Орг (2) (Раздаточный материал (методички) по органической химии)

1. Предмет и задачи органической химии. Основные этапы исторического развития.Предмет органической химии. Место органической химии среди других химических иестественно-научных дисциплин. Основные этапы развития органической химии. Аналитический период. Теории радикалов и типов. Становление классической структурной теории.Вклад А.М.Бутлерова и А.Кекуле в ее развитие. Стереохимические представления ВантГоффа и Ле Беля. Период физической органической химии.

Органическая химия на современном этапе. Модельный характер понятий и концепций органической химии.Углерод в природе. Аллотропные модификации углерода. Органические соединения вприроде.2. Общие представления о строении и реакционной способности органических соединений.2.1. Состав и строение органических соединений. Типы скелетов и химических связей ворганических молекулах.Состав и строение органических соединений.

Эмпирические, молекулярные и структурные формулы. Гомология, изомерия. Молекулярные модели.Типы химических связей в органических молекулах: ковалентные, ионные, донорноакцепторные, водородные. σ- и π-Связи.Характеристики простых и кратных связей: межатомные расстояния, энергии, полярности и поляризуемости. Валентные и двугранные углы в молекулах.

Общие представления ометодах определения геометрии молекул (газовая электронография, микроволновая спектроскопия, рентгеноструктурный анализ монокристаллов).Углеродный скелет и функциональные группы в органических молекулах. Типы углеродных скелетов органических молекул: соединения с открытой цепью, циклические и полициклические молекулы, каркасные структуры. Основные функциональные группы.Типы изомерии органических молекул.Классификация органических соединений по скелету, функциональным группам, степени ненасыщенности. Принципы современной номенклатуры ИЮПАК, тривиальные и рациональные названия.2.2.

Основы стереохимии.Пространственное строение органических соединений. Геометрические, конформационные и оптические изомеры. Хиральность. Энантиомерные и диастереомерные молекулы.Виды энантиомерии: центровая, планарная, аксиальная, спиральная. R,S-Номенклатура дляэнантиомерных молекул. Соединения с двумя и большим числом хиральных элементов.Проекционные формулы разных типов и правила пользования ими. Общие представления ометодах получения и разделения энантиомеров. Общие сведения об экспериментальных методах изучения хиральных органических молекул (спектрополяриметрия, спектроскопия КДи ДОВ).Динамические аспекты стереохимии. Барьеры вращения и кривые потенциальной энергии для соединений с открытой цепью.

Конформации и динамическое поведение четырех-,пяти-, шести-, семи- и восьмичленных карбоциклов.2.3. Основные теоретические подходы к описанию связей между строением и реакционной способностью органических соединений.Описание электронных и пространственных эффектов в органических молекулах врамках классической структурной теории. Взаимодействие между атомами и группами атомов через связи (эффекты индуктивный, сопряжения и сверхсопряжения) и через пространство (эффект поля).

Общие представления о принципе линейности свободных энергий и корреляционных уравнениях, применяемых для описания свойств и реакционной способности(уравнения Гаммета-Тафта). Границы применимости корреляционных соотношений. Общиепредставления о проблемах QSAR.2Описание строения и реакционной способности органических молекул в рамках методов квантовой химии различного уровня (метод молекулярных орбиталей, метод валентныхсвязей, теория резонанса).

Общие представления о современных полуэмпирических и неэмпирических методах расчета структуры и свойств молекул. Понятие о гибридизации. Молекулярные орбитали метана, этилена, ацетилена, бензола. Граничные орбитали и их роль вопределении реакционной способности соединений. Общие представления метода ВМО приописании взаимодействий орбиталей. Фотоэлектронная спектроскопия как метод определения орбитальных энергий.2.4. Органические кислоты и основания.Кислоты и основания (Бренстед, Льюис). Сопряженные кислоты и основания.

Кислотно-основные равновесия на примере спиртов, альдегидов, кетонов, аминов и кислот. Константы кислотности рКa и основности рКb органических соединений. Влияние заместителейна кислотность и основность. Корреляционные уравнения Гаммета-Тафта. Эффекты среды.Кислотность и основность в газовой фазе.Углеводороды как С-Н-кислоты. Методы определения рКа углеводородов.3. Физико-химические методы исследования строения и реакционной способностиорганических соединений.3.1.

Спектроскопия ЯМР высокого разрешения.Магнитные моменты атомных ядер. Расщепление уровней энергии ядра во внешнеммагнитном поле. Условие ЯМР. Релаксация. Общие принципы устройства современных импульсных спектрометров ЯМР. Условия наблюдения спектров ЯМР высокого разрешения вжидкостях и газах.Химические сдвиги и константы спин-спинового взаимодействия в спектрах ЯМР-1Н иЯМР-13С органических соединений.

Связь этих параметров со строением молекул. Правилаинтерпретации спектров ЯМР первого порядка. Эффекты не первого порядка. Начальныесведения о простых двумерных спектрах ЯМР COSY, HETCOR и NOESY.Влияние динамических процессов на вид спектров ЯМР. Изучение с помощью ДЯМРпроцессов химического обмена. ЯМР и стереохимия органических молекул.Определение структуры органических соединений методом ЯМР.3.2.

Спектроскопия ЭПР.Магнитный момент электрона. Уровни энергии электрона во внешнем магнитном поле.Экспериментальные методы регистрации спектров ЭПР. Параметры спектров ЭПР - интенсивность сигнала, g-фактор и константы СТВ. Связь параметров ЭПР со строением парамгнитных частиц (радикалы, анион- и катион-радикалы, парамагнитные ионы). Изучение методом ЭПР стабильных азот-центрированных (гидразильные, нитроксильные, иминоксильные), кислород-центрированных (ароксильные) и углерод-центрированных (триарилметильные) радикалов. Спиновые метки и спиновые зонды. Исследование радиолиза органическихсоединений методом ЭПР.3.3.

Электронные спектры поглощения органических соединений в УФ- и видимой областях спектра. Фотоэлектронная спектроскопия.Основное и электронновозбужденные состояния молекул. Разрешенные и запрещенныепереходы. Хромофоры и ауксохромы. Связь положения максимумов поглощения и интенсивностей со строением органических соединений.

Качественный и количественный анализ спомощью УФ-спектроскопии.Схема фотоэлектронного спектрометра. ФЭ-спектры простых органических молекул(метан, этилен, ацетилен, бензол) и их интерпретация.3.4. ИК- и КР- спектры органических соединений.Колебательная спектроскопия в ИК-области. Происхождение колебательных спектров.Правила отбора в ИК-и КР-спектроскопии. Интенсивность сигналов поглощения. Экспериментальные методы измерения ИК- и КР-спектров.3Характеристические частоты функциональных групп в органических молекулах.Структурный анализ органических соединений с помощью ИК-и КР-спектроскопии.3.5. Масс-спектрометрия.Устройство масс-спектрометров.

Типы анализаторов (магнитный, квадрупольный, времяпролетный). Масс-спектрометры с двойной фокусировкой, спектрометр ионциклотронного резонанса. Системы ГЖХ-МС и ВЭЖХ-МС. Методы ионизации молекул вгазовой фазе. Масс-спектры положительных и отрицательных ионов. Молекулярный ион иточное определение молекулярной массы. Влияние изотопного состава на вид масс-спектра.Метастабильные пики.Основные направления фрагментации органических молекул разных классов в массспектрах электронного удара.

Структурный анализ по данным масс-спектрометрии.Методы исследования ион-молекулярных реакций и определение основности органических соединений в газовой фазе.4. Углеводороды.4.1. Алканы.Номенклатура алканов. Структурная и оптическая изомерия. Конформации алканов.Спектральные характеристики алканов.Природные источники углеводородного сырья - нефть и газ. Метаногенез в природе.Основные направления практического использования алканов.Методы получения алканов в лаборатории и промышленности (гидрирование непредельных соединений, алкилирование олефинов, процесс Фишера-Тропша, реакция Кольбе,восстановление карбонильных соединений, синтезы с использованием галоидных алкилов идругие реакции)Химические свойства алканов. Реакции радикального замещения. Галоидирование,сульфохлорирование и нитрование.

Алкильные радикалы и факторы, определяющие их относительную устойчивость и реакционную способность. Окисление алканов. Биологическоеокисление.Ионные реакции алканов. Реакции окислительного присоединения алканов к ионам икомплексам переходных металлов и проблема активации связей С-Н в алканах.