Рабочая учебная программа дисциплины Органическая химия

Классификация. Номенклатура. Выделение фенолов из каменноугольной смолы. Получение фенолов из сульфокислот, галогенопроизводных, ароматических аминов. Кумольный способ синтеза фенола. Физические свойства фенола.

Химические свойства. Кислотно-основные свойства. Условия кислотной ионизации фенолов. Феноляты. Комплексообразование солей металлов с фенолами. Алкилирование и ацилирование ОН-группы фенолов. Реакции электрофильного замещения: галогенирование, нитрование, сульфирование. Гидрирование фенолов. Промышленное использование фенола. Фенол-формальдегидные смолы. Нафтолы.

Двухатомные фенолы. Пирокатехин, резорцин, гидрохинон. Синтез, свойства и применение. Трехатомные фенолы. Пирогаллол, оксигидрохинон. Флороглюцин. Синтез, свойства, применение.

Номенклатура. Особенности изомерии (метамерия). Способы синтеза. Строение функциональной группы С-О-С.

Физические свойства. Химические свойства: расщепление связей С-О кислотами, щелочными металлами, А1С1₃ и др. Диалкилоксониевые соли. Комплексообразование эфиров с солями металлов (эфираты металлов). Простые эфиры как растворители. Автоокисление. Образование взрывчатых перекисей.

Циклические простые эфиры. Тетрагидрофуран. Диоксан. Простые циклические полиэфиры. Ароматические простые эфиры. Дифенилоксид. Анизол. Фенетол. Окиси алкенов. Окись этилена. Строение и свойства. Реакции с водой, спиртами, галогеноводородами, аммиаком и др. Промышленный органический синтез на основе окиси этилена.

Физические свойства альдегидов и кетонов. Химические свойства. Кислотно-основное взаимодействие и комплексообразование. Реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе (воды, спиртов, синильной кислоты, бисульфита натрия, металлоорганических соединений). Реакции взаимодействия с РС1₅ и с азотистыми основаниями, аммиаком, аминами, гидроксиламином, гидразином, фенилгидразином.

Полимеризация оксосоединений на примере муравьиного и уксусного альдегидов.

Реакции конденсации (альдольная и кротоновая), их механизм. Сложно-эфирная конденсация (Тищенко). Реакции окисления восстановления альдегидов. Галогенирование алкильных групп в оксосоединениях.

Получение ароматических альдегидов и кетонов по реакции Фриделя-Крафтса. Реакции конденсации (реакции Перкина, Канниццаро, Клайзена, бензоиновая конденсация). Галогенирование -СОН группы, образование шиффовых оснований и др.). Син-анти-изомерия оксимов альдегидов и кетонов. Перегруппировка Бекмана и ее механизм.

Акролеин. Кротоновый альдегид. Строение. Сопряжение С=О и С=С связей.

Химические свойства: гидрирование, особенности электрофильного и нуклеофильного присоединения к непредельным сопряженным оксосоединениям.

Диальдегиды и дикетоны.

Классификация. Номенклатура. Их синтез и свойства. СН-кислотностъ и таутомерия β-дикетонов на примере ацетилацетона. Их синтез, свойства и применение.

Классификация хинонов. Строение и характеристика связей. Получение. Химические свойства: окисление-восстановление, присоединение нуклеофильных реагентов. Антрахинон. Ализарин.

Строение. Синтез и свойства.

Классификация карбоновых кислот.

Номенклатура. Строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона. Характеристика связей в карбоксильной группе. Состояние гибридизации атомов. Индукционный эффект карбоксильной группы. Получение кислот окислением углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов; гидролизом галогенпроизводных и нитрилов, через металлоорганические соединения. Синтезы кислот на основе окиси углерода, малонового и ацетоуксусного эфиров.

Физические свойства карбоновых кислот. Ассоциация и ее особенности. Химические свойства: кислотная ионизация в растворе, факторы, определяющие ионизацию карбоновых кислот. Термодинамика ионизации карбоновых кислот. Энтальпия и энтропия ионизации. Их зависимость от строения кислот.

Образование функциональных производных по карбоксильной группе. Галогенангидриды и ангидриды. Строение. Способы получения. Сложные эфиры. Реакция этерификации. Кинетика и механизм этерификации. Гидролиз сложных эфиров. Высшие жирные кислоты. Понятие о жирах. Амиды карбоновых кислот. Строение. Способы получения. Химические свойства амидов. Основные и кислотные свойства: солеобразование, замещение водорода на металл. Ацилирование и алкилирование амидов. Гидролиз амидов.

Галогенирование и декарбоксилирование карбоновых кислот.

Ароматические карбоновые кислоты.

Бензойная кислота. Хлористый бензоил. Перекись и гидроперекись бензола. Реакции электрофильного замещения в ядре ароматических кислот. Ароматические кислоты с карбоксильной группой в боковой цепи.

Сопряжение гидроксильной группы с двойной связью. Реакция электрофильного и нуклеофильного присоединения.

Акриловая и метакриловая кислоты и их эфиры. Коричная кислота. Реакция Перкина. Высшие ненасыщенные кислоты и их эфиры. Олеиновая кислота.

Двухосновные карбоновые кислоты.

Номенклатура. Влияние взаимного положения карбоксильных групп на важнейшие свойства кислот. Щавелевая кислота. Малоновая кислота и ее диэтиловый эфир. Способы синтеза.

Химические свойства малонового эфира. СН-кислотность и подвижность С-Н атомов водорода. Использование малонового эфира для синтеза карбоновых кислот (малоновый синтез).

Двухосновные ненасыщенные карбоновые кислоты.

Малеиновая и фумаровая кислоты. Их физические и химические свойства, взаимопревращения.

Фталевая и терефталевая кислоты. Их синтез и свойства. Практическое использование этих кислот. Поликарбоновые кислоты бензола - меллитовая, пиромеллитовая.

Классификация серусодержащих соединений.

Физические свойства. Химические свойства: кислотная диссоциация, меркаптиды. Реакции окисления и галогенирования тиоспиртов. Синтез тиолов.

Получение алкилированием солей сероводорода и меркаптидов. Физические свойства. Химические свойства: окисление, образование сульфоксидов и сульфонов. Диметилсульфоксид. Сульфолан. Галогенирование, алкилгалогенирование (образование солей сульфония) и комплексообразование.

Получение сульфокислот окислением меркаптанов, радикальным сульфохлорированием и сульфоокислением парафинов, их галоидных алкилов. Получение ароматических сульфокислот реакцией сульфирования. Сульфирующие агенты. Механизм реакции сульфирования.

Физические свойства ароматических сульфокислот. Химические свойства ароматических сульфокислот: гидролиз, изомеризация, реакции нуклеофильного замещения (получение фенолов и нитрилов). Реакции электрофильного замещения в ароматических сулъфокислотах. Функциональные производные сульфокислот: сульфохлориды и сульфамиды, сложные эфиры и их свойства. Хлорамины. Синтетические моющие средства.
Азотсодержащие производные углеводородов.

Классификация.

Нитросоединения алканов и аренов. Изомерия и номенклатура нитросоединений. Строение нитрогруппы. Способы получения нитросоединений. Нитрование алканов, ароматических углеводородов и их производных. Нитрующие агенты. Механизм реакции нитрования.

Физические свойства нитросоединений. Химические свойства нитросоединений. Кислотно-основные свойства. С-Н кислотность нитросоеднений. Таутомерия нитросоединений. Катодное восстановление. Каталитическое и химическое восстановление. Промежуточные продукты восстановления нитросоединений. Роль рН среды. Комплексы с переносом заряда. Влияние нитро-группы на подвижность о- и п- заместителей в бензольном кольце. Взаимодействие первичных и вторичных нитросоединений с азотистой кислотой. Конденсация с альдегидами. Применение нитросоединений. Нитрометан. Нитробензол. Полинитросоединения. Понятие о взрывчатых веществах. Нитросоединения как растворители.

Амины.

Классификация аминов. Первичные, вторичные и третичные амины. Диамины и полиамины. Циклические амины. Пиперидин. Строение функциональной группы аминов. Характеристика связей С-N и N-Н. Получение аминов восстановлением нитросоединений, нитрилов, алкилированием аммиака и первичных аминов и др. Соли алкил- и арил-замещенного аммония.

Физические свойства аминов. Химические свойства: основность и ее зависимость от числа и природы радикалов. Алкилирование аминов. Механизм реакции. Образование четвертичных аммониевых солей. Ацилирование аминов. Комплексообразование с аминами. Хелатный эффект в комплексах с диаминами. Окисление. Реакции аминов с азотистой кислотой. Реакция диазотирования и ее механизм.

Особенности химических реакций ароматических аминов. Реакции электрофильного замещения и "защита" аминогруппы ацилированием. Образование изонитрилов. Этилендиамин. Анилин. Дифениламин. Фенилендиамины. Нафтиламины.

Определение понятий. Диазометан, диазоуксусный эфир. Ароматические диазосоединения. Номенклатура. Изомерия. Строение функциональной группы. Кислотно-основные свойства и таутомерия диазосоединений. Условия протекания реакций диазотирования. Устойчивость диазосоединений в зависимости от строения.

Реакции диазосоединений, протекающие с выделением азота: замещение на гидроксил, водород, галогениды, циано-группу и др. (реакции Зандмейера, Гаттермана и др.). Реакция Несмеянова.

Реакции диазосоединений без выделения азота. Восстановление до арилгидразинов, азосочетание. Механизм азосочетания. Условия азосочетания. Азокрасители: прямые и дисперсные, основные и кислотные, протравные.

Металлоорганические соединения. Определение понятия. Классификация и номенклатура. Виды связей. Ионный и радикальный разрыв связи углерод-металл.

Металлоорганические соединения щелочных металлов, магния, алюминия. Смешанные магний-органические соединения (реактив Гриньяра). Их синтез. Свойства МОС: взаимодействие с протонодонорными молекулами, галогенами, углекислым газом и др. Значение магний- и литий-органических соединений для синтетической органической химии. Ртуть-органические соединения. Их синтез и использование.

Органические соединения бора и свинца. Тетраэтилсвинец. Его синтез и свойства.

Кремнийорганические соединения, их классификация и номенклатура. Основные способы получения. Общее понятие о физических и химических свойствах простейших типов кремний-органических соединений в промышленности. Силиконы.

Фосфорорганические соединения. Алкилфосфины и алкилфосфиновые эфиры. Понятие о фосфорорганических инсектицидах и отравляющих веществах.

Классификация. Общие способы получения. Взаимное влияние функциональных групп -ОН и -СООН.

Физические свойства гидроксикислот. Химические свойства. Термические реакции -, β- и γ-гидроксикислот. Комплексообразующие свойства. Молочная кислота. Яблочная кислота. Винная кислота. Лимонная кислота. Салициловая кислота.

Альдегидо- и кето- кислоты.

Классификация -, β- и γ- альдегидо- и кето- кислот. Глиоксиловая и пировиноградная кислоты. Синтез и свойства. Ацетоуксусная кислота и ацетоуксусный эфир. Их синтез и свойства. Кето-енолъная таутомерия ацетоуксусного эфира. СН-кислотность. Свойства кетонной и енольной форм. Алкилирование. Влияние растворителя на кето-енольное равновесие. Синтез кетонов, карбоновых кислот с помощью ацетоуксусного эфира.

Простейшие оксиальдегиды и оксикетоны: гликолевый альдегид, глицериновый альдегид, диоксиацетон. Химические особенности -оксиальдегидов и -оксикетонов.

Углеводы как особая группа оксиальдегидов и оксикетонов. Значение их в природе и в промышленности. Классификация углеводов. Моно-, ди- и полисахариды. Моносахариды. Классификация. Строение моносахаридов: полуацетальная и карбонильная формы. Стереохимия моноз. -, β- формы моносахаридов. Явление мутаротации. Получение моносахаридов гидролизом ди- и полисахаридов. Физические свойства. Химические свойства: образование сахаратов, алкилирование, ацилирование, окисление, восстановление, взаимодействие с синильной кислотой, гидроксиламином и т.д. Гликозиды. Их строение и свойства. Альдопентозы и пнтозаны. Альдо- и кето- гексозы. D-Глюкоза и D-фруктоза. Дисахариды. Классификация дисахаридов. Различие в строении восстанавливающих и невосстанавливающих дисахаридов. Представители дисахаридов: мальтоза, целлобиоза, сахароза, лактоза. Полисахариды: крахмал, гликоген, целлюлоза. Распространение их в природе и значение для жизнедеятельности организмов. Строение полисахаридов. Эфиры целлюлозы - нитроцеллюлоза, ацетилцеллюлоза, ксентогенаты. Волокна и пленки на основе целлюлозы.

Аминокислоты, пептиды и белки.

Определение понятий. Номенклатура и классификация аминокислот. Природные и синтетические аминокислоты. Методы получения аминокислот, состояние аминокислот в растворе и в твердой фазе. Цвиттер-ионы.

Физические свойства. Химические свойства. Кислотно-основные превращения. Три типа солей аминокислот. Биполярный ион, изоэлектрические точки. Комплексообразование с аминокислотами. Реакции отличающие -, β- и γ- аминокислоты. -Аминокапроновая кислота и капролактам. Синтетическое волокно - капрон. Комплексоны, как комплексообразующие лиганды. Полипептиды. Пептидные связи. Понятие о белках. Протеины и протеиды. Строение белков. Значение белков для жизнедеятельности организмов и как промышленного сырья. Ферменты.
3. Модуль 3. Ароматические гетероциклические соединения.

Классификация ароматических гетероциклов.

Фуран, тиофен, пиррол. Электронное строение. Ароматический характер соединений. Влияние рН среды на электронное строение. Общие методы синтеза. Взаимные превращения циклов по Юрьеву.

Физические свойства. Химические свойства. Ацидофобность. Кислотная ионизация пиррола. Реакции электрофильного и нуклеофильного замещения. Фурфурол. Его синтез и свойства. Конденсированные системы - бензотиофен и бензопиррол (индол). Индиго. Кубовое крашение.

Ароматические макрогетероциклы на основе пиррола. Фталоцианины. Порфирины. Хлорофилл. Понятие о фотосинтезе. Гемин и обратимое связывание кислорода. Красители и катализаторы на основе порфиринов и фталоцианинов.

Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты. Ароматические триазины и их производные.