Направление 04.06.01 - Химия Профиль Органическая химия

Направление 04.06.01 - Химия
Профиль
Органическая химия
Закономерности строения и реакционного поведения органических
соединений. Теория химического строения А.М. Бутлерова. Представления о
пространственном строении молекул. Электронная теория химической связи, типы связей
в органической химии, представления о молекулярных орбиталях, типы гибридизации
атомов углерода, понятие о сопряжении. Электроотрицательность, электронные эффекты,
взаимное влияние атомов в молекуле.
Основные классификации органических соединений, основы номенклатуры.
Представление о механизме органических реакций, нуклеофильных и электрофильных
реагентах, гетеролитическом и гомолитическом типе разрыва связи, типах
промежуточных частиц: карбениевых ионах, карбанионах, радикалах, карбенах.
Алканы. Гомологический ряд, номенклатура, изомерия. Физические свойства.
Методы получения, промышленные и лабораторные. Химические свойства: хлорирование
и сульфохлорирование, нитрование, окисление, дегидрирование и изомеризация,
проблема активации алканов. Нефть и продукты ее переработки.
Алкены. Номенклатура, изомерия связи, строение двойной связи, цис- трансизомерия. Физические свойства. Методы получения: дегидрогалогенирование,
дегидратация, крекинг алканов. Химические свойства: электрофильное присоединение
(присоединение галогенов, галогенводородных кислот, воды), механизм трансприсоединения, участие σ- и π- комплексов, направление присоединения, правило
Марковникова. Гидрирование и окисление алкенов (реакция Вагнера, озонирование,
Вакер-процесс, реакция Прилежаева), гидроборирование. "Оксо-синтез", полимеризация,
различные механизмы полимеризации этилена, полиэтилен. Отдельные представители:
этилен, пропилен.
Алкины. Номенклатура, изомерия связи, строение тройной связи. Физические
свойства, устойчивость ацетилена, горение. Получение ацетилена, промышленные
способы. Введение в молекулу тройной связи. Химические свойства алкинов, реакции
присоединения (присоединение галогена, водорода, галогеноводорода, воды (Кучеров),
спиртов, уксусной кислоты и цианистого водорода, гидроборирование). Димеризация,
тримеризация и тетрамеризация ацетилена, кислые свойства алкинов, реакции с участием
ацетиленового атома углерода - получение ацетиленидов, комплекс Иоцича, конденсация
с карбонильными соединениями. Изомеризация тройной связи. Ацетилен, продукты,
получаемые из ацетилена.
Алкадиены. Типы диеновых углеводородов, их классификация. Номенклатура,
сопряжение в 1,3-диенах. Химические свойства: 1,2- и 1,4-присоединение к 1,3-диенам
электрофильных агентов, полимеризация, диеновый синтез.
Отдельные представители: бутадиен, хлоропрен, изопрен. Методы их получения и
пути использования. Линейные и пространственные полимеры, каучуки, вулканизация
каучуков.
Циклоалканы. Разнообразие структур в химии карбоциклических соединений.
Номенклатура, изомерия. Методы получения (промышленные способы, циклизация,
превращение одного цикла в другой). Физические свойства. Химические свойства на
примере простейших представителей. Устойчивость циклоалканов, напряженность
циклов, теория Байера, характер связей в циклопропане. Основы конформационного
анализа. Конформации циклогексана. Ароматизация циклогексана.
Понятие о строении терпенов и каротина как изопреноидов. Основа скелета
стероидов.
Арены. Краткая историческая справка о развитии химии ароматических
соединений. Понятие об ароматичности, правило Хюккеля. Структурная формула бензола,
понятие о резонансе. Многообразие ароматических соединений, многоядерные системы.
Номенклатура и изомерия. Физические свойства. Промышленные методы получения
бензола и его гомологов. Химические свойства, реакции электрофильного замещения:
нитрование, сульфирование, галогенирование, алкилирование и ацилирование. Механизм
электрофильного замещения, σ- и π- комплексы, лимитирующая стадия процесса,
реакционная способность ароматических соединений в этих реакциях. Правила
ориентации, ориентанты I и II рода. Реакции присоединения в ароматическом ряду
(гидрирование, галогенирование, озонирование) радикальные реакции в алкильную цепь
при галогенировании. Нуклеофильное ароматическое замещение, анионные комплексы.
Галогенпроизводные. Алифатические галогенпроизводные моно-, ди- и
полизамещенные. Номенклатура и изомерия. Физические свойства. Методы получения
монозамещенных галогенпроизводных из алканов, олефинов и спиртов, получение
фторпроизводных. Химические свойства: реакции нуклеофильного замещения под
действием различных нуклеофильных реагентов (гидролиз, алкоголиз, реакция с нитрит- и
цианид-ионами). Понятие о SN2 и SN1 механизмах, кинетика, стереохимия (Вальденовское
обращение) и влияние структуры. Реакции элиминирования, взаимодействие
алкилгалогенидов с металлами. Получение и свойства дигалогензамещенных, гем и
вицинальных. Галоформы, получение, галоформная реакция.
Непредельные галогенпроизводные. Винил- и аллилгалогениды. Сравнение
реакционной способности.
Ароматические галогенпроизводные, галогенирование в цепь и кольцо. Реакция
Ульмана, активация галогена в ароматическом кольце под действием нитро-групп.
Спирты, фенолы, меркаптаны. Одноатомные спирты. Гомологический ряд,
номенклатура, изомерия. Физические свойства, роль водородной связи. Методы
получения, промышленные (метанол на основе СО. Гидроформилирование с
последующим восстановлением, окисление, ферментация), лабораторные (гидролиз,
гидратация, гидрирование альдегидов и кетонов, реакция карбонильных соединений с
реактивами Гриньяра). Химические свойства. Кислые свойства спиртов, получение
алкоголятов, реакция с реактивом Гриньяра, ацилирование. Реакция гидроксильной
группы: замещение на галоген, дегидратация (внутри- и межмолекулярная),
взаимодействие с аммиаком. Окисление. Отдельные представители: метанол, этанол,
получение и использование.
Непредельные спирты, изомеризация винилового спирта в ацетальдегид,
аллиловый спирт.
Многоатомные спирты, двухатомные спирты (гликоли), получение и свойства.
Этиленгликоль, применение. Трехатомные спирты (глицерин), получение, свойства,
использование.
Фенолы. Основные представители одно-, двух- и трехатомных фенолов, нафтолы.
Промышленные способы получения фенола. Методы введения гидроксильной группы в
ароматическое кольцо. Химические свойства: взаимное влияние гидроксильной группы и
ароматического кольца, получение фенолятов, нитрование и бромирование, ацилирование
по гидроксильной группе, оксиметилирование, получение фенолформальдегидных смол.
Нитрофенолы, пикриновая кислота, таутомерия. Гидрохинон, окисление фенола в хинон,
хиноидная структура. Применение фенола и его производных для получения
пластических масс, красителей, инсектицидов, салициловых препаратов, антиоксидантов,
в качестве дезинфицирующего средства.
Меркаптаны, кислые свойства SH-группы, легкость окисления.
Простые эфиры и эфиры неорганических кислот. Номенклатура и изомерия.
Физические свойства. Методы получения. Химические свойства, способность к
окислению, оксониевые соединения. Диэтиловый эфир, окись этилена, диоксан. Эфиры
борной, серной, азотной и азотистой кислот.
Оксосоединения (альдегиды и кетоны). Номенклатура, строение карбонильной
группы. Физические свойства. Методы получения: окисление СН-связей и спиртов,
озонолиз двойных связей и расщепление, Вакер-процесс, реакция Кучерова, пиролиз
солей. Восстановление карбоновых кислот и их эфиров, хлорангидридов (по Розенмунду).
Гидроформилирование. Химические свойства: реакции присоединения водорода HCN,
аммиака, бисульфита натрия, реактива Гриньяра. Реакции замещения: получение оксимов,
гидразонов, ацеталей, реакция с PCl5. Реакции с участием - Н: галогенирование,
конденсации (альдольная и кротоновая). Окисление, сравнение свойств альдегидов и
кетонов. Отдельные представители: муравьиный альдегид, ацетальдегид, ацетон.
Непредельные альдегиды и кетоны: акролеин, кротоновый альдегид, его цис-трансизомерия. 1,2- и 1,4-присоединение к енонам.
Ароматические альдегиды и кетоны. Получение бензальдегида из толуола, реакция
с
аминами.
Реакция
Канниццаро,
бензоиновая
конденсация.
Получение
жирноароматических кетонов по Фриделю-Крафтсу. Ацетофенон и бензофенон,
сравнение с алифатическими кетонами.
Карбоновые кислоты и их производные. Одноосновные кислоты,
гомологический ряд, номенклатура. Строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона.
Физические свойства. Методы получения: окисление органических соединений, гидролиз
нитрилов, омыление сложных эфиров, реакция реактива Гриньяра с диоксидом углерода.
Химические свойства: галогенирование, получение производных. Свойства солей
карбоновых кислот. Этерификация кислот и омыление сложных эфиров.
Соли, ангидриды, амиды, хлорангидриды, нитрилы, сложные эфиры, их свойства и
взаимные превращения.
Отдельные представители кислот: муравьиная, уксусная, пальминовая и
стеариновая кислоты.
Дикарбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, адипиновая.
Методы их получения. Физические свойства. Химические свойства, характерные для
каждого типа кислот. Особые свойства метиленовой группы малонового эфира, синтезы
на основе малонового эфира. Ангидрид и амид янтарной кислоты. Адипиновая кислота
как полупродукт в синтезе найлона. Синтетические волокна.
Непредельные карбоновые кислоты. Получение акриловой кислоты. Олеиновая
кислота, цис-транс-изомерия на примере малеиновой и фумаровой кислот. Полимеры на
основе производных акриловой и метакриловой кислот (плексиглас, нитрон).
Ароматические карбоновые кислоты. Бензойная кислота, получение окислением
толуола. Хлористый бензоил, бензоилирование. Коричная кислота, получение, цис-транс-
изомерия. Фталевая кислота, получение из нафталина, фталевый ангидрид. Терефталевая
кислота, получение из п-ксилола, синтетическое волокно на ее основе (лавсан).
Диметилфталат (свойства инсекторепеллента).
Жиры. Аналитические характеристики и химические свойства.
Сложные липиды. Мыла, детергенты, воски.
Окси- и кетокислоты. Методы получения α-, β- и γ–оксикислот. Физические
свойства. Дегидратация α-, β-, γ–оксикислот (лактиды и лактоны). Отдельные
представители: Гликолевая, молочная, яблочная, винная, лимонная кислоты, нахождение в
природе и свойства. Оптическая изомерия, понятие о хиральности молекулы,
энантиомеры, диастереомеры, рацематы. Стереоизомерия винных кислот. Оптические
ряды, абсолютная и относительная конфигурация. Проекционные формулы. Разделение
рацематов. Асимметрический синтез, частичный и абсолютный.
Кетокислоты (оксокислоты). Пировиноградная кислота, получение и свойства.
Ацетоуксусный эфир, синтезы на его основе, кислотное и кетонное расщепление.
Двойственное реагирование енолятов ацетоуксусного эфира, строение енолят-иона. Кетоенольная таутомерия.
Углеводы. Нахождение в природе, фотосинтез, роль в жизнедеятельности
человека. Классификация. Отдельные представители альдопентоз (рибоза, дезоксирибоза,
арабиноза, ксилоза) и альдогексоз (глюкоза, манноза, галактоза), их строение.
Установление строения глюкозы. Открытая и циклическая формы глюкозы (пиранозная и
фуранозная). Глюкозидный гидроксил. Кольчато-цепная таутомерия и мутаротация
сахаров. Окисление, восстановление и ацилирование альдоз. Фруктоза как пример кетозы,
строение, свойства, образование из глюкозы. Связь конфигурации сахаров с D- и Lглицериновым альдегидом. Дисахариды: сахароза, мальтоза и целлобиоза. Полисахариды:
крахмал и клетчатка, пути химической переработки.
Амины. Алифатические амины. Классификация, номенклатура, изомерия.
Физические свойства. Методы получения (реакция Гофмана, реакция Габриэля,
восстановлением азотистых соединений, из галогенпроизводных и спиртов). Химические
свойства: роль свободной электронной пары в проявлении основных свойств и
комплексообразовании. Ацилирование, алкилирование, действие азотистой кислоты.
Реакция первичных и вторичных аминов с реактивом Гриньяра, окисление третичных
аминов. Четвертичные аммониевые основания и соли, применение в межфазном катализе.
Диамины, аминоспирты (коламин, холин, ацетилхолин).
Ароматические амины (анилин, толуидин). Получение из нитропроизводных
(Зинин). Взаимное влияние аминогруппы и бензольного кольца, реакции по аминогруппе
(образование солей, ацилирование, алкилирование, образование Шиффовых оснований),
электрофильное замещение, реакции с азотистой кислотой. Сравнение свойств
алифатических и ароматических аминов.
Аминокислоты и белки. Природные аминокислоты, их стереохимия. Методы
получения. Физические свойства, амфотерность. Химические свойства, взаимные
превращения с окси- и кетокислотами. Сравнение свойств α- , β- и γ- аминокислот.
Отдельные представители аминокислот: глицин, аланин, фенилаланин, валин, лейцин,
аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, серин, треонин, лизин, цистин, пролин,
триптофан. Белки, классификация, общие представления о строении, физических и
химических свойствах, характерные реакции. Пептидные спирали и водородные связи.
Гетероциклические соединения. Пятичленные гетероциклические соединения с
одним гетероатомом: фуран, тиофен, пиррол. Нахождение в природе, строение, участие рэлектронной пары гетероатома в создании ароматической системы.
Фуран. Получение фурана из фурфурола и 1,4-дикарбонильных соединений.
Химические свойства: склонность к полимеризации, гидрирование, хлорирование,
меркурирование, сульфирование, окисление.
Тиофен. Получение из углеводородов и 1,4-дикарбонильных соединений.
Химические свойства: восстановление, нитрование, хлорирование, алкилирование,
ацилирование, меркурирование.
Пиррол. Получение из 1,4-дикарбонильных соединений, аммониевой соли слизевой
кислоты, из ацетилена и из сукцинимида. Взаимные превращения пятичленных
гетероциклов (Юрьев). Химические свойства: электрофильные реакции (сульфирование,
иодирование), кислотные свойства имино-группы пиррола, алкилирование и
ацилирование К- и Мg-солей. Вхождение пиррольного кольца в природные объекты:
порфирин, гемоглобин, хлорофил. Сравнение свойств пятичленных гетероциклов. с
бензолом.
Пиридин как представитель шестичленных гетероциклов. Нахождение в природе.
Пиридиновое кольцо в составе природных соединений.
Получение из акролеина. Химические свойства: нуклеофильное замещение
(Чичибабин), гидрирование, ориентация и условия электрофильного замещения.
Представление о нуклеиновых кислотах.