ДИСЦИПЛИНА

ДИСЦИПЛИНА «СОВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
Научная специальность: 02.00.03 «Органическая химия»
Цикл дисциплин (по учебному плану): ОД.А.03
Курс:
Трудоёмкость: 5 зачетных единиц
Трудоёмкость: 180 часов
Количество аудиторных часов на дисциплину: 140 часов
В том числе:
Лекции: 36 часов
Практические и семинарские занятия: 104 часа
Количество часов на самостоятельную работу: 40 часов
Рабочая программа дисциплины ОД.А.03 «Современная органическая химия» составлена
на основании федеральных государственных требований к структуре основной
профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального
образования (аспирантура) от 16 марта 2011 №1365 и учебного плана подготовки
аспирантов по основной профессиональной образовательной программе послевузовского
профессионального образования (аспирантура) по специальности 02.00.03 «Органическая
химия» (химия).
Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение дисциплины
(компетенции):
Выпускник аспирантуры по специальности 02.00.03 «Органическая химия» должен
обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК), такими как:

способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и
общекультурный уровень (ОК-1);

способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к
изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной
деятельности (ОК-2);

способность свободно пользоваться русским и иностранным языками, как средством
делового общения (ОК-3);

способность использовать на практике умения и навыки в организации
исследовательских и проектных работ, в управлении коллективом (ОК-4);

способность проявлять инициативу, в том числе в ситуациях риска, брать на себя
всю полноту ответственности (ОК-5);

готовность к активному общению с коллегами в научной, производственной и
социально-общественной сферах деятельности (ОК-6);

способность адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать
накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);
Завершивший
изучение
дисциплины
должен
общепрофессиональными компетенциями ПК), такими как:
обладать
следующими

способность использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных
дисциплин ООП (ПК-1);

способность демонстрировать навыки работы в научном коллективе, порождать
новые идеи (креативность) (ПК-2);

способность понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать
методы и средства их решения (ПК-3);

способность самостоятельно приобретать и использовать в практической
деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний,
непосредственно не связанных со сферой деятельности (ПК-4);

готовность оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной
работы (ПК-5).
Компетенции по видам деятельности:
научно-исследовательская деятельность:

способность идентифицировать новые области исследований, новые проблемы в
области органической и элементоорганической химии (ПК-6);

способность
анализировать
состояние
научно-технической
проблемы,
систематизировать и обобщать научно-техническую информацию по теме исследований в
области органической и элементоорганической химии (ПК-7);

готовность формулировать цели и задачи научных исследований в области
органической химии (ПК-8);

способность предлагать пути решения, выбирать методику и средства проведения
научных исследований в области органической и элементоорганической химии (ПК-9);

способность применять методики разработки математических и физических моделей
исследуемых процессов, явлений и объектов в области органической химии (ПК-10);
 способность планировать и проводить эксперименты в области органической
химии, обрабатывать и анализировать их результаты (ПК-11);
 готовность к работе на современном научном оборудовании для физикохимических исследований органических соединений (ПК-12);

способность оценивать научную значимость и перспективы прикладного
использования результатов исследований в области органической химии (ПК-13);
 способность подготавливать публикации, научно-технические отчеты, обзоры по
результатам выполненных исследований в любой области науки (ПК-14)
научно-педагогическая деятельность:

способность проводить лабораторные и практические занятия со студентами,
руководить выполнением курсовых и выпускных квалификационных работ студентов (ПК15);

готовность разрабатывать учебно-методические материалы для студентов по
отдельным видам учебных занятий (ПК-16).
Цели дисциплины:
На основе системного подхода сформировать у студентов фундаментальные научные
знания о предмете органической химии, изложить общие важнейшие закономерности
реакций органических соединений, дать представления об основных классах органических
соединений; развить на основе теоретических знаний навыки практической работы в
области органического синтеза. Формирование знаний в области органического синтеза;
освоение методов получения сложных органических соединений.
Задачи дисциплины:
Ознакомление с фундаментальными понятиями органической химии; овладение знаниями
об особенностях реакций органических соединений; изучение механизмов важнейших
органических реакций; изучение основ стереохимии органических соединений;
ознакомление с основными физико-химическими методами исследования органических
соединений; формирование навыков и умений проведения органического синтеза.
Формирование навыков в области современного органического синтеза; изучение методов
образования углерод-углеродной связи; методов получения алифатических, циклических
и полициклических структур; подходов к планированию синтеза природных соединений.
Итоговый контроль – зачеты и экзамен
2.Место дисциплины в структуре ООП
Настоящая программа составлена на основе программы–минимум кандидатского экзамена
по специальности 02.00.03 «Органическая химия», принятой экспертным советом Высшей
аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации по
химии (по органической химии).
Данная дисциплина относится к группе специальных дисциплин отрасли науки и научной
специальности ООП ППО (в соответствии с Федеральными государственными
требованиями (ФГТ)).
Настоящая обязательная дисциплина «Современная органическая химия» - модуль
основной образовательной программы послевузовского профессионального образования
(ООП ППО) по специальности 02.00.03- органическая химия.
Обучающийся по данной дисциплине должен иметь представления об основных классах
органических соединений, механизмах органических реакций и стереохимии.
Содержание дисциплины
Раздел 1. Теоретические основы органической химии.
ВВЕДЕНИЕ
Предмет органической химии Органическая химия вокруг нас. Органические
соединения. Органическая химия и промышленность. Органическая химия и
Периодическая система.
Классы органических соединений Углеводородный скелет и функциональные группы.
Деление по классам соединений. Переходы между классами соединений. Названия
соединений. Моно- и полифункциональные соединения.
Атомы углерода в органических соединениях: классификация по степени окисления.
Функциональные группы. Понятие о переходах между функциональными группами,
реакции окисления и восстановления, изогипсические и неизогипсические реакции.
Гомолитический и гетеролитический подходы к созданию С-С связей.
СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ.
Делокализация и сопряжение Молекулярные орбитали в органической химии.
Потенциалы ионизации и сродство к электрону важнейших классов органических
соединений. Электронные спектры поглощения. Молекулярные орбитали метана, этана,
этилена и ацетилена Молекулы, содержащие несколько двойных связей С=С: cопряжение
на примере 1,3-бутадиена. Аллильная система и ей подобные. Пентадиенильная система.
Гексатриенильная система и ее циклический аналог бензол.
Ароматичность. Представления об ароматичности и антиароматичности и их критериях.
Ароматичность в ряду гетероциклических соединений: π-дефицитные и π-избыточные
гетероциклы. Другие ароматические соединения: стабильные гетероциклические карбены,
мезоионные соединения, ароматические металлоцены.
Введение в фотохимию органических соединений Основное и возбужденные состояния.
Диаграмма Яблонского. Поглощение света. Синглетные и триплетные состояния. Излучательные и безызлучательные переходы между состояниями. Люминесценция. Понятие о
сенсибилизированных реакциях: что такое донор и акцептор. Основные фотохимические
реакции.
СТЕРЕОХИМИЯ
Конфигурации молекул История вопроса. Понятие об энантиомерии. Правило
последовательностей и его применение. Виды хиральности – центровая, линейная,
плоскостная. Диастереоизомеры – стереоизомеры, не являющиеся энантиомерами.
Соединения с несколькими хиральными центрами. Стереохимия сахаров и аминокислот.
Конформационный анализ Конформация и конфигурация. Барьеры вращения.
Конформации этана, пропана и бутана. Напряжение цикла. Циклогексан. Замещенные
циклогексаны. Закрепляющие группы, трет-бутильная группа, декалины и стероиды.
Аксиально и экваториально aзамещенные циклы. Циклы, содержащие sp2гибридизованные атомы углерода: циклогексанон и циклогексен. Полициклы.
Пирамидальная инверсия.
КИСЛОТНОСТЬ И ОСНОВНОСТЬ
Определения. рКа. Кислотность. Основность. Кислоты и основания Бренстеда и Льюиса.
Принцип ЖМКО. Кислотность в растворителях и в газовой фазе. СН-кислотность.
Понятие об электронных эффектах в органической химии. Уравнения Гаммета.
РАВНОВЕСИЯ, СКОРОСТИ И МЕХАНИЗМЫ.
Основные принципы установления механизмов реакций. Классификация механизмов
реакций, общие сведения. Направленное изменение структуры. Кинетические доказательства. Катализ кислотами и основаниями. Изотопное замещение. Oбнаружение интермедиатов. Стереохимия и механизмы. Понятие о теории переходного состояния и
линейных соотношениях свободных энергий. Принцип Белла-Эванса-Поляни. Постулат
Хэммонда, принцип микроскопической обратимости. Сводка методов исследования
механизмов.
РЕАКЦИОННОСПОСОБНЫЕ ИНТЕРМЕДИАТЫ
Определение реакционноспособных частиц и возможных переходов между ними:
радикалы, карбены, карбанионы, карбокатионы, катион-радикалы и анион-радикалы.
Радикалы и реакции с их участием Методы регистрации. Электронный парамагнитный
резонанс (ЭПР). Устойчивость и строение радикалов. Методы получения. Основные
радикальные реакции. Селективность цепных радикальных реакций.
Карбены и карбеноиды Синглетные и триплетные карбены. Строение карбенов.
Молекулярные орбитали карбенов. Генерация и реакции карбенов. Метатезис алкенов
(олефинов). Карбеноиды, нитрены, оксены. Понятие о секстетных перегруппировках.
Карбанионы и способы их стабилизации Строение и молекулярные орбитали
карбанионов. Понятие о кинетической кислотности. Полярные металлоорганические
соединения (Li, Mg, Cu). Анионы, стабилизированные серой, кремнием, фосфором,
сульфониевые соли. Илиды.
Карбкатионы Типы карбкатионов. Стабильность карбкатионов и ее количественная
оценка. Карбкатионы в газовой фазе. Карбкатионы в растворах. Структурные факторы,
определяющие стабильность карбкатионов. Алкильные и циклоалкильные катионы.
Аллильный, бензильный и полиарилметильный катионы. Циклопропилметильные
катионы. Винильный и фенильный катионы. Неклассические карбкатионы.
Анион- и катион-радикалы. Общие понятия о строении и реакционной способности.
Получение ион-радикалов – физические, химические и электрохимические подходы.
Переходы между нейтральными молекулами и ион-радикалами.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА (ПРЕВРАЩЕНИЯ)
ОСНОВНЫХ КЛАССОВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Углеводороды. Алкены. Алканы. Алкины. Диены. Триены. Ароматические карбоциклы.
Моновалентные функции. Алкилгалогениды. Винил, ацетиленил и арилгалогениды.
Спирты. Фенолы. Амины. Нитросоединения алифатического и ароматического рядов
Функции с кратными связями. Альдегиды. Кетоны. Имины и их аналоги. Карбоновые
кислоты.
Сложные
эфиры.
Амиды.
Галогенангидриды.
Переходы
между
функциональными группами.
МЕХАНИЗМЫ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Основные представления о механизмах реакций Представления об электрофильности и
нуклеофильности, - и - комплексах, гиперконъюгации, синхронных и асинхронных
реакциях, координате реакции.
НУКЛЕОФИЛЬНОЕ АЛИФАТИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ
Строение и устойчивость карбокатионов. Механизмы SN1 и SN2 нуклеофильного
замещения. Реакция SN2. Уходящая группа. Нуклеофилы. Нуклеофилы в реакциях S N1.
Нуклеофилы и уходящие группы, сравнение. Побочные процессы: элиминирование и
реакции, сопровождающиеся перегруппировками. Нуклеофильное замещение по SNi
механизму. Вальденовское обращение. Кубические диаграммы. Количественная оценка
нуклеофильности.
ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ АЛИФАТИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ
Уходящая группа. Механизм реакций электрофильного замещения. Бимолекулярные и
мономолекулярные реакции. Стереохимия электрофильного замещения. Нуклеофильное
содействие. Реакции СН-кислот. Реакции металлоорганических соединений.
Протодеметаллирование. Механизм SE2. Механизм SEi. Механизм SE1(N). Механизм Е'.
Галогендеметаллирование. Влияние алкильной группы. Стереохимия. Реакции с
гетеролитическим разрывом связи углерод-углерод. Взаимодействие солей ртути с
другими металлоорганическими соединениями.
ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ К АЛКЕНАМ И АЛКИНАМ.
Реакции алкенов с бромом. Окисление алкенов с образованием эпоксидов.
Электрофильное присоединение к несимметричным алкенам. Циклопропанирование
алкенов. Электрофильное присоединение к диенам. Стереохимия электрофильных
карбоциклизаций.
ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ АРОМАТИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ
Енолы и фенолы. Бензол и его реакция с электрофилами. Электрофильное замещение в
фенолах. Неподеленная электронная пара азота как активирующий фактор. σ-Донорные
заместители. Электроноакцепторные заместители. Обзор важных реакций с учетом
селективности. Электрофильное замещение – стандартный путь получения замещенных
ароматических соединений.
ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫЕ АЛКЕНЫ И НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ В
АРОМАТИКЕ.
Нуклеофильное сопряженное присоединение к алкенам. Реакции сопряженного
замещения. Нуклеофильное эпоксидирование. Нуклеофильное ароматическое замещение.
Механизм
присоединения–элиминирования.
SN1
механизм
нуклеофильного
ароматического замещения – соли диазония. Механизм, включающий образование
дегидробензола. Нуклеофильное замещение в соединениях аллильного ряда..
РЕАКЦИИ ЭЛИМИНИРОВАНИЯ
Замещение и элиминирование. Влияние нуклеофила на соотношение элиминирование/замещение. Е1 и Е2 механизмы. Роль уходящей группы. Е1 реакции и стерео-/региоселективность. Е2 элиминирование и анти-перипланарное переходное состояние. Стереоспецифичные Е2 реакции. Е2 элиминирование в циклогексановом ряду. Е2 элиминироваие в ряду винилгалогенидов, получение алкинов. Региоселективность реакций Е2
элиминирования. Анионстабилизирующие группы и протекание элиминирования по
механизму Е1сВ. Диаграмма МороФеррала.
Реакции фрагментации Поляризация связи С-С облегчает фрагментацию. Протекание
фрагментации определяется стереохимией. Использование в синтезе.
НУКЛЕОФИЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ ПО КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЕ
Молекулярные орбитали и реакционная способность карбонильной группы. Образование
циангидринов при атаке альдегидов и кетонов цианид-ионом. Угол атаки карбонильной
группы нуклеофилом. Тетраэдрический механизм. Нуклеофильная атака альдегидов и
кетонов «гидрид-ионом». Присоединение металлоорганических реагентов к альдегидам и
кетонам. Присоединение воды к альдегидам и кетонам. Образование полуацеталей при
взаимодействии спиртов с альдегидами и кетонами. Кислотный и основной катализ
образования полуацеталей и гидратов. Реакции замещения по карбонильной группе в
производных карбоновых кислот. Получение соединений других классов реакциями
замещения из производных карбоновых кислот. Получение кетонов из сложных эфиров и
хлорангидридов.
Диастереоселективность Получение единственного стереоизомера с использованием
стереоспецифических реакций алкенов. Стереоселективные реакции. Прохиральность.
Диастереоселективное присоединение по карбонильной группе. Хелатирование как
способ обращения стереоселективности.
5. КАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И СОЗДАНИЕ С-С СВЯЗИ
Образование и реакции енолов и енолятов Таутомерия на примере образования енолов.
Доказательства равновесия между карбонильными соединениями и енолами. Катализ
енолизации кислотами и основаниями. Енолят-ион – интермедиат в реакции при катализе
основанием. Сводка типов енолов и енолятов. Стабильные енолы. Последствия
енолизации. Реакции енолов и енолятов как интермедиатов. Стабильные эквиваленты
енолятов. Реакции енолов и енолятов по кислороду: получение простых эфиров енолов.
Реакции простых эфиров енолов. Условия и реагенты, способствующие С- и Оалкилированию енолят-анионов. Силиловые эфиры енолов. Управление региохимией
енолизации. Применение аза-енолятов. Алкилирование β-дикарбонильных соединений.
Проблема региоселективности.
Нуклеофильное замещение при группе С=О с потерей карбонильного кислорода
Взаимодействие альдегидов со спиртами и тиолами с образованием полуацеталей,
ацеталей и кеталей и их применение в качестве защитных групп. Диоксалановая и
дитиоацетальная защиты в органическом синтезе. Амины в реакциях с карбонильными
соединениями. Аминали и полуаминали, основания Шиффа и енамины, гидразоны и
семикарбазоны, оксимы и азины. Амины из иминов. Восстановительное аминирование.
Синтез енаминов. С- и N-алкилирование и ацилирование енаминов. Зависимость
региохимии от природы заместителей и электрофила. Замена группы С=О на двойную
связь. Контроль геометрии двойных связей. Свойства алкенов, определяемые их
геометрией. Реакции элиминирования и проблемы селективности получения алкенов.
Олефинирование по Джулиа: региоселективность. Реакция Петерсона как
стереоспецифическое элиминирование. Реакция Виттига и ее модификации – возможно,
самый важный метод получения алкенов. E- и Z-алкены с помощью стереоселективного
присоединения к алкинам.
Реакции енолятов с альдегидами и кетонами. Альдольная конденсация Кроссконденсация. Соединения, которые енолизуются, но не являются электрофилами.
Управление альдольной конденсацией с использованием специфических енольных
эквивалентов. Специфические енольные эквиваленты производных карбоновых кислот.
Специфические енольные эквиваленты альдегидов. Специфические енольные
эквиваленты кетонов. Реакция Манниха. Внутримолекулярные альдольные конденсации.
Сводка методов проведения альдольной конденсации в равновесных условиях и
направленных методов.
Ацилирование по углероду. Сложноэфирная конденсация Кляйзена, сравнение с
альдольной конденсацией. Сложности при ацилировании по углероду. Ацилирование
енолятов сложными эфирами. Перекрестные эфирные конденсации. Обобщение методов
получения кетоэфиров с помощью конденсации Кляйзена. Внутримолекулярная
сложноэфирная конденсация. Направленное С-ацилирование енолов и енолятов.
Ацилирование енаминов. Ацилирование енолов в кислой среде. Ацилирование по
нуклеофильному углероду в других типах соединений, отличных от енолов и енолятов.
СОПРЯЖЕННОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ
Сопряжение как методология расширения реакционной способности карбонильных групп.
Двойные связи, сопряженные с карбонильными группами. Молекулярные орбитали
сопряженных систем. Аммиак и амины в реакциях сопряженного присоединения.
Сопряженное присоединение спиртов при катализе кислотами и основаниями.
Сопряженное присоединение и прямое присоединение по карбонильной группе. Соли
Сu(I) и их влияние на реакционную способность металлоорганических соединений.
Сопряженное присоединение енолятов. Сопряженное присоединение енолятов и
енаминов к непредельным карбонильным соединениям (присоединение по Михаэлю).
Сопряженное присоединение енолятов как следствие термодинамического контроля.
Электрофильные алкены в реакциях с енолами и енолятами как нуклеофилами.
Использование оснований Манниха в качестве предшественников акцепторов
Михаэля.Аннелирование по Робинсону – частный случай сопряженного присоединения с
последующей циклизацией как метод создания шестичленных циклов. Нитроалканы как
реагенты в реакциях сопряженного присоединения.
6. РЕАКЦИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ
Особенности понимания окисления и восстановления в органической химии. Комплексы с
переносом заряда. Электрохимическое окисление и восстановление.
Реакции восстановления. Восстанавливающие агенты. Восстановление карбонильных
групп. Каталитическое гидрирование. Восстановление растворенными металлами.
Восстановительное сдваивание карбонильных соединений.
Реакции окисления. Окисляющие агенты. Хемоселективность. Селективные реакции и
защита. Удаление функциональных групп.
Редокс ряды кислород- и азотсодержащих органических соединений.
7. ПЕРИЦИКЛИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ПЕРЕГРУППИРОВКИ
Понятие о теории возмущений. Зависимость энергии взаимодействия орбиталей от
разницы в энергиях и симметрии. Взаимодействие между орбиталями через связь и через
пространство.
РЕАКЦИИ ЦИКЛИЗАЦИИ.
Общие принципы. Подходы к собиранию 3-, 4-, 5-, 6-членных карбоциклов. Правила
Болдуина. Известные способы сборки 3-, 4-, 5-, 6-членных карбоциклов. Циклопропаны:
реакция Симмонса-Смита, диазосоединения, илиды серы, SN2-реакции. Эпоксиды:
надкислоты,
гидропероксиды,
диоксираны,
эпоксидирование,
катализируемое
переходными металлами, галогенгидрины, конденсация Дарзана, илиды серы. Азиридины:
нитрены, SN2-реакции. Циклобутаны: [2+2]-циклоприсоединение, кетены + алкены, SN2реакции, ацилоиновая конденсация, илиды серы. Оксетаны: [2+2]-циклоприсоединение
(реакция Патерно-Бухи), SN2-реакции, илиды серы, -лактоны. Циклопентаны: SN2реакции, ацилоиновая конденсация, альдольная реакция и кротоновая конденсация,
присоединение по Михаэлю, внутримолекулярное олефинирование по Виттигу, 1,3диполярное присоединение, циклизация по Назарову, фотоциклизации арен+алкен,
радикальные циклизации, реакция Посона-Хэнда, диазосоединения, метатезис с
замыканием цикла. Циклогексаны: SN2-реакции, ацилоиновая конденсация, альдольная
реакция и кротоновая конденсация, присоединение по Михаэлю, радикальные
циклизации, восстановление по Берчу, ароматическое замещение, внутримолекулярное
олефинирование по Виттигу, сигматропные перегруппировки, реакция Дильса-Альдера, oхинодиметаны, внутримолекулярная еновая реакция, циклизации катион+алкен,
аннелирование по Робинсону. Реакции расширения и сужения циклов. Использование
ацетиленов в реакциях циклизации. Использование переходных металлов в реакциях
карбо- и гетероциклизации.
ПЕРИЦИКЛИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ 1. ЦИКЛОПРИСОЕДИНИЕ
Общее описание реакции Дильса-Альдера. Описание циклоприсоедиения в рамках
концепции граничных орбиталей. Региоселективность в реакциях Дильса-Альдера.
Описание реакции Дильса-Альдера в рамках представлений Вудворда-Гофмана.
Использование реакции Дильса-Альдера для перехвата реакционноспособных
интермедиатов. Другие реакции термического циклоприсоедиения. Фотохимическое
[2+2]-циклоприсоединение. Термическое [2+2]-циклоприсоединение. Синтез пятичленных
циклов с помощью 1,3-диполярного циклоприсоединения. Циклоприсоединение к алкенам
тетраоксида осмия и озонa. Обобщение по реакциям циклоприсоедиения.
ПЕРИЦИКЛИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ 2. СИГМАТРОПНЫЕ И ЭЛЕКТРОЦИКЛИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
Сигматропные перегруппировки. Орбитальное описание [3,3]-сигматропных перегруппировок. Направление протекания [3,3]-сигматропных перегруппировок. [2,3]Сигматропные
перегруппировки.
[1,5]-Сигматропные
перегруппировки.
Электроциклические реакции.
ПЕРЕГРУППИРОВКИ
Классификация перегруппировок. Молекулярно-орбитальное рассмотрение. Разрешенные
и запрещенные процессы. Расширение цикла как пример перегруппировки.
Перегруппировки карбокатионов. Пинаколиновая перегруппировка. Диенон-фенольная
перегруппировка. Бензильная перегруппировка. Перегруппировки Фаворского и
Арбузова. Секстетные перегруппировки. Перегруппировки, включающие стадию
одноэлектронного переноса. Миграция к кислороду: реакция Байера-Виллигера.
Перегруппировка Бекмана. Электрофильные перегруппировки (Виттиг, Соммле,
Майзенхаймер). Фотоперегруппировки.
8. РЕАКЦИИ В ЦИКЛАХ
Стереоселективные реакции циклических соединений Реакции в малых циклах.
Стереохимический контроль в шестичленных циклах. Конформационный контроль при
образовании шестичленных циклов. Стереохимия бициклических соединений.
Конденсированные бициклические соединения. Спироциклические соединения. Реакции,
протекающие через циклический интермедиат или циклическое переходное состояние.
Насыщенные гетероциклы и стереоэлектронные эффекты. Реакции гетероциклов.
Конформации насыщенных гетероциклов. Аномерный эффект. Получение гетероциклов:
реакции замыкания цикла.
Понятие о гетероциклических ароматических соединениях. π-Дефицитные и πизбыточные гетероциклы. Ароматичность в ряду 5-членных гетероциклов.
Гетероциклические соединения с несколькими разными гетероатомами. Ароматичность в
ряду 6-членных гетероциклов. Азины и азолы.
Синтетические подходы в химии ароматических гетероциклов.
Схемы циклизаций, выбор реагентов. Синтезы пирролов, фуранов, тиофенов, пиразолов,
имидазолов, индолов, пиридинов, пиримидинов, хинолинов, изохинолинов, пуринов.
Диполярное циклоприсоединение в синтезе гетероциклов.
Основные свойства ароматических гетероциклов.
РАЗДЕЛ 2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА.
1. Общие принципы органического синтеза.
Основные тенденции развития органического синтеза. Практическая направленность и
фундаментальное значение. Стратегия синтеза. Линейный и конвергентный подходы.
Каскадные последовательности реакций в коротких схемах полного синтеза.
Органические реакции и синтетические методы. Оптимизация классических и разработка
новых синтетических методов. Ретросинтетический анализ.
2. Литий- и магнийорганические соединения как С-нуклеофилы и как
предшественники других металлорганических реагентов.
Литийорганические реагенты (методы получения, стабильность, основность, реакционная
способность). Реагенты Гриньяра (методы получения), реагенты содержащие
функциональные группы. Металлорганические реагенты других классов.
3. Купратные реагенты в реакциях С-С сочетания.
Классический вариант реакции Вюрца и проблема хемоселективности. Общая
характеристика купратных реагентов. Особенности реакционной способности
органокупратов как С-нуклеофилов. Купратный вариант сочетания по Вюрцу. Реакции с
алкильными электрофилами. Реакции образования sp2-sp3 C-C связи. Реакции с
аллильными электрофилами. Эпоксиды и лактоны как электрофилы.
4. Использование ацетиленов в синтезе ациклических соединений.
Терминальные
ацетилены
как
эквиваленты
ацетиленид-анонов.
Реакции
карбометаллирования
алкинов.
Присоединение
купратных
реагентов.
Карбоалюминирование. Реакции гидрометаллирования тройной связи.
5. Методы образования углерод-углеродной связи с использованием катализа
комплексами палладия.
Общая характеристика палладиевых катализаторов. Реакция Хека. Сочетания с
использованием металлоорганических соединений (реакция Стилле, Сузуки). Реакция
карбонилирования. Реакция Соногаширы. Реакции аллилирования.
6. Карбонильная группа как электрофил в реакциях образования углеродуглеродной связи. Реакция Гриньяра и родственные превращения.
Общая характеристика реакции Гриньяра как синтетического метода. Цериевые реагенты
и возможности расширения области применения метода. Карбоновые кислоты и их
производные как субстраты в реакции с карбанионными реагентами. Некоторые
простейшие функционально замещенные карабанионные реагенты. Стереохимия
нуклеофильного присоединения по карбонильной группе. Правило Крама. Правило
Фелкина-Ана. Модель хелатирования. Стереохимические особенности присоединения к
циклоалканонам. Реакции цинкорганических реагентов. Общая характеристика
препаративных возможностей реакции Реформатского. Цинковые производные как
эквиваленты гомоенолятных синтонов. Функционально замещенные цинкорганические
реагенты. Каталитическое энантиоселективное присоединение. Аллильные производные
кремния и олова как С-нуклеофилы. Общая характеристика хемо- и региоселективности
реакции. Контроль диастереоселективности присоединения. Аллилбораны как реагенты
для синтеза гомоаллильных спиртов.
7. Алкилирование енолятов как один из универсальных путей создания sp3-sp3
углерод-углеродной связи.
Введение: С-Н кислотность карбонильных соединений и кетоенольная таутомерия.
Амбидентность ионных енолятов в реакциях с электрофилами. Особенности реакций
циклических 1,3-дикетонов. Проблема образования продуктов полиалкилирования и
самоконденсации. Химия ацетоуксусного и малоновго эфиров. Региоселективность
алкилирования циклоалканонов. Методы генерации енолят-анионов в условиях
кинетического и термодинамического контроля. Использование азотсодержащих
производных альдегидов и кетонов для обеспечения хемо-, регио и стереоселективности
реакций -алкилирования. Ионные еноляты карбоновых кислот и их производных.
Литиевые еноляты из кислот и сложных эфиров. Литиевые еноляты Nацилизоксазолидонов. Асимметрический синтез -замещенных карбоновых кислот.
Еноляты на основе производных - и -оксикислот. Ковалентные еноляты и их реакции с
электрофилами. Синтез силиленолятов. Силиленоляты в реакциях с катионоидными
электрофилами. Электрофилы SN2-типа в реакциях с ковалентными енолятами. Енамины
как эквиваленты енолят анионов.
8. Альдольная реакция.
Основный и кислотный катализ. Использование литиевых м силильных енолятов. Реакция
Мукаямы. Ацетали как электрофилы в реакции с силиленолятами. Силиленоляты как
предшественники енолят-анионов. Диастереоселективность и энантиоселективность.
Реакции альдегидов, содержащих асимметрический центр. Диастереоселективность в
реакции прохиральных альдегидов с прохиральными енолятами. Реакции енолятов,
содержащих асимметрический центр. Использование реагентов Эванса. Еноляты,
содержащие хиральные заместители при атоме металла. Асимметрический катализ.
Органокатализ. Использование альдольной реакции в синтезе природных соединений.
9. Реакция Михаэля.
Реакции акцепторов Михаэля с гетероатомными нуклеофилами. Реакции акцепторов
Михаэля с С-нуклеофилами.9.3.1. Цианид и нитронат анионы как нуклеофилы. Еноляты
1,3-дикарбонильных соединений как нуклеофилы. Енамины как нуклеофилы.
Силиленоляты как С-нуклеофилы. Аллилсиланы как нуклеофилы. Нитросоединения как
акцепторы Михаэля в синтезе 1,4-дифункциональных соединений. Селективность
присоединения карбанионных реагентов к ,-непредельным карбонильным соединениям.
Купраты как эквиваленты С-нуклеофилов. Силилирующие реагенты как активаторы
присоединения купратов. Каталитическая асимметрическая реакция Михаэля.
10. Реакция Михаэля как стратегическая реакция в полном синтезе
Последовательное присоединение-алкилирование. Присоединение-алкилирование как
ключевая стадия в синтезе природных соединений. Некоторые новые подходы к
реализации 1,4-присоединения С-нуклеофилов
соединениям. Реакция Бейлиса-Хиллмана.
к
сопряженным
карбонильным
11. Олефинирование карбонильной группы. Реакции Виттига и Хорнера-УодсвортаЭммонса.
Фосфониевые илиды (фосфораны) в реакции олефинирования. Общая характеристика
реакции. Механизм и область синтетического применения. Heстабилизированные илиды
фосфора в стереоконтролируемом синтезе алкенов. Стабилизированные илиды фосфора в
синтезе ,-непредельных карбонильных производных. Дополнительные синтетические
возможности реакций функционализированных фосфоний-илидов. Реакция Виттига в
синтезе природных соединений. Связка присоединение по Михаэлю-реакция Виттига в
синтезе непредельных соединений. Фосфонаты в реакциях олефинирования. Реакция
Хорнера-Уодсворта-Эммонса. Возможности контролируемого создания Е- и Z-алкеновых
фрагментов. Фосфонатное олефинирования в синтезе природных соединений.
12. -Гетероатомные карбанионы в реакциях с карбонильными соединениями.
Реакция Петерсона. Метиленирование карбонильных соединений карбеновыми
комплексами титана. Илиды серы в реакциях с альдегидами и кетонами.
13. Эквиваленты ацил-анионов в реакциях образования углерод-углеродной связи.
1,3-Дитианы: реакции алкилирования и ацилирования литиевых производных дитианов.
Литий-дитианы в реакциях Михаэля. Литий-1,3-дитиан как бидентантный реагент в
синтезах природных соединений. Реакции 2-литий-2-силил-1,3-дитиана с эпоксидами.
Перегруппировка
Брука.
Ациклические
тиоацетали.
Кетентиоацетали.
Трис(арилтио)ортомуравьиный эфир. Защищенные циангидрины альдегидов. Реакции
альдегидов в условиях катализа цианид-ионом или солями тиазолия.
14. Перегруппировка Кляйзена.
Общая характеристика реакции. Применение в синтезе природных соединений. Реакция
Кэррола. Катализ кислотами Льюиса. Перегруппировки кетенацеталей. Использование
ортоэфиров для генерации кетенацеталей. Силилкетенацетали в перегруппировках
Кляйзена. Синтез аллилвиниловых эфиров по реакциям Виттига и Теббе. Тиа- и азаперегруппировки Кляйзена.
15. Перегруппировка Коупа.
Стереохимия и структурные эффекты в перегруппировки Коупа. Перегруппировка Коупа
как путь трансформации карбоциклических структур. Перегруппировка окси-Коупа и ее
алкоксидный вариант. Перегруппировка окси-Коупа как ключевая стадия формирования
полициклических структур. Каскадные превращения с использованием перегруппировки
окси-Коупа. Комбинация перегруппировки окси-Коупа и внутримолекулярной атаки по
карбонильной группе. Последовательности сигматропных перегруппировок. Комбинация
перегруппировки окси-Коупа и реакции Манниха.
16. Синтез энантиомерно чистых соединений.
Общие подходы к синтезу энантиомерно чистых соединений.
Восстановление
карбонильной группы. Стехиометрические реагенты. Восстановление Кори-БакшиШибата. Восстановление, катализируемое комплексами рутения. Гидрирование двойной
углерод-углеродной связи. Реакции эпоксидирования. Эпоксидирование по Шарплесу,
Джакобсену, Ши. Асимметрическое дигидроксилирование алкенов. Нелинейный эффект.
17. Методы образования трехчленного цикла.
Внутримолекулярные реакции Вюрца и алкилирования енолятов в синтезах
циклопропанов.
Илиды
серы
как
реагенты
циклопропанирования.
[2+1]
Циклоприсоединение как общий метод синтеза циклопропанов. Карбены: особенности
строения и реакционной способности. Генерация карбенов из ди- и тригалогеналканов.
Методы генерации карбенов и карбеноидов из диазосоединений. Внутримолекулярное
циклопропанирование в синтезе природных соединений. Синтез напряженных структур.
Реакция Симмонса-Смита. Реакция Кулинковича.
18. Методы образования четырехчленного цикла.
Циклизация 1,4-бифункциональных производных. Реакции расширения трехчленного
цикла в синтезе циклобутанов. Термическое [2+2]-циклоприсоединение. Возможности
использования
катализа
кислотами
Льюиса.
Кетены
в
реакциях
[2+2]циклоприсоединения.
Фотохимическое
[2+2]-циклоприсоединение
алкен-енон.
Межмолекулярный вариант реакции. Внутримолекулярный вариант фотохимического
присоединения алкен-енон. [2+2]-Фотоциклоприсоединение олефинов, катализируемое
солями меди.
19. Анионные и катионные циклизации в синтезе циклопентановых систем.
Методы, основанные на реакциях карбанионного типа. Алкилирование и ацилирование
енолятов. Внутримолекулярная альдольная конденсация. Сопряженные еноны в реакциях
циклопентаноаннелирования. Последовательность альдольной конденсации и реакции
Михаэля. Циклизация алкениллитиевых или алкенилмагниевых производных.
Внутримолекулярное внедрение карбенов по С-Н связи. Реакции [2+3]
циклоприсоединения. Катализируемая комплексами железа реакция ,’-дибромкетонов с
алкенами. Циклопентаноаннелирование, катализируемое комплексами палладия. Реакция
Посона-Канда. Реакция Назарова.
20. Анионные и катионные циклизации в синтезе циклогексановых систем.
Анионная циклизация 1,5-дикарбонильных соединений. Реакция Робинсона. Проблемы
хемо- и региоселектвиности реакции. Синтетические эквиваленты метилвинилкетона.
Циклические 1,3-дикетоны как субстраты реакции аннелирования. Энантиоселективный
вариант циклизации. Силиловые эфиры енолов в синтезе субстратов для циклизации.
Катионные циклизации 1,5-полиеновых систем. Биогенез полициклических терпеноидов и
стероидов. Катионная циклизация в синтезе полициклических соединений. Протонные
кислоты и соли ртути(II) как инициаторы циклизации. Терминальные эпоксиды как
субстраты в реакциях циклизации 1,5-полиеновых соединений. Каскадная
последовательность реакции Назарова и катионоидной циклизации.
21. Радикальные реакции образования углерод-углеродной связи.
Димеризация радикальных интермедиатов как синтетический метод. Гомолитическое
присоединение по кратным углерод-углеродным связям. Общие закономерности реакции
и методы ее инициирования. Межмолекулярное образование углерод-углеродной связи в
синтезе полифункциональных производных. Гомолитический эквивалент реакции
Михаэля. Внутримолекулярные циклизации с участием алкильных радикалов. Ацилрадикалы: использование во внутримолекулярных реакциях циклизации. Ацилзамещенные радикалы в синтезе карбоциклических систем. Синтетические методы,
основанные на генерации кетильных радикалов. Пинаконовая и ацилоиновая
конденсации. Реакция Мак-Мурри. Циклизации, инициируемые иодидом самария(II).
22. Реакция Дильса-Альдера.
Основные закономерности реакции. Общая характеристика [4+2] циклоприсоединения.
Реакционная способность диенов и диенофилов. Стереохимия и региоселективность.
Кислоты Льюиса как катализаторы реакции. Асимметрический диеновый синтез.
Дополнительные синтетические возможности диенового синтеза.
23.Внутримолекулярные варианты реакция Дильса-Альдера.
Типы реакций и особенности их протекания. Субстратная селективность, регио- и
стереонаправленность реакций. Основные направления синтетического использования.
Внутримолекулярная реакция 1-го типа. Внутримолекулярная реакция 2-го типа.
Внутримолекулярные реакции субстратов, содержащих удаляемые мостиковые группы.
Трансаннулярные реакции циклоприсоединения.
24. Метатезис олефинов и ацетиленов.
Открытие реакции и некоторые аспекты ее практического использования. Механизм
реакции и оптимизация металлокомплексных катализаторов. Метатезис с образованием
цикла (RCM-реакция), общая характеристика реакции. Реакция RCM в синтезе природных
соединений. Кросс-метатезис олефинов. Алкен-алкиновый метатезис. Метатезис алкинов.
5. Образовательные технологии
1.
Активные образовательные технологии: лекции, семинары.
2.
Сопровождение лекций визуальным материалом в виде слайдов, подготовленных с
использованием современных компьютерных технологий (программный пакет
презентаций Microsoft Office Powerpoint), проецируемых на экран с помощью
видеопроектора.
3.
Проведение учебных аналитических обзоров на основе современных публикаций и их
обсуждение.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Виды самостоятельной работы: в домашних условиях, в читальном зале библиотеки, на
компьютерах с доступом к базам данных и ресурсам Интернет.
Форма контроля знаний:
 контрольные работы
 домашние задания
 оценка аналитической домашней работы и доклада на семинаре
 экзамен в конце курса, включающий теоретические вопросы.
Вопросы к зачету (экзамену) – включены в программу кандидатского экзамена по
специальности.
Критерий выполнения задания – подтверждение ответами на контрольные вопросы знания
теоретических основ курса и решение задач.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. В.А. Смит, А.Д. Дильман, Основы современного органического синтеза, Бином.
Лаборатория знаний, 2009.
2. В.А. Смит, А.Ф. Бочков, Р. Кэйпл, Органический синтез, М.:Мир, 2001.
3. Дж. Марч., Органическая химия, М.: Мир, 1987.
б) дополнительная литература:
1. K.C. Nicolaou, E. J. Sorensen, Classics in Total Synthesis, 1995, VCH, Weinheim.
2. E. J. Corey, X. Cheng, The logic of chemical synthesis, 1989, John Wiley, New York.
3. E.M. Carreira, L. Kvaerno, Classics in Stereoselective Synthesis, 2009, Wiley-VCH,
Weinheim.
Программа составлена в соответствии с требованиями следующих нормативных
документов:
1. Федеральные государственные требования к структуре основной профессиональной
образовательной
программы
послевузовского
профессионального
образования
(аспирантура) - приказ Минобрнауки России от 16.03.2011 № 1365.
Авторы
Ведущий научный сотрудник
д.х.н.
старший научный сотрудник
к.х.н.
к.х.н.
А.Д. Дильман
В.В. Левин
В.А.Туманов
Программа принята на заседании ученого совета ИОХ РАН
протокол № … от … …………. 2012 г.
Председатель ученого совета
академик
_________________________ М.П. Егоров