04.06.01 - Химические науки

Введение
Химия элементоорганических соединений относится к наиболее бурно
развивающейся области химии. Многообразие химических элементов,
особенности электронного строения их атомов и, следовательно, разнообразие
химических превращений позволяют говорить о том, что данная отрасль
химической
науки
определяет
возможности
познания
основных
фундаментальных законов химии в их наиболее общей форме.
Уникальность строения большинства элементоорганических соединений,
особенно полученных на ранних этапах развития элементоорганической химии,
предполагали их использование только в теоретических химических
исследованиях. Однако уже спустя несколько лет, были обнаружены
возможности практического применения прежде всего кремний- и
фосфорорганических соединений. Это было обусловлено бурным развитием
таких областей науки и техники, как машиностроение, радиотехника,
электроника, создание летательных (в том числе космических) аппаратов,
которые поставили перед химиками задачу создания новых материалов,
выдерживающих высокие и низкие температуры. Очень важно, что при
существенных изменениях внешних воздействующих условий материалы
должны характеризоваться малыми изменениями своих свойств, то есть
должны сохранять работоспособность при воздействии агрессивных сред,
высоких и низких температур, радиоактивных излучений и т.д.
Именно благодаря развитию элементоорганической химии такие
материалы были получены. В настоящее время область их практического
применения не ограничивается техникой. Получены соединения со связями
металл–элемент, которые применяются в медицине, сельском хозяйстве,
косметике и парфюмерии. Особенно велика роль элементоорганических
соединений в развитии химии и химической промышленности. Сюда входят
принципиально новые катализаторы и реагенты, смазочные материалы,
антивспениватели, ингибиторы коррозии и разрушения полимеров и т.д.
Элементоорганическая химия тесно связана и способствует развитию
такой новой области, как нанотехнология, использующая эффекты
высокодиспергированных структур.
Научные исследования в области элементоорганической химии
охватывают очень разнообразные аспекты человеческой деятельности. Сюда
входят чисто химические исследования методов получения, изучение строения
и свойств элементоорганических соединений, получение практически важных
веществ – новых типов адсорбентов, новых смазочных материалов, новых
наноматериалов для микроэлектроники и т.д. Каждый человек, желающий
приобщиться к удивительной области человеческой деятельности – к науке,
может найти в химии элементоорганических соединений нужное направление,
которое будет отвечать его подготовке и уровню химических знаний,
полученных в вузе. Следует только помнить, что учеба в аспирантуре – это
большой труд, и только беспредельно преданные науке могут добиться в ней
успехов.
1. Общие положения программы
Поступающий в аспирантуру по химии элементоорганических
соединений должен четко представлять место этой области знаний в
химической науке. Для этого необходимо познакомиться с кратким обзором
истории развития элементоорганической химии, желательно не только по
учебникам, рекомендованным в конце программы, но и с использованием
интернет ресурсов и химической энциклопедии. Важно понять особенности
химической связи элемент–углерод, и влияние этих особенностей на свойства
элементоорганических соединений.
Для подготовки к экзамену важно освежить знания по основному курсу
химии: строение атома, природа химической связи, основные законы
химической термодинамики и химической кинетики, роль катализаторов в
химических превращениях. Только после этого можно приступать к изучению
основных разделов программы вступительного экзамена.
Следует помнить, что наука – это не усвоение того, что было сделано
другими учеными, это – постоянное движение в поиске новых знаний, новых
законов и закономерностей природы. Поэтому уже на стадии подготовки к
вступительному экзамену будущий аспирант должен использовать не только те
знания, которые были получены в вузе, но и получить существенно новую
информацию, которая может быть связана с его дальнейшей научной работой.
Для сдачи вступительного экзамена поступающему предлагается
написать реферат, как правило, непосредственно связанный с будущей темой
исследования. Тематику реферата можно также выбрать с учетом научных
интересов аспиранта, по предложению руководителя или воспользоваться
перечнем примерных тем рефератов, приведенного в программе.
Главное, что должно присутствовать при ответе на вступительном
экзамене – это умение творчески мыслить, видеть задачи и перспективы своих
будущих исследований. Поэтому помимо ответов на поставленные перед
поступающим вопросы, важное значение имеет беседа членов приемной
комиссии по кандидатскому экзамену с поступающим. При оценке ответа
важное значение имеет мотивация поступления в аспирантуру и общий
кругозор поступающего.
2. Основные разделы вступительного экзамена по химии
элементоорганических соединений
1.
Понятие об элементоорганических соединениях. Свойства
элементов и образуемых ими соединений в свете Периодического закона Д.И.
Менделеева. Классификация элементов с точки зрения строения их атомов.
Связь химии элементоорганических соединений с другими химическими
дисциплинами.
2.
Основные области применения элементоорганических соединений.
Особенности свойств кремнийорганических полимеров – основа их
практического применения.
3.
Особенности химии и технологии элементоорганических
соединений. Связь элемент-углерод и элемент-элемент с точки зрения энергии
связи. Основные тенденции создания новых элементоорганических материалов.
Влияние d-орбиталей атомов элементов на свойства элементоорганических
соединений.
4.
Основные методы получения элементоорганических соединений.
Классические
методы,
прямой
синтез
и
использование
других
металлорганических соединений (реакция Гриньяра). Особенности получения
элементоорганических полимеров. Полимеризация и поликонденсация.
Модификация природных полимеров введением дополнительных элементов в
их структуру.
5.
Методы
исследования
структуры
элементоорганических
соединений. Сопоставление химических и физико-химических методов.
Спектральные методы (ИК спектроскопия, спектроскопия ЯМР), их физическая
сущность и применение. Масс-спектрометрия, особенности ее использования в
элементоорганической химии.
6.
Реакционная способность элементоорганических соединений.
Основные типы реакций в элементоорганической химии. Разрыв связей
элемент–углерод и участие функциональных групп. Методы изучения
реакционной способности (термодинамика и кинетика). Нуклеофильные и
электрофильные реакции элементоорганических соединений. Возможности
получения наноструктур.
3. Примерные темы рефератов
1.
Экологические
проблемы
производства
и
применения
элементоорганических соединений.
2.
Особенности свойств кремнийорганических соединений и их
использование в машиностроении (строительстве, на железнодорожном
транспорте).
3.
Природа связи элемент–углерод и ее влияние на свойства кремний(фосфор-, халькоген- и тд.) органических соединений.
4.
Роль
элементоорганических
соединений
в
развитии
нанотехнологии.
5.
Элементоорганические соединения в электронике и радиотехнике.
6.
Особенности реакционной способности элементоорганических
соединений (на конкретном элементе).
7.
Применение метода ЯМР в элементоорганической химии.
8.
Применение масс-спектрометрии в элементоорганической химии.
9.
Методы получения и исследования свойств координационных
соединений металлов.
10.
Создание
новых
адсорбентов
с
использованием
элементоорганических соединений.
4. Вопросы к вступительному экзамену
1. Краткий очерк истории развития элементоорганической химии.
2. Почему элементоорганическая химия выделена в самостоятельную
научную дисциплину?
3. Основные положения Периодического закона и их связь со свойствами
элементоорганических соединений.
4. Строение атомов элементов. Природа образуемых ими связей.
Особенности связи элемент–углерод.
5. Основные способы получения элементоорганических соединений
(показать на конкретных примерах).
6. Особенности
реакционной
способности
элементоорганических
соединений.
7. Использование структуры элементоорганических соединений. Общая
характеристика методов.
8. ИК спектроскопия в элементоорганической химии.
9. Метод ЯМР (общие положения).
10. Масс-спектрометрия (общие положения).
11. Кремнийорганические соединения (получение, свойства, применение).
12. Халькогенорганические соединения (получение, свойства, применение).
13. Области применения элементоорганических соединений на ж/д
транспорте ( в строительстве, в машиностроении, в химии и т.д.).
14. Экологические
проблемы
применения
элементоорганических
соединений.
15. Связь химии элементоорганических соединений с нанотехнологией.
5. Учебно-методические материалы
Основная литература
1. Чернышев В.К. Химия элементоорганических соединений.– М.:
БИНОМ. Лаборатория знаний. 2012– 480с.
2.
Хананашвили
Л.М.,
Андрианов
К.А.
Технология
элементоорганических мономеров и полимеров.– М.: ИКЦ «Академкнига».
2003.– 414с.
3. В.В. Скопенко, А.Д. Гарновский. Координационная химия.– М.: ИКЦ
«Академкнига». 2007.– 487с.
4. Ю. Беккер. Спектроскопия.– М.: Техносфера. 2009.– 527с.
Дополнительная литература
1. Синеговская Л.М. Строение вещества. ИрГУПС. 2013.– 96с.
2. Эльшенбройх К. Металлорганическая химия.– М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний. 2011.– 746с.
3. Де Веки А.В. Катализ. Теория и практика.– СПб.: ООО «НПО
Профессионал». 2010.– 504с.
4. Лебедев А.Т. Масс-спектроскопия в органической химии.– М.:
БИНОМ. Лаборатория знаний. 2003.– 493с.
5. Цирельсон В.Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и
твердые тела.– М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2010.– 496с.
6. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения.– М.: ИЦ
«Академия». 2003.– 368с.