ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА

дисциплины

для студентов геологических факультетов
(для группы "геоэкология")

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 ИЮПАК. 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. (, -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.

Гомологический ряд предельных углеводородов, номенклатура, изомерия. Природа С-С и С-Н связей в алканах. Понятие о конформациях и конформерах алканов и циклоалканов. Природные источники. Химические свойства: окисление, галогенирование (хлорирование, бромирование, иодирование, фторирование). Энергетика цепных свободнорадикальных реакций галогенирования. Сульфохлорирование, нитрирование. Селективность радикальных реакций и относительная стабильность алкильных радикалов. Термический и каталитический крекинг. Воздействие на окружающую среду. Физико-химические способы ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов.

Гомологические ряды алкенов и алкинов, номенклатура, изомерия (изомерия углеродного скелета и изомерия, вызванная положением кратной связи). Природные источники и методы получения.

Природа двойной и тройной связи. Геометрическая изомерия (цис-, транс-). Методы синтеза.

Электрофильное присоединение (Ad_E). Общее представление о механизме реакций. Стерео- и региоселективность. Галогенирование и гидрогалогенирование. Правило Марковникова. Гидратация. Окисление алкенов перманганатом калия и кислородом. Эпоксиды. Озонолиз алкенов. Сравнение реакционной способности алкинов и алкенов, гидратация по Кучерову. Восстановление алкинов до цис- и транс-алкенов.

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

Типы диенов. Аллены, сопряженные диены. Бутадиен-1,3, особенности строения. Галогенирование и гидрогалогенирование 1,3-диенов. 1,2- и 1,4-присоединение. Диеновый синтез.

Полимеризация этилена, полиэтилен. Полихлорвинил. Полимеризация сопряженных диенов. Изопрен, природный и синтетический каучуки. Вулканизация каучуков. Природные и синтетические полимеры. Поликонденсация. Типы полимерных соединений и материалов на их основе (смолы, пластмассы, клеи, лаки и краски, текстиль, строительные и композиционные материалы). Биоразлагаемые и бионеразлагаемые полимеры. Методы утилизации полимерных отходов.

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). Представления о небензоидных ароматических структурах.

Реакции электрофильного замещения: галогенирование, нитрирование, алкилирование, ацилирование, сульфирование, дейтерообмен. Механизм электрофильного ароматического замещения. Правила ориентации при электрофильном замещении, согласованная и несогласованная ориентация. Гидрирование ароматического кольца, радикальные реакции (галоидирование), нуклеофильное ароматическое замещение. Устойчивость по отношению к окислению. Влияние содержания ароматических углеводородов на свойства моторного топлива. Каталитическое окисление гомологов бензола. Применение и биологическая активность ароматических углеводородов. Полиароматические углеводороды: появление в окружающей среде, способы контроля.

Алифатические галогенпроизводные. Номенклатура и изомерия. Методы получения (галоидирование 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 (S_N1- и S_N2). Понятие о нуклеофильности. Отщепление галогеноводорода, реакции галоидных алкилов с металлическим натрием и магнием.

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

Фторированные углеводороды, политетрафторэтилен. Применение и биологическая активность галогенорганических соединений. Загрязнение воздушной среды низшими галогеноуглеводородами и их атмосферные реакции. Проблемы, связанные с загрязнением природной среды хлорорганическими пестицидами.

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, 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 и карбонильные соединения (правило Эльтекова). 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, нитрирование. Нитрофенолы и их таутомерия, пикриновая кислота. Гидрохинон, окисление фенолов в хиноны. Полихлорфенолы - бионеразлагаемые загрязнители окружающей среды.

Номенклатура, строение карбонильной группы. Методы получения: окисление спиртов, гидролиз дигалогенидов, гидролиз функциональных производных, получение кетонов по Кучерову. Химические свойства: присоединение водорода, бисульфита натрия, синильной кислоты, 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. Муравьиный альдегид, ацетон. Конденсация карбонильных соединений с фенолом. Фенолформальдегидные смолы. Проблемы утилизации отходов и использования изделий на основе фенол- и крезолформальдегидных смол.

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

Изомерия и номенклатура. Получение при окислении органических соединений и 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. 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. Представление о восках и жирах. Соли жирных кислот как поверхностно-активные вещества. Производство и применение детергентов и проблемы окружающей среды.

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

Непредельные кислоты. Получение акриловой кислоты. Полиакрилонитрил и полиакрилаты. Олеиновая кислота, цис- и транс-изомерия на примере малеиновой и фумаровой кислот.

Ароматические карбоновые кислоты. Бензойная кислота. Получение окислением алкилбензолов. Фталевые кислоты. Полиэтилентерефталат, получение и использование.

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 (из галогенпроизводных, восстановительное аминирование карбонильных соединений, восстановление азотистых производных, гидролиз замещенных аминов). Роль свободной электронной пары в проявлении основных свойств и комплексообразования. Химические свойства: алкилирование, ацилирование, действие азотистой кислоты. Четвертичные аммониевые основания и их соли (ацетилхолин).

Ароматические амины, анилин. Сравнение ароматических и алифатических аминов. Диазотирование, реакции солей диазония с выделением и без выделения азота (азотосочетание). Азокрасители.

Энергетические материалы на основе нитро и амино соединений. Компоненты ракетного топлива (гидразины).

Органические соединения азота и серы как компоненты ископаемого топлива. Загрязнение атмосферы окислами азота и серы.

Гидроксикислоты (оксикислоты), изомерия и номенклатура, основные методы получения. Ароматические оксикислоты. Реакции оксикислот с раздельным и совместным участием функциональных групп. Особенности -, -, -, -оксикислот в реакциях внутри- и межмолекулярной дегидратации. Лекарственные препараты на основе салициловой кислоты.

Оксокислоты: пировиноградная и ацетоуксусная кислоты, особенности их химического поведения. Представление о дикарбонильных соединениях.

Аминокислоты, их изомерия и номенклатура. 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. Реакции аминокислот по аминогруппе и карбоксильной группе, отношение аминокислот к нагреванию, представление о дикетопиперазинах, пептидах и полиамидах. Капроновое и найлоновое волокна. 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. Реакции альдозы и фруктозы как полигидроксикарбонильных соединений. Взаимопревращения глюкозы, маннозы и фруктозы (эпимеризация). Циклические формы пентоз и гексоз, способы изображения и пространственное строение фуранозных и пиранозных форм. Гликозидные гидроксилы, особенности их стереохимии и химического поведения, равновесие в растворах глюкозы и фруктозы (кольчато-цепная таутомерия). Образование невосстанавливающих дисахаридов (мальтоза и целлобиоза), особенности их пространственного строения и реакционной способности. Олигополисахариды: крахмал и целлюлоза, особенности их строения и реакционной способности, эфиры целлюлозы, искусственное и синтетические волокна, возможности модификации целлюлозного волокна. Представление о гидролизе полисахаридов и возможных направлениях ферментативных превращений (брожение).

Литература
Основная

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.
Фримантл M. Химия в действии. М.: Мир, 1991. Ч. 2.

Дополнительная

Шабаров Ю.С. Органическая химия. М.: Химия, 1994; 1995. Ч. 1,2.

Программу подготовил:
Затонский С.В., ст. преп.
(Московский государственный университет)