Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет» Утверждаю:

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Утверждаю:
Руководитель ООП:
______________С.С.Рясенский
«___»______________20____ г.
Рабочая программа дисциплины (модуля) (с аннотацией)
МЕТОДЫ СИНТЕЗА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Направление подготовки
04.03.01 Химия
Профиль подготовки
Органическая и биоорганическая химия
Для студентов 3 курса очной формы обучения
Уровень высшего образования
БАКАЛАВРИАТ
Составитель: Темникова С.А.
Тверь, 2015
I. Аннотация
1. Цели и задачи дисциплины (модуля)
Дисциплина
студентами
3
«Методы
курса
синтеза
органических
химико-технологического
соединений»
изучается
факультета
Тверского
государственного университета направления 04.03.01 и включает лекционный
курс (36 часов), лабораторные занятия (36 часов), самостоятельную работу (36
часов).
К числу наиболее актуальных проблем современного естествознания в
настоящее время относится синтез многофункциональных органических молекул,
обладающих полезными свойствами для практического применения. Этому
способствуют широкие возможности разнообразных инновационных технологий в
плане компьютерного дизайна молекул и их спектрального анализа. С развитием
теоретических представлений и экспериментальной базы органической химии
исследователи перешли к синтезу принципиально новых классов соединений,
отсутствующих в природе. Одновременно также разрабатывались методы синтеза
сложных природных веществ.
Необходимость введения курса «Методы синтеза органических соединений»
в учебный план обусловлена тем, что будущий химик должен не только владеть
теоретическим материалом по органической химии, но и освоить важнейшие
приемы
эксперимента,
уметь
разработать
схему
синтеза,
произвести
необходимые расчеты и осуществить синтез органических соединений различных
классов.
Целью изучения дисциплины является освоение способов планирования,
разработки и осуществление синтеза органических соединений. Задачи курса —
изучение
основных
эксперимента,
приемов
методов
планирования
выделения,
очистки
синтеза,
и
освоение
идентификации
техники
целевого
соединения.
2.Место дисциплины в структуре образовательной программы
Дисциплина «Методы синтеза органических соединений» входит в модуль
«Дисциплины по углублению общепрофессиональных компетенций».
Курс опирается на такие ранее изученные дисциплины, как общая и
неорганическая химия, органическая химия, аналитическая химия, физическая
химия. Для успешного изучения дисциплины «Методы синтеза органических
соединений» крайне необходимы знания в этих областях химической науки, а
также
определенные
познания
компьютерных
основ.
Знания
и
навыки,
полученные студентами в результате изучения дисциплины, необходимы для
формирования ее связи с другими дисциплинами. Изучение данного курса
благоприятствует успешному изучению последующих дисциплин.
Программой данного курса предусмотрено проведение лабораторных работ,
выполнение контрольной работы и тестовый контроль знаний студентов. Освоение
курса предполагает сдачу отчетов по выполненным лабораторным работам. К
индивидуальным
синтезам
студенты
допускаются
лишь
после
тщательной
проверки преподавателем плана синтеза, расчетов, схем, приборов. Особое
внимание должно быть уделено правилам техники безопасности.
3.Общая трудоемкость дисциплины (модуля) составляет 3 зачетные
единицы, 108 часов.
4. Планируемые результаты обучения по дисциплине (модулю)
Формируемые
Требования к результатам обучения
компетенции
В результате изучения дисциплины студент должен:
ОПК-1
Способность
использовать
полученные
знания
теоретических
основ
фундаментальных
разделов химии
при решении
профессиональных
задач
ОПК-2
Владеть:
различными
способами
планирования
химического эксперимента.
Уметь: применять теоретические знания по особенностям
строения,
реакционной
способности
органических
соединений различных классов при планировании и
проведении синтетических работ.
Знать: важнейшие типы органических реакций, влияние
структурных факторов на протекание той или иной реакции,
основные методы синтеза органических соединений,
способы
выделения,
очистки
и
идентификации
органических веществ.
Владеть: навыками планирования и осуществления
синтеза органических соединений; способами выделения,
Владением
очистки и анализа целевого соединения.
навыками
Уметь: применять способы выделения вещества; методы
проведения
качественного и количественного анализа для установления
химического
структуры вещества.
эксперимента,
Знать: основные методы и приёмы экспериментальной
основными
работы; названия и назначение химической посуды и
синтетическими и
оборудования для проведения синтетических работ.
аналитическими
методами
получения
и
исследования
химических
веществ и реакций
ОПК-6
Владеть:
способами
безопасного
обращения
с
химическими реагентами с учетом их физических и
Знанием норм
химических свойств.
техники
Уметь: применять безопасные приемы при работе с
безопасности
и
органическими реактивами и химическими приборами.
умением
Знать: правила безопасной работы в химической
реализовать их в
лаборатории.
лабораторных
и
технологических
условиях
5. Образовательные технологии
В
процессе
освоения
дисциплины
используются
следующие
образовательные технологии, способы и методы формирования компетенций:
традиционная лекция, проблемная лекция, метод малых групп, лабораторная
работа,
упражнения,
подготовка
письменных
отчетов,
разбор
конкретных
ситуаций, ситуационные тесты.
6. Форма промежуточного контроля
Оценка уровня знаний,
приобретения навыков и сформированности
компетенций осуществляется в форме тестирования.
7. Язык преподавания русский
II. Структура дисциплины (модуля)
1. Структура дисциплины (модуля) для студентов очной формы
обучения
IV. Рабочая учебная программа
Учебная программа —
наименование разделов и тем
Всего
часов
Тема 1. Современное состояние и
перспективы развития органического
синтеза.
Принципы и проблемы органического синтеза.
Основные тенденции развития органического
синтеза. Практическая направленность и
фундаментальное значение. Методология
органического синтеза. Стратегия синтеза. Роль
планирования в синтезе. Варианты стратегии.
14
Контактная
работа (час.)
Лекции
Лабор.
занятия
4
4
Сам.
раб.
(час.)
6
Учебная программа —
наименование разделов и тем
Линейный и конвергентный подходы.
Органические реакции и синтетические методы.
Оптимизация классических и разработка новых
синтетических методов. Ретросинтетический
анализ.
Тема 2. Методы современного органического
синтеза.
Органическая реакция и синтетический метод
Способы образования новой С—С связи.
Сокращение углеродной цепи.
Реакции циклизации и раскрытия циклов.
Перегруппировки.
Введение и обмен функциональных групп
Тема 3. Методология эксперимента.
Планирование, подготовка и проведение
эксперимента. Качество реагентов и
растворителей. Стандартное оборудование.
Ведение лабораторного журнала.
Методы выделения и очистки органических
веществ.
Определение важнейших констант органических
соединений.
Правила безопасной работы в химической
лаборатории органического синтеза.
Тема 4. Выполнение синтетических работ по
основным направлениям органического
синтеза.
Нуклеофильное замещение в алифатическом
ряду.
Электрофильное замещение в ароматическом
ряду.
Реакции диазотирования и азосочетания.
Синтезы с помощью реактива Гриньяра.
Итого
Всего
часов
Контактная
работа (час.)
Сам.
раб.
(час.)
Лекции
Лабор.
занятия
36
20
4
12
20
4
8
8
38
8
20
10
108
36
36
36
Тема 1. Современное состояние и перспективы развития органического
синтеза.
Принципы и проблемы органического синтеза. Основные тенденции
развития
органического
синтеза.
Практическая
направленность
и
фундаментальное значение. Методология органического синтеза. Стратегия
синтеза. Роль планирования в синтезе. Варианты стратегии. Линейный и
конвергентный подходы. Органические реакции и синтетические
Оптимизация
классических
и
разработка
новых
синтетических
методы.
методов.
Ретросинтетический анализ.
Примеры синтезов сложных органических соединений.
Тема 2. Методы современного органического синтеза.
Органическая реакция и синтетический метод. Образование С—С связи:
ключевая тактическая проблема органического синтеза. Способы образования
новой С—С связи. Металлоорганический синтез: реакции Вюрца-Шорыгина и
Вюрца-Фиттига,
натрийацетиленовыцй
синтез,
реакция
Ульмана,
реакция
Реформатского, магний- и литийорганический синтез. Реакции конденсации:
реакции Фаворскогоо, Реппе, Фриделя-Крафтса, реакция хлорметилирования,
альдольная
и
кротоновая
конденсация,
конденсация
Кляйзена-Шмидта,
оксинитрильный синтез, реакция Арндта-Эйстерта-Вольфа.
Сокращение углеродной цепи. Декарбоксилирование, декарбонилирование,
синтезы
с
участием
гидроксиламина,
отщепление
метана,
окисление,
галоформные реакции, перегруппировка Гофмана, расщепление производных
ацетоуксусного эфира, крекинг.
Реакции циклизации и раскрытия циклов. Циклизация без изменения
количества атомов углерода: реакция Дикмана, внутримолекулярная реакция
Вюрца,
декарбоксилирование
солей
двухосновных
кислот.
Реакции
циклоприсоединения с удлинением цепи: внутримолекулярные циклизации реакция Фриделя-Крафтса, реакция Бишлера-Напиральского, синтез Скраупа,
синтез индозолов. Межмолекулярная конденсация: реакции с участием диаминов
и гликолей. Реакции циклоприсоединения.Раскрытие циклов.
Перегруппировки. Перегруппировки с сохранением углеродного скелета:
аллильная перегруппировка, перемещение тройной связи и функциональной
группы, реакция Вильгеродта, перегруппировка Фаворского. Перегруппировки с
построением
углеродного
скелета:
перегруппировки
Фриса
и
Кляйзена,
бензидиновая перегруппировка. Перегруппировки с расщеплением углеродного
скелета: гофмановское расщепление амидов кислот, перегруппировка Бекмана,
реакция
Шмидта.
перегруппировка
Перегруппировки
с
перестройкой
Вагнера-Меервейна,
углеродного
пинаколиновая
скелета:
перегруппировка,
ретропинаколиновая перегруппировка, изомеризация углеводородов.
Введение и обмен функциональных групп. Введение двойной и тройной
углерод-углеродной связей, введение атомов галогена, введение гидроксильной,
карбонильной, карбоксильной, сложноэфирной и нитрильной групп, синтез
галогенангидридов и ангидридов карбоновых кислот, введение нитрогруппы,
аминогруппы, сульфогруппы.
Тема 3. Методология эксперимента.
Планирование, подготовка и проведение эксперимента. Качество реагентов
и растворителей. Стандартное оборудование. Ведение лабораторного журнала.
Методы выделения и очистки органических веществ. Приборы для
экстрагирования. Способы перегонки. Перегонка при атмосферном давлении.
Перегонка с водяным паром, перегонка в вакууме. Очистка твердых веществ
перекристаллизацией
из
воды
и
органических
растворителей.
Возгонка
(сублимация). Определение важнейших констант органических соединений:
температура
кипения,
температура
плавления,
плотность,
показатель
преломления.
Правила безопасной работы в химической лаборатории органического
синтеза. Первая помощь при ожогах, отравлениях, порезах стеклом. Тушение
местных загораний и горящей одежды.
Тема 4. Выполнение синтетических работ по основным направлениям
органического синтеза.
Нуклеофильное замещение в алифатическом ряду. Общая характеристика
методов введения галогена в алифатическую цепь. Обзор методов ацилирования.
Механизмы реакций. Синтез галоидных алкилов и алкилацетатов. Обзор методик,
планирование
эксперимента,
синтез
и
выделение
целевого
продукта
из
реакционной смеси, побочные реакции, спектральная характеристика.
Электрофильное замещение в ароматическом ряду. Общая характеристика
методов нитрования и галогенирования ароматических соединений. Механизмы
реакций.
Синтез
п-нитроацетанилида
планирование
эксперимента,
реакционной
смеси,
синтез
побочные
и
и
п-йоданилина.
выделение
реакции,
Обзор
целевого
спектральная
методик,
продукта
из
характеристика.
Альтернативные синтезы: нитробезол, о- и n-нитрофенолы, n-нитроанилин, мнитробензойная кислота.
Общая характеристика методов диазотирования и азосочетания. Механизмы
реакций. Синтез йодбензола и метилоранжа. Обзор методик, планирование
эксперимента, синтез и выделение целевого продукта из реакционной смеси,
побочные реакции, спектральная характеристика. Альтернативные синтезы:
фенол, п-крезол, хлорбензол, метиловый красный, конго красный.
Синтезы
с
магнийорганческих
помощью
соединений.
магнийорганических
Реактивы
Гриньяра.
соединений.
Получение
Типы
реактивов
Гриньяра и использование их в органическом синтезе.
III. Фонды оценочных средств.
1. Текущий контроль успеваемости
Примеры заданий для проведения рейтингового контроля и контроля
самостоятельной работы
Задание 1. Определите, по какому механизму протекают следующие реакции:
à)
CH3 + CH 3Br
á) CH3-CH=CH2 + Cl2
FeBr3
CH3-CHCl-CH2Cl
â) CH3-CH2-CH=O + NH2OH
ã) CH3-CH=CH2 + C2H5SH
ä) O2N
CH3 + HBr
H3C
CH3-CH2-CH=N-OH
ROOR
Br + CH 3ONa
CH3CH2CH2-S-CH2CH3
CH3OH
O2N
OC Í 3 + NaBr
Задание 2. На примере реакции бромбензола с амидом натрия в жидком аммиаке
раскройте сущность механизма нуклеофильного замещения, включающего стадию
образования дегидробензола.
Ответьте на вопросы:
а) каково строение дегидробензола?
б) почему 2,6-диметилбромбензол не реагирует с амидом натрия?
в) почему реакционная способность арилгалогенидов зависит от природы
галогена и наименее реакционноспособными являются фторзамещенные?
Задание 3. Объясните результаты следующих реакций:
à) ï -õëî ðòî ëóî ë
á) ì -õëî ðòî ëóî ë
â) î -áðî ì àí èçî ë
NaOH
H2O, 340oC
NaNH2
NH3 (æ)
NaNH2
NH3 (æ)
ã) 2-áðî ì -3-ì åòèëàí èçî ë
ï -êðåçî ë (50%) + ì -êðåçî ë (50%)
î -, ì - è ï -òî ëóèäèí û
ì -àí èçèäèí
NaNH2
NH3 (æ)
í å ðåàãèðóåò
2. Промежуточная аттестация
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1. Основные тенденции развития органического синтеза.
2. Ретросинтетический анализ. Понятие о синтонах.
3. Роль планирования в синтезе. Линейный и конвергентный подходы.
4. Органические реакции и синтетические методы. Примеры.
5. Взаимопревращения функциональных групп. Примеры синтезов.
6. Защита функциональных групп. Примеры синтезов.
7. Селективность органических реакций.
8. Способы образования новой С—С связи.
9. Сокращение углеродной цепи.
10. Перегруппировки. Перегруппировки с сохранением углеродного скелета.
11. Перегруппировки с расщеплением углеродного скелета.
12. Построение циклических структур. Специфика задач при синтезе циклических
структур.
13. Методы выделения и очистки органических веществ.
14. Стандартное оборудование для органического синтеза.
15. Способы идентификации органических соединений.
16. Расчет синтеза органического соединения.
IV. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля)
Основная литература:
1. Реутов О.А. Органическая химия: учебник для студентов вузов,
обучающихся по направлению и специальности "Химия": в 4 ч. / О. А.
Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бутин ; Моск. гос. ун-т им. М. В. Ломоносова. - 2-е
изд., испр. - Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. – 722с.,
http://82.179.130.21//Texts/1002354оно.pdf
2. Смит В.А., Дильман А.Д. Основы современного органического синтеза. М.:
Бином, 2009.
3. Титце Л., Айхер Т. Препаративная органическая химия. М.: Мир, 2009.
Дополнительная литература:
1. Смит В., Бочков А., Кейпл Р. Органический синтез. М.: Мир, 2001.
2. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. М.: Химия, 1991.
3. Практикум по органической химии./Под ред. О.Ф. Гинзбурга, А.А. Петрова.
М.: Высш. шк., 1989.
4. Васильева Н.В., Смолина Т.А. Органический синтез. М.: Просвещение, 1986.
5. Днепровский А.С., Темникова Т.И. Теоретические основы органической
химии. М.: Химия, 1991.
6. Костиков Р.Р., Беспалов В.Е. Основы теоретической органической химии.
Л.: Химия, 1982.
7. Рейнгард В., Хофман В. Механизмы химических реакций. М.: Химия, 1979.
8. Марч Дж. Органическая химия. М.: Мир, 1987–1988. Т. 1–4.
9. Керри Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии. М.: Химия,
1981.
10. Джексон Р.А. Введение в изучение механизма органических реакций.
М.: Химия, 1978.
Программное обеспечение, информационные справочные системы
и Интернет-ресурсы:
1. http://www.xumuk.ru/
2. http://nehudlit.ru/books/subcat283.html
3. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/BIOHIMIYA.html
4. http://elibrary.ru/
5. http://www.medbook.net.ru/23.shtml
6. http://www.chem.msu.su/rus/teaching/kolman/index.htm
V. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
1. Учебная аудитория с мультимедийной установкой
2. Учебная
лаборатория,
оснащенная
оборудованием, реактивами и посудой.
необходимым
химическим
VI. Cведения об обновлении рабочей программы дисциплины (модуля)
№
п/п
Обновлённый
раздел рабочей
программы
дисциплины
Описание внесенных изменений
Дата и
протокол
заседания
кафедры,
утвердившего
изменения