротина как изопреноидов. Основа скелета стероидов.

Арены. Краткая историческая справка о развитии химии ароматических соединений. Понятие об ароматичности, правило Хюккеля. Структурная формула бензола, понятие о резонансе. Многообразие ароматических соединений, многоядерные системы. Номенклатура и изомерия. Физические свойства. Промышленные методы получения бензола и его гомологов. Химические свойства, реакции электрофильного замещения: нитрование, сульфирование, галогенирование, алкилирование и ацилирование. Механизм электрофильного замещения, - и - комплексы, лимитирующая стадия процесса, реакционная способность ароматических соединений в этих реакциях. Правила ориентации, ориентанты I и II рода. Реакции присоединения в ароматическом ряду (гидрирование, галогенирование, озонирование) радикальные реакции в алкильную цепь при галогенировании. Нуклеофильное ароматическое замещение, -анионные комплексы.

Галогенпроизводные. Алифатические галогенпроизводные моно-, ди- и полизамещенные. Номенклатура и изомерия. Физические свойства. Методы получения монозамещенных галогенпроизводных из алканов, олефинов и спиртов, получение фторпроизводных. Химические свойства: реакции нуклеофильного замещения под действием различных нуклеофильных реагентов (гидролиз, алкоголиз, реакция с нитрит- и цианид-ионами). Понятие о S_N2 и S_N1 механизмах, кинетика, стереохимия (Вальденовское обращение) и влияние структуры. Реакции элиминирования, взаимодействие алкилгалогенидов с металлами. Получение и свойства дигалогензамещенных, гем и вицинальных. Галоформы, получение, галоформная реакция.

Непредельные галогенпроизводные. Винил- и аллилгалогениды. Сравнение реакционной способности.

Ароматические галогенпроизводные, галогенирование в цепь и кольцо. Реакция Ульмана, активация галогена в ароматическом кольце под действием нитро-групп.

Спирты, фенолы, меркаптаны. Одноатомные спирты. Гомологический ряд, номенклатура, изомерия. Физические свойства, роль водородной связи. Методы получения, промышленные (метанол на основе СО. Гидроформилирование с последующим восстановлением, окисление, ферментация), лабораторные (гидролиз, гидратация, гидрирование альдегидов и кетонов, реакция карбонильных соединений с реактивами Гриньяра). Химические свойства. Кислые свойства спиртов, получение алкоголятов, реакция с реактивом Гриньяра, ацилирование. Реакция гидроксильной группы: замещение на галоген, дегидратация (внутри- и межмолекулярная), взаимодействие с аммиаком. Окисление. Отдельные представители: метанол, этанол, получение и использование.

Непредельные спирты, изомеризация винилового спирта в ацетальдегид, аллиловый спирт.

Многоатомные спирты, двухатомные спирты (гликоли), получение и свойства. Этиленгликоль, применение. Трехатомные спирты (глицерин), получение, свойства, использование.

Фенолы. Основные представители одно-, двух- и трехатомных фенолов, нафтолы. Промышленные способы получения фенола. Методы введения гидроксильной группы в ароматическое кольцо. Химические свойства: взаимное влияние гидроксильной группы и ароматического кольца, получение фенолятов, нитрование и бромирование, ацилирование по гидроксильной группе, оксиметилирование, получение фенолформальдегидных смол. Нитрофенолы, пикриновая кислота, таутомерия. Гидрохинон, окисление фенола в хинон, хиноидная структура. Применение фенола и его производных для получения пластических масс, красителей, инсектицидов, салициловых препаратов, антиоксидантов, в качестве дезинфицирующего средства.

Меркаптаны, кислые свойства SH-группы, легкость окисления.

Простые эфиры и эфиры неорганических кислот. Номенклатура и изомерия. Физические свойства. Методы получения. Химические свойства, способность к окислению, оксониевые соединения. Диэтиловый эфир, окись этилена, диоксан. Эфиры борной, серной, азотной и азотистой кислот.

Оксосоединения (альдегиды и кетоны). Номенклатура, строение карбонильной группы. Физические свойства. Методы получения: окисление СН-связей и спиртов, озонолиз двойных связей и расщепление, Вакер-процесс, реакция Кучерова, пиролиз солей. Восстановление карбоновых кислот и их эфиров, хлорангидридов (по Розенмунду). Гидроформилирование. Химические свойства: реакции присоединения водорода HCN, аммиака, бисульфита натрия, реактива Гриньяра. Реакции замещения: получение оксимов, гидразонов, ацеталей, реакция с PCl₅. Реакции с участием - Н: галогенирование, конденсации (альдольная и кротоновая). Окисление, сравнение свойств альдегидов и кетонов. Отдельные представители: муравьиный альдегид, ацетальдегид, ацетон. Непредельные альдегиды и кетоны: акролеин, кротоновый альдегид, его цис-транс-изомерия. 1,2- и 1,4-присоединение к енонам.

Ароматические альдегиды и кетоны. Получение бензальдегида из толуола, реакция с аминами. Реакция Канниццаро, бензоиновая конденсация. Получение жирноароматических кетонов по Фриделю-Крафтсу. Ацетофенон и бензофенон, сравнение с алифатическими кетонами.

Карбоновые кислоты и их производные. Одноосновные кислоты, гомологический ряд, номенклатура. Строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона. Физические свойства. Методы получения: окисление органических соединений, гидролиз нитрилов, омыление сложных эфиров, реакция реактива Гриньяра с диоксидом углерода. Химические свойства: галогенирование, получение производных. Свойства солей карбоновых кислот. Этерификация кислот и омыление сложных эфиров.

Соли, ангидриды, амиды, хлорангидриды, нитрилы, сложные эфиры, их свойства и взаимные превращения.

Отдельные представители кислот: муравьиная, уксусная, пальминовая и стеариновая кислоты.

Дикарбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, адипиновая. Методы их получения. Физические свойства. Химические свойства, характерные для каждого типа кислот. Особые свойства метиленовой группы малонового эфира, синтезы на основе малонового эфира. Ангидрид и амид янтарной кислоты. Адипиновая кислота как полупродукт в синтезе найлона. Синтетические волокна.

Непредельные карбоновые кислоты. Получение акриловой кислоты. Олеиновая кислота, цис-транс-изомерия на примере малеиновой и фумаровой кислот. Полимеры на основе производных акриловой и метакриловой кислот (плексиглас, нитрон).

Ароматические карбоновые кислоты. Бензойная кислота, получение окислением толуола. Хлористый бензоил, бензоилирование. Коричная кислота, получение, цис-транс-изомерия. Фталевая кислота, получение из нафталина, фталевый ангидрид. Терефталевая кислота, получение из п-ксилола, синтетическое волокно на ее основе (лавсан). Диметилфталат (свойства инсекторепеллента).

Жиры. Аналитические характеристики и химические свойства.

Сложные липиды.

Мыла, детергенты, воски.

Окси- и кетокислоты. Методы получения -, - и –оксикислот. Физические свойства. Дегидратация -, -, –оксикислот (лактиды и лактоны). Отдельные представители: Гликолевая, молочная, яблочная, винная, лимонная кислоты, нахождение в природе и свойства. Оптическая изомерия, понятие о хиральности молекулы, энантиомеры, диастереомеры, рацематы. Стереоизомерия винных кислот. Оптические ряды, абсолютная и относительная конфигурация. Проекционные формулы. Разделение рацематов. Асимметрический синтез, частичный и абсолютный.

Кетокислоты (оксокислоты).Пировиноградная кислота, получение и свойства. Ацетоуксусный эфир, синтезы на его основе, кислотное и кетонное расщепление. Двойственное реагирование енолятов ацетоуксусного эфира, строение енолят-иона. Кето-енольная таутомерия.

Углеводы. Нахождение в природе, фотосинтез, роль в жизнедеятельности человека. Классификация. Отдельные представители альдопентоз (рибоза, дезоксирибоза, арабиноза, ксилоза) и альдогексоз (глюкоза, манноза, галактоза), их строение. Установление строения глюкозы. Открытая и циклическая формы глюкозы (пиранозная и фуранозная). Глюкозидный гидроксил. Кольчато-цепная таутомерия и мутаротация сахаров. Окисление, восстановление и ацилирование альдоз. Фруктоза как пример кетозы, строение, свойства, образование из глюкозы. Связь конфигурации сахаров с D- и L-глицериновым альдегидом. Дисахариды: сахароза, мальтоза и целлобиоза. Полисахариды: крахмал и клетчатка, пути химической переработки.

Амины. Алифатические амины. Классификация, номенклатура, изомерия. Физические свойства. Методы получения (реакция Гофмана, реакция Габриэля, восстановлением азотистых соединений, из галогенпроизводных и спиртов). Химические свойства: роль свободной электронной пары в проявлении основных свойств и комплексообразовании. Ацилирование, алкилирование, действие азотистой кислоты. Реакция первичных и вторичных аминов с реактивом Гриньяра, окисление третичных аминов. Четвертичные аммониевые основания и соли, применение в межфазном катализе. Диамины, аминоспирты (коламин, холин, ацетилхолин).

Ароматические амины (анилин, толуидин). Получение из нитропроизводных (Зинин). Взаимное влияние аминогруппы и бензольного кольца, реакции по аминогруппе (образование солей, ацилирование, алкилирование, образование Шиффовых оснований), электрофильное замещение, реакции с азотистой кислотой. Сравнение свойств алифатических и ароматических аминов.

Аминокислоты и белки. Природные аминокислоты, их стереохимия. Методы получения. Физические свойства, амфотерность. Химические свойства, взаимные превращения с окси- и кетокислотами. Сравнение свойств - , - и - аминокислот. Отдельные представители аминокислот: глицин, аланин, фенилаланин, валин, лейцин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, серин, треонин, лизин, цистин, пролин, триптофан. Белки, классификация, общие представления о строении, физических и химических свойствах, характерные реакции. Пептидные спирали и водородные связи.

Гетероциклические соединения. Пятичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом: фуран, тиофен, пиррол. Нахождение в природе, строение, участие р-электронной пары гетероатома в создании ароматической системы.

Фуран. Получение фурана из фурфурола и 1,4-дикарбонильных соединений. Химические свойства: склонность к полимеризации, гидрирование, хлорирование, меркурирование, сульфирование, окисление.

Тиофен. Получение из углеводородов и 1,4-дикарбонильных соединений. Химические свойства: восстановление, нитрование, хлорирование, алкилирование, ацилирование, меркурирование.

Пиррол. Получение из 1,4-дикарбонильных соединений, аммониевой соли слизевой кислоты, из ацетилена и из сукцинимида. Взаимные превращения пятичленных гетероциклов (Юрьев). Химические свойства: электрофильные реакции (сульфирование, иодирование), кислотные свойства имино-группы пиррола, алкилирование и ацилирование К- и Мg-солей. Вхождение пиррольного кольца в природные объекты: порфирин, гемоглобин, хлорофил. Сравнение свойств пятичленных гетероциклов. с бензолом.

Пиридин как представитель шестичленных гетероциклов. Нахождение в природе. Пиридиновое кольцо в составе природных соединений.

Получение из акролеина. Химические свойства: нуклеофильное замещение (Чичибабин), гидрирование, ориентация и условия электрофильного замещения. Представление о нуклеиновых кислотах.

Литература

Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. М.: Высш. шк., 1981.
Грандберг И.И. Органическая химия. М.: Высш. шк., 1987.
Степаненко Б.Н. Курс органической химии. М.: Высш. шк., 1976. Ч. 1–2.

Программу составила:
И.П.Белецкая, акад.
(Московский государственный университет)

Рецензент А.И.Мовчан, доц.
(Казанский государственный университет)