Реферат: Задачи дисциплины

1. Цели и задачи дисциплины, ее место в системе подготовки аспиранта, требования к уровню освоения содержания дисциплины


1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель изучения дисциплины – формирование у аспирантов углубленных знаний в области органической химии.

Задачи дисциплины:

сформировать у аспирантов представление об органической химии как о фундаментальной науке со своими теоретическими положениями;

научить понимать взаимосвязь между химическим строением и свойствами органических соединений;

научить понимать природу химических реакций и использовать общие закономерности их протекания в проведении экспериментальных исследований;

ознакомить с основными методами синтеза и свойствами представителей некоторых классов органических веществ с целью их дальнейшего применения в проведении эксперимента.

^ 1.2. Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной дисциплины

Аспиранты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:

иметь представление: о значении и областях применения большинства органических соединений, о мерах безопасной работы с органическими веществами;

знать: классы органических соединений, типы реакций и их механизмы, виды лабораторной посуды, владеть навыками сборки приборов для проведения эксперимента по синтезу органических веществ; 

уметь: обоснованно выбирать методику проведения синтеза, выделения, очистки и идентификации индивидуального органического соединения.


^ 1.3.Связь с предшествующими дисциплинами

Курс предполагает наличие у аспирантов знаний по дисциплине «Органическая химия» в объеме программы высшего профессионального образования.

^ 1.4.Связь с последующими дисциплинами

Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, необходимы при подготовке и написании диссертации по специальности 02.00.03 – Органическая химия.


^ 2. Содержание дисциплины

2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах и зачетных единицах)

Форма обучения (вид отчетности)

1–3 годы аспирантуры; вид отчетности – зачет.
^ Вид учебной работы
Объем часов / зачетных единиц

Трудоемкость изучения дисциплины

72 / 2

^ Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

40

в том числе:




лекции

20

практические занятия

20

^ Самостоятельная работа аспиранта (всего)

32

в том числе:




Подготовка к практическим занятиям

10

Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку

22

^ 2.2. Разделы дисциплины и виды занятий

№

п/п

Название раздела
дисциплины

^ Объем часов / зачетных единиц

лекции

практические занятия

самостоятель-ная работа

1

2

3

4

5

1.

Алканы

2

2

2

2.

Алкены

2

2

4

3.

Алкины

2

2

4

4.

Спирты и простые эфиры

2

2

4

5.

Альдегиды и кетоны

2

2

4

6.

Карбоновые кислоты и их производные

2

2

4

7.

Синтетическое использование реакций











1

2

3

4

5




электрофильного замещения в ароматическом ряду

2

2

4

8.

Нитросоединения и амины

2

2

2

9.

Использование химических и физико-химических методов для

установления структуры органических соединений

2

2

2

10.

Неэмпирические и полуэмпирические методы квантово-химических вычислений

2

2

2




Итого:

20/0,6

20/0,6

32/0,8


^ 2.3. Лекционный курс


Тема 1. Алканы

Методы синтеза алканов. Гидрирование непредельных углеводородов, синтез через литийдиалкилкупраты, электролиз солей карбоновых кислот (Кольбе), восстановление карбонильных соединений. Реакции алканов. Галогенирование, сульфохлорирование. Селективность радикальных реакций и относительная стабильность алкильных радикалов. Термический и каталитический крекинг. Ионные реакции алканов в суперкислых средах (дейтероводородный обмен и галогенирование). Циклоалканы. Методы синтеза и строение циклопропанов, циклобутанов, циклопентанов и циклогексанов. Синтез соединений со средним размером цикла (ацилоиновая конденсация). Типы напряжения в циклоалканах и их подразделение на малые, средние и макроциклы. Конформационный анализ циклогексана, моно- и дизамещенных циклогексанов; аксиальные и экваториальные связи. Влияние конформационного положения функциональных групп на их реакционную способность в ряду производных циклогексана на примере реакций замещения, отщепления и окисления. Реакции расширения и сужения циклов при дезаминировании первичных аминов (Демьянов). Сужение цикла в реакции Фаворского (α -галогенциклоалканоны).

^ Тема 2. Алкены

Методы синтеза алкенов. Элиминирование галогеноводородов из алкилгалогенидов, воды из спиртов.Синтез алкенов из четвертичных аммониевых солей (Гофман), N-окисей третичных аминов (Коуп). Стереоселективное восстановление алкинов. Стереоселективный синтез цис- и транс-алкенов из 1,2-диолов (Кори, Уинтер). Региоселективный синтез алкенов из тозилгидразонов (Шапиро). Реакция Виттига как региоспецифический метод синтеза алкенов. Основания, используемые в реакции. Стабилизированные и нестабилизированные илиды. Стереохимия реакции. Хемоселективность реакции Виттига. Получение эфиров алкилфосфоновых кислот (Михаэль-Арбузов) и их использование в синтезе алкенов (вариант Виттига-Хорнера-Эммонса). Область применения реакции. Реакции алкенов. Электрофильное присоединение галогенов, галогеноводородов, воды. Процессы, сопутствующие AdE-реакциям: сопряженное присоединение, гидридные и алкильные миграции. Гидрокси- и алкоксимеркурирование. Регио- и стереоселективное присоединение гидридов бора. Региоспецифические гидроборирующие агенты. Превращение борорганических соединений в алканы, спирты, алкилгалогениды. Окисление алкенов до оксиранов (Прилежаев). Понятие об энантиомерном эпоксидировании алкенов по Шарплесу (в присутствии изопропилата титана и эфира L-(+)-винной кислоты). Цис-гидроксилирование алкенов по Вагнеру (KMnO4) и Криге (OsO4). Окисление алкенов галогеном в присутствии солей серебра: цис- (Вудворд) и транс- (Прево) гидроксилирование. Радикальные реакции алкенов: присоединение бромистого водорода по Харашу, сероводорода и тиолов. Аллильное галогенирование по Циглеру. Внутримолекулярная радикальная циклизация 6-галогеналканов при действии трибутилоловогидрида. Гетерогенное гидрирование: катализаторы, каталитические яды. Гидрогенолиз связей углерод-гетероатом. Гомогенное гидрирование: катализаторы, механизм. Региоселективность гомогенного гидрирования.

^ Тема 3. Алкины

Методы синтеза алкинов. Отщепление галогеноводородов из дигалогенидов, реакция 1,2-дигидразонов с оксидом ртути (II) и тетраацетатом свинца. Усложнение углеродного скелета алкинов: реакции ацетиленидов натрия и меди, магнийорганических производных алкинов. Конденсация алкинов-1 с кетонами и альдегидами (Фаворский, Реппе). Реакции алкинов. Галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация (Кучеров). Ацетилен-алленовая изомеризация. Смещение тройной связи в терминальное положение. Окислительная конденсация терминальных алкинов в присутствии солей меди.

^ Тема 4. Спирты и простые эфиры

Методы синтеза одноатомных спиртов. Получение спиртов из алкенов, карбонильных соединений, сложных эфиров и карбоновых кислот. Реакции одноатомных спиртов. Замещение гидроксильной группы в спиртах на галоген (под действием галогеноводородов, галогенидов фосфора и хлористого тионила). Реагенты регио- и стереоселективного замещения (комплексы трифенилфосфина с галогенами и четыреххлористым углеродом). Дегидратация спиртов. Окисление первичных и вторичных спиртов. Реагенты окисления на основе соединений хрома (VI), диоксида марганца и диметилсульфоксида (методы Моффета и Сверна). Двухатомные спирты. Методы синтеза и реакции двухатомных спиртов. Окислительное расщепление 1,2-диолов (иодная кислота, тетраацетат свинца). Пинаколиновая перегруппировка. Методы синтеза простых эфиров. Реакция Вильямсона, алкоксимеркурирование спиртов. Реакции простых эфиров. Образование оксониевых солей, расщепление кислотами. Гидропероксиды. Краун-эфиры, их получение и применение в синтезе.

^ Тема 5. Альдегиды и кетоны

Методы получения альдегидов и кетонов. Получение из спиртов, производных карбоновых кислот, алкенов (озонолиз), алкинов (гидроборирование), на основе металлорганических соединений. Ацилирование и формилирование аренов. Реакции альдегидов и кетонов.Присоединение к альдегидам и кетонам воды, спиртов, тиолов. 1,3-Дитианы и их использование в органическом синтезе. Обращение полярности C=O-группы. Получение бисульфитных производных и циангидринов. Взаимодействие альдегидов и кетонов с илидами фосфора (Виттиг) и серы. Взаимодействие альдегидов и кетонов с азотистыми основаниями. Перегруппировка Бекмана. Взаимодействие альдегидов и кетонов с металлорганическими соединениями. Енамины, их алкилирование и ацилирование. Альдольно-кротоновая конденсация альдегидов и кетонов как метод усложнения углеродного скелета. Направленная альдольная конденсация разноименных альдегидов с использованием литиевых и кремниевых эфиров енолов (Мукаяма). Конденсация альдегидов и кетонов с малоновым эфиром и другими соединениями с активной метиленовой группой (Кневенагель). Аминометилирование альдегидов и кетонов (Манних). Бензоиновая конденсация. Конденсация с нитроалканами (Анри). Восстановление альдегидов и кетонов до спиртов, реагенты восстановления. Дезоксигенирование альдегидов и кетонов: реакции Клемменсена и Кижнера-Вольфа. Окисление альдегидов, реагенты окисления. Окисление кетонов надкислотами по Байеру-Виллигеру.

^ Тема 6. Карбоновые кислоты и их производные

Методы синтеза карбоновых кислот. Окисление первичных спиртов и альдегидов, алкенов, алкинов, алкилбензолов, гидролиз нитрилов и других производных карбоновых кислот, синтез на основе металлорганических соединений, синтезы на основе малонового эфира. Реакции карбоновых кислот. Галогенирование по Гелю-Фольгардту-Зелинскому, пиролитическая кетонизация, электролиз по Кольбе, декарбоксилирование по Хунсдиккеру. Методы получения производных карбоновых кислот. Синтез галогенангидридов, ангидридов, сложных эфиров, нитрилов, амидов. Кетены, их получение и свойства. Реакции производных карбоновых кислот. Взаимодействие с нуклеофильными реагентами (вода, спирты, аммиак, амины, металлорганические соединения). Восстановление галогенангидридов до альдегидов по Розенмунду и комплексными гидридами металлов. Взаимодействие галогенангидридов с диазометаном (реакция Арндта-Эйстерта). Восстановление сложных эфиров до спиртов и альдегидов, нитрилов – до аминов и альдегидов комплексными гидридами металлов. Малоновая кислота: синтезы смалоновым эфиром, реакция Михаэля, конденсации с альдегидами (Кневенагель-Дебнер). Сложноэфирная и ацилоиновая конденсации. Особенности эфи-ров двухосновных кислот (образование карбоциклов) в этих реакциях. Сложные эфиры α-галогенокислот в реакциях Реформатского. Ацетоуксусный эфир и его использование в синтезе. Методы синтеза и свойства α,β-непредельных карбоновых кислот. Дегидратация гидроксикислот, реакции Кневенагеля, Виттига, Перкина (синтез коричных кислот). Реакции присоединения по двойной связи. Бромо- и иодолактонизация α,β-непредельных карбоновых кислот.

^ Тема 7. Синтетическое использование реакций электрофильного

замещения в ароматическом ряду

Классификация реакций ароматического электрофильного замещения. Влияние заместителей в бензольном кольце на скорость и направление электрофильного замещения. Согласованная и несогласованная ориентация.

Нитрование. Нитрующие агенты. Механизм реакции нитрования. Нитрование бензола и его замещенных. Нитрование бифенила, нафталина, ароматических аминов и фенола. Получение полинитросоединений. Ипсо-атака и ипсо-замещение в реакциях нитрования. Восстановление нитрогруппы в различных условиях. Галогенирование. Галогенирующие агенты. Механизм галогенирования аренов и их производных. Сульфирование. Сульфирующие агенты. Кинетический и термодинамический контроль реакции (сульфирование фенола и нафталина). Превращение сульфогруппы. Алкилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Алкилирующие агенты. Механизм реакции. Полиалкилирование. Побочные процессы: изомеризация алкилирующего агента и конечных продуктов. Синтез диарил- и триарилметанов. Ацилирование аренов. Ацилирующие агенты. Механизм реакции. Региоселективность ацилирования.

^ Тема 8. Нитросоединения и амины

Нитроалканы. Синтез из алкилгалогенидов. Кислотность и таутомерия нитроалканов. Конденсация с карбонильными соединениями (^ Анри). Восстановление в амины. Превращение вторичных нитроалканов в кетоны (Неф). Методы получения аминов. Алкилирование аммиака и аминов по Гофману, фталимида калия (Габриэль), восстановление азотсодержащих производных карбонильных соединений и карбоновых кислот, нитросоединений, алкилазидов. Перегруппировки Гофмана и Курциуса. Синтез аминов с третичным алкильным радикалом (Риттер), взаимодействие альдегидов и кетонов с формиатом аммония (Лейкарт). Реакции аминов. Алкилирование и ацилирование. Термическое разложение гидроксидов тетраалкиламмония по Гофману. Окисление третичных аминов до N-оксидов, их термолиз (Коуп). Получение нитронов из N,N-диалкилгидроксиаминов. Реакции [3+2]-циклоприсоединения нитронов (образование пятичленных азотистых гетероциклов).

^ Тема 9. Использование химических и физико-химических методов для

установления структуры органических соединений

Спектроскопия ЯМР, ЭПР, колебательная и электронная спектроскопия, масс- и хромато-масс-спектрометрия. Газожидкостная и жидкостная хроматография, ионообменная и гельпроникающая хроматография, электрофорез. Рентгеноструктурный анализ и электронография. Рефрактометрия.

^ Тема 10. Неэмпирические и полуэмпирические методы квантово-химических вычислений

Основные представления о применении неэмпирических и полуэмпирических методов квантово-химических вычислений и расчетов методами молекулярной механики для определения электронного и пространственного строения, конформационного состава, теплот образования, энергий напряжения и активации химических реакций, колебательных и электронных спектров, реакционной способности органических соединений.


^ 2.4. Практические (семинарские) занятия

№

п/п

Название темы

Объем в часах

1.

Алканы

2

2.

Алкены

2

3.

Алкины

2

4.

Спирты и простые эфиры

2

5.

Альдегиды и кетоны

2

6.

Карбоновые кислоты и их производные

2

7.

Синтетическое использование реакций электрофильного

замещения в ароматическом ряду

2

8.

Нитросоединения и амины

2

9.

Использование химических и физико-химических методов для

установления структуры органических соединений

2

10.

Неэмпирические и полуэмпирические методы квантово-химических вычислений

2




Итого:

20


^ 3. Организация текущего и промежуточного контроля знаний


3.1. Контрольные работы – не предусмотрены.

3.2. Список вопросов для промежуточного тестирования – не предусмотрено.


3.3. Самостоятельная работа

Изучение учебного материала, перенесенного с аудиторных занятий на самостоятельную проработку.

Выявление информационных ресурсов в научных библиотеках и сети Internet по следующим направлениям:

библиография по проблемам органической химии;

публикации (в том числе электронные) источников по синтезу органических соединений;

научно-исследовательская литература по актуальным проблемам органической химии.

3.3.1. Поддержка самостоятельной работы:

Список литературы и источников для обязательного прочтения.
^ Полнотекстовые базы данных и ресурсы, доступ к которым обеспечен из сети КузГУ (сайт научной библиотеки КузГТУ: http://elib.kuzstu.ru/):
Издания Кузбасского государственного технического университета.

Полнотекстовая БД диссертаций РГБ.

БД журнала «РЖХим».

Научная электронная библиотека РФФИ (Elibrary).

Научная библиотека КузГТУ http://elib.kuzstu.ru/.

Краеведческие информационные ресурсы ОНБ им. В. Д. Федорова.

Университетская информационная система РОССИЯ: uisrussia.msu.ru

Электронная библиотечная система IQlib.

Электронная библиотечная система издательства Лань.


^ 3.3.2. Тематика рефератов – не предусмотрена.

Итоговый контроль проводится в виде зачета.

4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ (Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, слайдфильмов, кино- и телефильмов).


Программы пакета Microsoft Offiсe.

Сайт научной библиотеки КузГТУ с доступом к электронному каталогу и полнотекстовым базам данных – http://elib.kuzstu.ru/

^ 5. Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты) –

не предусмотрены.

6. Материальное обеспечение дисциплины (Современные приборы, установки (стенды), необходимость специализированных лабораторий и классов)

Компьютерные классы, оснащенные компьютерами класса Pentium 4 с выходом в Интернет и в локальную сеть Кузбасского государственного технического университета, а также принтеры, сканеры и ксероксы.


7. Литература

7.1. Основная

Денисов, В. Я. Органическая химия: учебник для вузов / В. Я. Денисов, Д. Л. Мурышкин, Т. В. Чуйкова. – М.: Высш. шк., 2009. – 544 с. – 25 экз.

Белобородов, В. Л.. Органическая химия: учебник для вузов: в 2 кн. Кн. 1 / В. Л. Белобородов [и др.]; под ред. Н. А. Тюкавкиной. – М. : Дрофа, 2003. – 640 с. – 26 экз.

Тюкавкина, Н. А. Органическая химия: учебник для вузов: в 2 кн. Кн. 2 / Н. А. Тюкавкина [и др.]; под ред. Н. А. Тюкавкиной. – М. : Дрофа, 2008. – 592 с. – 1 экз.


7.2. Дополнительная

Петров, А. А. Органическая химия: учебник для вузов / А. А. Петров, Х. В. Бальян, А. Т. Трощенко; под ред. М. Д. Стадничука. – 5-е изд. – СПб.: Иван Федоров, 2002. – 624 с. – 98 экз.

Хлебников, А. Ф. Современная номенклатура органических соединений: учеб. пособие для вузов / А. Ф. Хлебников, М. С. Новиков. – СПб.: Профессионал, 2004. – 432 с. – 4 экз.

Травень, В. Ф. Органическая химия: учебник для вузов: в 2 т. Т. 1 / В. Ф. Травень. – М.: Академкнига, 2004. – 727 с. – 12 экз.

Травень, В. Ф. Органическая химия: учебник для вузов: в 2 т. Т. 2 / В. Ф. Травень. – М.: Академкнига, 2005. – 582 с. – 12 экз.

Шабаров, Ю. С. Органическая химия: учебник для вузов: в 2 ч. Ч. 1 / Ю. С. Шабаров. – М.: Химия, 1994. – 493 с. – 3 экз.

Шабаров, Ю. С. Органическая химия: учебник для вузов: в 2 ч. Ч. 2 / Ю. С. Шабаров. – М.: Химия, 1994. – 846 с. – 3 экз.

Галочкин, А. И. Органическая химия: учеб. пособие: в 4 кн. Кн. 1 / А. И. Галочкин, И. В. Ананьина. – М.: Дрофа, 2010. – 432 с. – 1 экз.

Галочкин, А. И. Органическая химия: учеб. пособие: в 4 кн. Кн. 2 / А. И. Галочкин, И. В. Ананьина. – М.: Дрофа, 2010. – 400 с. – 1 экз.

Галочкин, А. И. Органическая химия: учеб. пособие: в 4 кн. Кн. 3 / А. И. Галочкин, И. В. Ананьина. – М.: Дрофа, 2010. – 432 с. – 1 экз.

Галочкин, А. И. Органическая химия: учеб. пособие: в 4 кн. Кн. 4 / А. И. Галочкин, И. В. Ананьина. – М.: Дрофа, 2010. – 288 с. – 1 экз.

Марч, Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура: в 4 т. Т. 1. Углубленный курс для ун-тов и хим. вузов / Дж. Марч; под ред. И. П. Белецкой. – М.: Мир, 1987. – 381 с. – 3 экз.

Марч, Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура: в 4 т. Т. 2. Углубленный курс для ун-тов и хим. вузов / Дж. Марч; под ред. И. П. Белецкой. – М.: Мир, 1987. – 507 с. – 3 экз.

Марч, Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура: в 4 т. Т. 3. Углубленный курс для ун-тов и хим. вузов / Дж. Марч; под ред. И. П. Белецкой. – М.: Мир, 1987. – 459 с. – 3 экз.

Марч, Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура: в 4 т. Т. 4. Углубленный курс для ун-тов и хим. вузов / Дж. Марч; под ред. И. П. Белецкой. – М.: Мир, 1987. – 468 с. – 3 экз.

Реутов, О. А. Органическая химия: учебник для вузов: в 4 ч. Ч. 1 / О. А. Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бутин. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007. – 567 с. – 3 экз.

Реутов, О. А. Органическая химия: учебник для вузов: в 4 ч. Ч. 2 / О. А. Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бутин. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007. – 567 с. – 3 экз.

Реутов, О. А. Органическая химия: учебник для вузов: в 4 ч. Ч. 3 / О. А. Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бутин. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. – 544 с. – 3 экз.

Реутов, О. А. Органическая химия: учебник для вузов: в 4 ч. Ч. 4 / О. А. Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бутин. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. – 726 с. – 3 экз.

Титце, Л. Препаративная органическая химия / Л. Титце, Т. Айхер; под ред. Ю. Е. Алексеева. – М.: Мир, 2004. – 704 с. – 1 экз.

Органикум: в 2 т. Т. 1 / Х. Беккер [и др.]; пер. с нем. Н. А. Беликовой, Г. В. Гришиной. – М.: Мир, 2008. – 504 с. – 1 экз.

Органикум: в 2 т. Т. 2 / Х. Беккер [и др.]; пер. с нем. С. В. Грюнера, П. Б. Тереньтьева. – М.: Мир, 2008. – 488 с. – 1 экз.

Ингольд, К. Реакции свободнорадикального замещения / К. Ингольд, Б. Робертс; под ред. И. П. Белецкой. – М.: Мир, 1974. – 255 с. – 2 экз.

Минкин, В. И. Теория строения молекул: учеб. пособие для вузов / В. И. Минкин, Б. Я. Симкин, Р. М. Миняев. – Ростов н/Д: Феникс, 1997. – 560 с. – 2 экз.



ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

за ___________/___________ учебный год


В рабочую программу курса ОД.А.03 «Органическая химия», цикл «Специальные дисциплины» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Химические науки, специальность 02.00.03 – Органическая химия, вносятся следующие дополнения и изменения: