9 Программа

курса по органической химии

для студентов биолого-почвенного факультета

Часть I введение

Предмет органической химии. История возникновения органической химии и причины выделения в отдельную науку. Отличительные особенности органи­ческих соединений и органических реакций.

Строение органических соединений. Теория химического строения. Роль А.М.Бутлерова в ее создании. Химические связи: простые и кратные. Структур­ная формула. Изомерия. Гомология. Зависимость химических свойств от состава и строения вещества. Химическая функция. Главнейшие функциональные группы.

Классификация органических соединений. Принципы систематической (ИЮПАК) номенклатуры.

Химическая связь в молекулах органических соединений. Типы химической связи. Связи ионные, ковалентные, координационные. Семиполярная связь. Роль электронного октета. Электронные конфигурации элементов. Атомные ор­битали и валентные состояния углерода. Гибридизация атомных орбиталей: sp³, sp², sp (три валентных состояния углеродного атома). - и -связи. Основные параметры ковалентной связи: энергия связи, длина связи, полярность и поляри­зуемость связи. Электроотрицательность элементов. Понятие о мезомерии (ре­зонансе). Электронные эффекты заместителей: индуктивный (I), мезомерный (М).

Изомерия органических соединений. Структурные изомеры и стереоизоме­ры. Основы стереохимии. Пространственное строение метана и его гомологов. Принцип свободного вращения и пределы его применимости. Заслоненные и заторможенные конформации. Конформации соединений с открытой цепью. Конформационные формулы Ньюмена и типа “козел”. Конформация циклогек­санового кольца. Аксиальные и экваториальные связи. Инверсия кресловидной конформации. Сравнение устойчивости производных циклогексана с аксиаль­ными и экваториальными положениями заместителей. 1,3-Диаксиальное взаи­модействие.

Геометрическая (цис - транс) изомерия и условия ее появления в ряду оле­финов, циклоалканов. Е-, Z-номенклатура.

Оптическая изомерия. Оптическая активность и оптически активные веще­ства. Молекулярная асимметрия как условие появления оптической активности. Асимметрический атом углерода. Энантиомеры и диастереомеры. R- и S-но­менклатура для обозначения конфигурации центра хиральности. Проекционные формулы Фишера. D- и L-номенклатура. Стереоизомерия соединений с нес­колькими центрами хиральности. Эритро- и треоизомеры. Мезоформы. Рацеми­ческая модификация.

Классификация органических реакций по характеру превращений и по при­роде реагентов.

Углеводороды

Алканы. Гомологический ряд метана. Изомерия. Номенклатура. Способы получения. Физические свойства, их зависимость от длины цепи и строения. Химические свойства. Реакции радикального замещения (S_R): галогенирование (влияние природы галогена), нитрование (Коновалов), сульфохлорирование, окисление. Инициирование и ингибирование радикальных реакций. Реакци­онная способность атомов водорода, связанных с первичным, вторичным и тре­тичным атомами углерода. Алкильные радикалы и их относительная устой­чивость.

Алкены. Изомерия. Номенклатура. Способы получения. Физические свойства. Длина и энергия образования двойной связи. Химические свойства. Реакции электрофильного присоединения: галогенов, галогеноводородов, воды, гипогалоидных кислот, серной кислоты. Механизм реакций электрофильного присоединения. Стерео- и регионаправленность присоединения. Карбкатионы, их стабильность в зависимости от строения. Правило Марковникова и его современное обоснование. Радикальное присоединение: присоединение HBr в присутствии перекисей. Нуклеофильное присоединение. Полимеризация: ка­тионная, анионная и радикальная. Каталитическое гидрирование. Окисление: эпоксидирование по Прилежаеву, окисление перманганатом калия, озонирова­ние. Химические свойства -метиленового звена, соседнего с -связью (аллиль­ное положение): хлорирование, окисление.

Алкины.Изомерия. Номенклатура. Синтезы ацетилена и его гомологов. Ха­рактеристика физических свойств. Химические свойства ацетиленов: реакции присоединения, реакции замещения с участием подвижного атома водорода при углероде с тройной связью. Ацетилениды. Полимеризация ацетилена в бензол, винилацетилен, циклооктатетраен.

Алкадиены. Типы алкадиенов. Изомерия. Номенклатура. Стереохимия алле­нов. Молекулярная асимметрия. Сопряженные - 1,3-диены. Способы получения диенов. Физические свойства. Длины углерод-углеродных связей в 1,3-бутади­ене и его энергия образования. Проявление эффекта сопряжения. 1,2- и 1,4-при­соединение к 1,3-диенам - электрофильное присоединение галогенов и галоге­новодородов. Карбкатионы аллильного типа. Циклоприсоединение к диеновой системе: диеновый синтез Дильса-Альдера. Полимеризация 1,3-диенов. Синте­тический каучук на базе 1,3-бутадиена (дивинила). Сополимеры дивинила со стиролом, акрилонитрилом, бутилкаучук. Природный каучук: его строение, озо­нолиз, переработка в резину.

Циклоалканы.Классификация. Изомерия. Номенклатура. Общие и специ­альные методы синтеза малых, средних и больших циклов. Физические и хими­ческие свойства. Сравнительная оценка реакционной способности и термичес­кой стабильности циклопропана, циклобутана, циклопентана и циклогексана. Теория напряжения Байера и ее современное понимание. Оценка напряжен­ности циклов на основе теплот сгорания. Современное представление о строе­нии циклопропана. Конформации циклоалканов. Циклоалкены и циклоал­кадиены.

Ароматические углеводороды.Особенности химических свойств бензола и его гомологов. Строение бензола (валентные углы, межатомные расстояния). Энергия образования и теплота гидрирования бензола. Энергия стабилизации. Ароматический характер бензольного ядра. Современное представление о при­роде ароматичности. Небензоидные ароматические соединения. Правило арома­тичности Хюккеля. Ароматичность гетероциклических соединений: фурана, ти­офена, пиррола, пиридина. Ароматичность циклопропенильного катиона, цик­лопентадиенильного аниона, циклогептатриенильного катиона. Отсутствие аро­матических свойств у циклооктатетраена.

Гомологи бензола. Гомологический ряд бензола. Изомерия в ряду алкилбен­золов. Номенклатура. Лабораторные методы синтеза. Способы получения в промышленности. Реакции электрофильного замещения в ароматическом ядре. Общие закономерности и механизм этих реакций. Электрофильные реагенты. Галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование. Влияние электронодонорных и электроноакцепторных заместителей (активиру­ющее и дезактивирующее) на направление и скорость электрофильного замеще­ния в ядро бензола. Влияние индуктивного и мезомерного эффектов замести­телей. Правила ориентации замещения: орто- и пара-ориентанты (заместители I рода) и мета-ориентанты (заместители II рода). Согласованная и несогласо­ванная ориентация. Галогенирование и окисление боковых цепей.

Многоядерные ароматические углеводороды.

а) Углеводороды с неконденсированными ядрами. Дифенил. Дифенилметан и трифенилметан. Трифенилметильный радикал, катион и анион. Причины, оп­ределяющие их стабильность.

б) Углеводороды с конденсированными ядрами. Нафталин и антрацен. Ис­точники получения. Изомерия однозамещенных производных. Строение нафта­лина и антрацена. Реакции присоединения и замещения. Гидрирование, окис­ление, галогенирование, нитрование, сульфирование. Сравнительная оценка ароматического характера бензола, нафталина и антрацена. Фенантрен. Распро­страненность фенантренового скелета в природных соединениях.