ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

Органическая химия

Программа курса для студентов факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ

Основные положения теории химического строения А.М.Бутлерова. Способы построения названий (номенклатура) органических соединений: тривиальные, рациональные, систематические названия. Гомология и го­мологические ряды. Структурная изомерия (изомерия угле­родного скелета и изомерия, вызванная положением замес­тителя). Пространственная изомерия (цис-транс-изомерия и оптическая изомерия). Типы химических связей в органиче­ских соединениях: ковалентная, электровалентная, семипо­лярная, координационная и водородная связи. Представле­ние о молекулярных орбиталях, типы гибридизации орбиталей атомов углерода.  Электронные эффекты  (индуктивный эффект и эффект сопряжения). Понятие о резонансных структурах. Электрофильные, нуклеофильные и радикальные реагенты. Гетеролитический и гомолитический разрыв связей. Типы промежуточных частиц: карбокатионы, карбанионы, радика­лы.

Углеводороды

Алканы. Гомологический ряд. Изомерия. Номенклату­ра. sp3-гибридное состояние атома углерода. Природа С-С и С-Н-связей. Конформация. Проекции Ньюмена. Нахождение в природе. Способы получения алканов. Химические свойства. Галогенирование, нитрование, сульфохлорирование, окисле­ние. Понятие о свободных радикалах. Механизм свободно-радикальных реакций замещения.  Различие в реакционной способности атома водорода при первичном,  вторичном и третичном атоме углерода.
Хиральность, R,S-номенклатура. Стереохимия соединений с двумя асим­метрическими атомами углерода. Антиподы (энантиомеры), рацематы, диастереомеры, мезоформы. Относительная и абсолютная конфигурация. Конфигурация и знак вращения.
Алкены. Гомологический ряд. Изомерия. Номенклату­ра.  Природа  двойной  углерод-углеродной  связи,  sp2-гибридное состояние атома углерода.  Геометрия двойной связи. Способы получения алкенов. Дегидрогалогенирование, дегидратация (правило Зайцева). Крекинг. Химические свойства алкенов:  гидрирование  (теплоты гидрирования), гидрогалогенирование, галогенирование, Гидратация. Поня­тие об электрофильных агентах. Механизм электрофильного присоединения  к  ненасыщенным системам. Правило Марковникова и его современное тол­кование. Карбокатионы, их стабильность. Правило Хараша (механизм свободно-радикального присоединения). Окисление алкенов (реакция Вагнера, реакция с OsO4). Каталитическое гидрирование. Аллильное галогенирование. Полимеризация алкенов (радикальная, катионная, анионная).
Алкины (ацетилены). Номенклатура. Природа тройной углерод-углеродной связи, sp-гибридное состояние атома углерода. Способы получения ацетиленов. Реакции присое­динения: гидрирование, гидрогалогенирование, галогенирование,  гидратация  (реакция  Кучерова),  присоединение спиртов, карбоновых кислот, цианистого водорода. Реакции с  участием  подвижного  ацетиленового  атома  водорода (получение ацетиленидов металлов, конденсация с карбо­нильными  соединениями).  Полимеризация  ацетилена.  Ди-.три- и тетрамеризация ацетилена.
Алкадиены.  Изомерия,  номенклатура,  классификация алкадиенов.  1,3-диены, эффект сопряжения. Промышленные способы получения сопряженных диенов  (бутадиен,  изо­прен).  Химические  свойства  1,3-алкадиенов.  Механизм электрофильного 1,2- и 1,4- присоединения, кинетический и термодинамический контроль. Диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера). Диены и диенофилы. Полимеризация дие­нов. Представление о пространственных и линейных полиме­рах.  Каучуки.  Пластические массы.  Понятие о строении терпенов и каротинов (изопреноидов).
Циклоалканы. Общая формула. Номенклатура и изоме­рия. Устойчивость циклов. Напряжение угловое и торсионное. Основы конформационного анализа. Конформация циклогексана. Аксиальные и экваториальные связи. Способы получения циклоалканов. Химические свойства. Сравнение с алканами и алкенами. Характер связей в циклопропане.
Ароматические углеводороды. Понятие об ароматич­ности. Правило Хюккеля. Энергия стабилизации ароматиче­ских систем. Небензоидные ароматические системы. Номен­клатура и изомерия ароматических углеводородов ряда бен­зола. Способы получения. Химические свойства: нитрование, галогенирование,   алкилирование, ацилирование (реакция Фриделя-Крафтса), сульфирование. Механизм элек­трофильного замещения в ароматическом ядре. Реакционная способность замещенных ароматических соединений. Ориен­тация вступления новой группы при наличии заместителя в бензольном кольце. Ориентанты I и II рода. Согласованная и несогласованная ориентация.
Радикальное и нуклеофильное замещение в ароматиче­ских углеводородах. Реакции бензольного кольца с наруше­нием ароматической системы связей (гидрирование, хлорирование с образованием гексахлорана) .
Получение гомологов бензола. Реакции алкилбензолов с участием боковых цепей. Окисление алкилбензолов до бензойных кислот. Галогенирование боковых цепей алкилбензолов.
Полициклические  (многоядерные)  ароматические си­стемы (дифенил, нафталин, антрацен, фенантрен).

Галогенпроизводные

Алифатические галогенпроизводные. Природа связи С-На1. Способы получения  (галогенирование углеводородов, присоединение галогенов и галогеноводородов к непредель­ным соединениям, замещение гидроксильной группы на гало­ген в спиртах). Химические свойства, понятие о нуклеофильных агентах. Реакции нуклеофильного замещения гало­гена на гидроксильную,  алкоксильную,  амино-,  циано-группы и др. Механизм нуклеофильного замещения у насы­щенного атома углерода (SN1 и SN2). Зависимость механизма нуклеофильного замещения от структуры исходного сое­динения   (электронные  и  пространственные факторы), нуклеофильности реагента, природы уходящей группы и рас­творителя. Карбокатионы, факторы, определяющие их ста­бильность,  перегруппировки карбокатионов. Стереохимия реакций нуклеофильного замещения. Реакции элиминирования (Е1 и Е2). Конкуренция реакций замещения и элиминирова­ния.
Реакция алкилгалогенидов с магнием  (реактив Гриньяра) и литием (литийорганические соединения). Природа связи углерод-металл, применение магнийорганических соединений в орга­ническом синтезе (реакции с карбонильными соединениями, углекислотой, спиртами, водой).
Полигалогеналканы.  Хлористый метилен,  хлороформ, четыреххлористый углерод. Галоформная реакция.
Непредельные галогенпроизводные. Методы получения, сравнение реакционной способности аллил-, винил-, и ал­килгалогенидов в реакциях нуклеофильного замещения.
Арилгалогениды. Получение (условия введения гало­гена в ядро и в боковую цепь). Различие в подвижности галогена в бензил- и фенилгалогенидах (сравнить с алкил-, винил- и аллилгалогенидами).

Спирты

Одноатомные предельные спирты. Гомологический ряд. Номенклатура, изомерия. Методы получения спиртов (из алкенов, галогенпроизводных и карбонильных соединений). Синтезы с помощью реактива Гриньяра. Ассоциация, водо­родная связь, кислотность спиртов. Физические свойства. Химические  свойства.  Реакции  водорода  гидроксильной группы (с участием связи О-Н спиртов): образование алкоголятов,   ацилирование,   взаимодействие  с  реактивом Гриньяра. Реакции гидроксильной группы (с участием свя­зи С-ОН спиртов): замещение на галоген (с галогеноводородами и с галогенидами фосфора и серы), дегидратация. Окисление спиртов. Сравнение свойств первичных, вторич­ных и третичных спиртов.
Метанол, этанол. Высшие спирты в природе.
Непредельные и многоатомные спирты. Получение. Особенности реакционной способности. Изомеризация винилового спирта в ацетальдегид. Пинаколиновая перегруппировка.

Фенолы

Номенклатура. Методы синтеза. Получение фенола из кумола  (механизм),  из  хлорбензола,  арилсульфокислот, арилдиазосоединений.   Взаимное  влияние  гидроксильной группы и бензольного кольца. Кислотные свойства фенола, сравнение со спиртами. Влияние заместителей в ядре на кислотность фено­лов.
Получение простых и сложных эфиров фенола. Реакции электрофильного замещения в бензольном ядре фенола (галогенирование, нитрование). Конденсация фенола с карбонильными соединениями. Фенолформальдегидные смолы.
Простые эфиры
Номенклатура и изомерия. Способы получения. Хими­ческие свойства. Оксониевые соединения.
Диэтиловый эфир, окись этилена, диоксан, тетрагидрофуран. Краун-эфиры.

Амины

Алифатические амины. Классификация, номенклатура и изомерия. Способы получения аминов: из галогенпроизводных (реакция Гофмана), при восстановительном аминировании карбонильных соединений, при восстановлении азотис­тых производных, при перегруппировке Гофмана, реакции Габриэля.
Электронное строение аминогруппы. Химические свойства аминов. Амины как основания. Сравнение основных свойств аммиака, первичных, вторичных и третичных аминов, а также амидов. Алкилирование, ацилированне аминов. Действие азотистой кислоты на первичные,  вторичные и третичные амины. Четвертичные аммониевые основания и их соли. Диамины, аминоспирты.
Ароматические амины (анилин, толуидин). Получение при восстановлении соответствующих нитросоединений. Вза­имное влияние аминогруппы и бензольного кольца. Реакции электрофильного замещения, защита аминогруппы. Сравне­ние основных свойств алифатических и ароматических ами­нов. Влияние заместителя в кольце на основные свойства аминогруппы. Сульфаниловая кислота. Цвиттер-ионы. Поня­тие осульфамидных препаратах. Диазотирование первичных ароматических аминов азотистой кислотой. Соли диазония, их реакции,  протекающие без выделения и с выделением азота. Азосочетание как реакция электрофильного замеще­ния в ароматическом ядре.

Оксосоединения(альдегиды и кетоны)

Номенклатура. Строение карбонильной группы. Влияние заместителей на реакционную способность С=O-группы.
Способы получения оксосоединений: при окислении спиртов, при гидролизе дигалогенпроизводных, из карбоновых кислот и их производных, из ацетиленов по реакции Кучерова, гидроборированием. Химические свойства: при­соединение водорода, бисульфита натрия, синильной кисло­ты, магний- и литийорганических соединений; образование ацеталей и кеталей. Полимеризация альдегидов (параформ, паральдегид). Реакция оксосоединений с гидроксиламином (оксимы), с гидразином и его производными (гидразоны).
С-Н-кислотные свойства карбонильных соединений - реакции с участием альфа-атомов водорода; галогенирова­ние  (хлораль),  альдольная  и  кротоновая  конденсации (механизм реакции, кислотный и щелочной катализ). Поня­тие о карбанионах и их стабилизации. Енолизация альдеги­дов и кетонов. Галоформная реакция (механизм). Взаимо­действие оксосоединений с некоторыми С-Н-кислотами: ре­акция с ацетиленами, конденсация с фенолом.
Окисление и восстановление альдегидов и кетонов. Получение пинаконов.
Формальдегид, ацетон.

Непредельные альдегиды и кетоны.

Акролеин и кротоновый альдегид. Сопряжение карбо­нильной и олефиновой двойной связей. Химические свойства непредельных карбонильных соединений.

Ароматические альдегиды и кетоны

Получение бензальдегида из толуола. Введение ацильной группы в ароматическое кольцо (по Фриделю-Крафтсу). Взаимодействие с аминами (имины).

Карбоновые кислоты и их производные

Монокарбоновые кислоты. Гомологический ряд. Изоме­рия и номенклатура. Строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона. Ассоциация кислот.  Влияние заместителей на кислотные свойства. Сравнение кислотности карбоновых и сульфоновых кислот. Способы получения карбоновых кис­лот; при окислении углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов, при гидролизе функциональных производных кис­лот, при взаимодействии магнийорганических соединений с диоксидом углерода.
Химические свойства: галогенирование по Геллю-Фольгардту-Зелинскому (механизм); окисление; получение различных производных.
Производные карбоновых кислот. Соли, галогенангидриды, ангидриды, амиды, сложные эфиры, нитрилы. Получение, взаимные превращения. Ацилирование аминов, спиртов и фенолов хлорангидридами или ангидридами кислот.  Ряд ацилирующих агентов. Этерификация кислот и омыление сложных эфиров (механизм).    Сложноэфирная    конденсация    Кляйзена (механизм).
Муравьиная,  уксусная,  пальмитиновая,  стеариновая кислоты. Особые свойства муравьиной кислоты.
Непредельные кислоты. Получение из галоген- и оксикислот. Свойства. Цис- и транс-изомерия. Фумаровая и малеиновая кислоты. Различия по физическим и химическим свойствам. Малеиновый ангидрид как диенофил в реакции диенового  синтеза.  Акриловая и метакриловая кислоты: получение, полимерные материалы на основе производных акриловой и метакриловой кислот.
Дикарбоновые кислоты. Номенклатура. Общие методы получения. Особые свойства метиленовой группы малонового эфира как С-Н-кислоты. Синтезы с помощью малонового эфи­ра. Декарбоксилирование малоновой кислоты. Янтарная кис­лота, ее ангидрид и амид.
Ароматические карбоновые кислоты. Бензойная кисло­та. Методы ее получения. Дикарбоновые ароматические кислоты. Фталевая кислота, ее ангидрид и амид. Реак­ция Габриэля.

b -оксокислоты

Ацетоуксусный эфир. Получение сложкоэфирной конденсацией Кляйзена (механизм). Кето-енольная таутомерия (влияние строения на положение равновесия). Алкилирование  натриевого  производного  ацетоуксусного эфира. Использование ацетоуксусного эфира для синтеза органических соедине­ний.

a-аминокислоты
Природные a-аминокислоты. Их стереохимия, проекционные формулы Фишера для a-аминокислот. Амфотерные свойства аминокислот. Дикетопиперазины. Дезаминирование и декарбоксилирование аминокислот. Важнейшие представи­тели природных аминокислот (глицин, аланин, фенилаланин, валин, лейцин, лизин, треонин, пролин, триптофан, цистеин, аргинин).
Пептидный синтез. Избирательная защита и активирование амино- и карбоксильной групп.
Сравнение альфа-, бета- и гамма-аминокислот. Лактамы. Синтетические полиамиды: найлон, капрон.

Гетероароматические соединения

Пятичленные гетероароматические соединения с одним гетероатомом:  фуран,  тиофен,  пиррол.  Их нахождение в природе. Строение (участие р-пары электронов гетероатома в создании ароматического секстета). Изомерия, номенклатура монозамещенных гетероциклов. Электрофильное замещение (на примере тиофена), ориентация вступления заместителя. Сравнение с реакционной способностью бензола. Металлирование тиофена, фурана и пиррола.
Пиридин, нахождение в природе, строение, изомерия монозамещенных производных. Сравнение с реакционной способностью тиофена и бензола. Алкилированиа по атому азота, входящему в гетероароматическое кольцо. Нуклеофильное замещение атома водорода, связанного с пиридиновым ядром, на аминогруппу (реакция Чичибабина).

Идентификация органических соединений
.

Инфракрасная спектроскопия.  Природа ИК-спектров. Форма   их   записи.   Понятие   о   характеристических (групповых) частотах для отдельных классов органических соединений.
Электронная спектроскопия. Природа спектров в УФ-и видимой области. Форма записи. Типы электронных пере­ходов в органических молекулах. Понятие о хромофорных перегруппировках. Причины окраски.
Спектроскопия  протонного  магнитногого резонанса. Природа ПМР-спектров, их основные характеристики: хими­ческий  сдвиг,  интенсивность,  мультиплетность.  Шкалы. Спектры ПМР отдельных классов органических соединений.
Понятие о масс-спектрокетрии.
Принцип метода,  фрагментация молекул органических ве­ществ под действием электронного удара. Принцип установления строения органиченских веществ по данным УФ, ИК, ПМР и масс-спектрометрии.

Рекомендуемая литература

Основная
  1. А.Терней "Современная органическая химия" М., Мир, 1981, т. I, с.655, т. II, с. 665.
  2. Р.Моррисон, Р. Бойд. Органическая химия. М., "Мир", 1974 год
  3. Дж.Робертс, М.Кассерио "Основы органической химии" М., Мир, 1978, т. I, с. 419, II с.441.
  4. З.Гауптман, Ю.Грефе, Х.Ремане, Органическая химия, Химия, 1979.
  5. Методические разработки по органической химии
  6. Лекции по органической химии
  7. М.В.Ливанцов, Г.С.Зайцева, Л.И.Ливанцова, Н.С.Гулюкина, И.Г.Болесов "Задачи по общему курсу органической химии", М., химфак МГУ, 2006, с. 263.
Дополнительная
  1. О.А.Реутов, А.Л.Курц, К.П.Бутин. Органическая химия. Т.1-4, М. "Мир" 2004. т.1-4.
  2. Ю.С.Шабаров "Органическая химия" М., Химия, 2002, с.847.
  3. В.М.Потапов. Стереохимия. М. Химия, 1978.
  4. Р.Сильверстайн, Г.Басслер, Т.Морилл. Спектрометрическая идентификация органических соединений. М. "Мир", 1977 год

Программа составлена
проф.И.Э.Нифантьевым




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору