Кировское областное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного образования

Кировское областное государственное автономное образовательное учреждение
дополнительного образования
«ЦЕНТР ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОДАРЕННЫХ ШКОЛЬНИКОВ»
УТВЕРЖДАЮ
_________________
директор ЦДООШ
Е. Н. Перминова
« ___ » _____________20___г
Дополнительная образовательная программа кружка
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
10 – 11 класс
(Профильный уровень)
Срок реализации – 1 год
Составители:
Бакулева М.А.,
методист ЦДООШ
Выговский А.А.
студент III курса МГУ им. М.В. Ломоносова
г. Киров
2015
I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Направленность данной программы – естественно-научная.
Актуальность. Идущая в настоящее время модернизация образования,
переход на профильное обучение в старших классах средней школы ставят
перед педагогической наукой новые сложные задачи, требующие неотложного
решения. Это проблемы повышения доступности, качества и эффективности
химического образования; перевод процесса обучения на технологии
личностно-ориентированного
обучения,
усиление
практической
направленности и компьютеризации процесса обучения.
В системе естественнонаучного образования химия как учебный
предмет занимает важное место, определяемое ролью соответствующей
науки в познании законов природы, в материальной жизни общества, в
решении глобальных проблем человечества, в формировании научной
картины мира.
В новых социально-экономических условиях именно система
дополнительного образования способна не только адаптироваться к рыночным
отношениям, но и предложить многообразие образовательных услуг,
создающих условия для личностного, профессионального, творческого
развития детей.
Цель и задачи кружка. Цель дополнительного образования детей развитие интересов и познавательных потребностей каждого ребенка,
формирование духовно богатой, свободной, творчески мыслящей, социально
активной личности, обладающей прочными знаниями, ориентированной на
высокие нравственные ценности, способной впоследствии на участие в
социальном и духовном развитии общества.
Эта цель может быть реализована следующим образом:
обеспечение необходимых условий для интеллектуального и
личностного развития, профессионального самоопределения и
творческого труда детей;
адаптация их к жизни в обществе;
формирование общей культуры;
организация содержательного досуга.
Цель программы кружка – развитие познавательного интереса учащихся к
химии, формирование научной картины мира.
Задачи
образовательные: способствовать углублению и расширению знаний о
химическом элементе и формах его существования, веществе и его
строении, о системах веществ и закономерностях лежащих в основе их
существования, способствовать формированию специальных знаний и
умений по химии;
воспитательные: продолжить формирование элементов диалектикоматериалистического
мировоззрения
(научной
картины
мира),
продолжить воспитание таких качеств личности как ответственность,
аккуратность, патриотизм и т.д.
развивающие: способствовать развитию познавательного интереса и
стремления к самообразованию, способствовать развитию, логического
мышления и других психических процессов, способствовать развитию
самостоятельности и творческих способностей учащихся.
Особенности программы. Кружок «Органическая химия» предназначен
для учащихся 10 – 11 класса средней общеобразовательной школы (16 – 18 лет).
Программа предполагает проведение комбинированных занятий, в
которых первая половина занятия – теоретическая, а вторая – практическое
применение полученных теоретических знаний для решения типовых и
нестандартных задач. Все изучаемые разделы химии будут снабжены кроме
теоретического материала примерами решения задач, а также задачами для
самостоятельного решения.
Такая структура занятий позволит учащимся узнать и освоить те разделы
химии, которым недостаточно внимания уделяется в школьном курсе или
которые не рассматриваются в нем вовсе. К таким разделам, в первую очередь,
следует отнести теорию строения и свойства комплексных соединений,
химическую термодинамику, кинетику и химическое равновесие, гидролиз
солей, способы выражения концентрации растворов, окислительновосстановительные реакции и их практическое применение, качественные
реакции катионов и т.д. При изучении органической химии большое внимание
будет уделено типам, механизмам и закономерностям протекания химических
реакций с участием органических веществ.
Формы и режим занятий. Занятия рассчитаны на 2 часа, один раз в
неделю. Инвариантная часть 34 часа, вариативная часть 10 часов в год.
-
II. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Разделы и темы
Химические реакции с участием органических
веществ
Основы стереохимии
Диеновые углеводороды
Механизмы реакций в ароматическом ряду
Фенолы
Простые эфиры
Ангидриды
Амиды, нитрилы, производные угольной
кислоты
Многоосновные и непредельные карбоновые
кислоты
Хиноны
Нитросоединения
Диазосоединения
Гетероциклические соединения
Высокомолекулярное соединения
Итого:
Кол-во часов
Инвариантная
часть
Вариативная
часть
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
4
2
2
2
4
4
34
2
10
III. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
Химические реакции с участием органических веществ
Классификация реагентов и реакций. Электронные эффекты заместителей.
Индуктивный и мезомерный эффекты и способы изображения этих эффектов.
Примеры групп с + I, – I, + M и – М эффектами. Эффект гиперконьюгации
(сверхсопряжения). Влияние электронных эффектов заместителей на стабильность и
реакционную способность органических соединений и промежуточных частиц.
Резонансные структуры, правила их построения.
Основы стереохимии
Геометрическая изомерия соединений с двойной связью. Цис, транс изомеры.
Способы изображения пространственного строения молекул с sр'-гибридизованным
углеродом: клиновидные проекции, "лесопильные козлы", проекции Ньюмена.
Конформации, конформеры.
Асимметрический атом углерода. Хиральность, условия, необходимые для
возникновения хиральности. Конфигурация, отличие от конформации. Оптическая
изомерия, оптическая активность. Энантиомеры. Рацематы.
Принцип R, S номенклатуры. Определение порядка старшинства заместителей у
хирального центра (правило Кана-Ингольда-Прелога). Абсолютная и относительная
конфигурации. Проекционные формулы (Э.Фишер). Их построение, правила
пользования ими (для соединений с одним асимметрическим атомом углерода).
Способы разделения рацематов. Соединения с двумя хиральными центрами.
Построение проекций Фишера. Диастерео-меры. Мезоформы. Эритро- и треономенклатура. Представление об оптической изомерии соединений, не содержащих
асимметрического атома углерода. Z-, Е- и син-, анти- номенклатура.
Диеновые углеводороды
Бутадиен-1,3, особенности строения. Химические свойства 1,3-Диенов.
Галогенирование, гидрирование и гидрогалогенирование 1,3-диенов. 1,2- и 1,4присоединение.
Типы диенов. Изолированные, кумулированные и сопряженные диены.
Изомерия и номенклатура. Методы синтеза 1,3-диенов: дегидрирование алканов,
получение бутадиена по Лебедеву.
Реакция Дильса-Альдера с алкенами и алкинами, стереохимия реакции и ее
применение в органическом синтезе.
Механизмы реакций в ароматическом ряду
Электрофильное замещение
Нитрование. Нитрующие агенты. Нитрование бензола и его производных.
Галогенирование. Галогенирующие агенты. Сульфирование. Сульфирующие агенты.
Алкилирование аренов по Фриделю Крафтсу. Алкилирующие агенты. Ацилирование
аренов по Фриделю Крафтсу. Ацилирующие агенты. Общие представления о
механизме реакций электрофильного замещения (S E ). Представление о σкомплексах. Влияние природы заместителя на ориентацию и скорость реакции
электрофильного замещения. Электронодонорные и электроноакцепторные
заместители. Согласованная и несогласованная ориентация двух или нескольких
заместителей в ароматическом кольце.
Нуклеофильное замещение
Общие представления о механизмах нуклеофильного замещения (SN).
Механизм присоединения и отщепления SNAr, примеры реакций и
активирующее влияние электроноакцепторных заместителей. Анионные комплексы
Мейзенгеймера и их строение.
Методы генерирования и фиксации дегидробензола.
Реакции элиминирования
Направление элиминирования. Правила Зайцева и Гофмана.
Классификация механизмов элиминирования: Е1, E2 и Е1cb. Влияние природы
основания и уходящей группы на направление отщепления. Конкуренция процессов
Е2 и SN2, E1 и SN1.
Карбены – частицы с двухкоординированным атомом углерода. Понятие о
карбеноидах.
Металлоорганические соединения
Литий и магнийорганические соединения. Методы синтеза: взаимодействие
металла с алкил или арилгалогенидами. Протолиз алкил– и арилмагний галогенидов.
Представление о шкале СН–кислотности углеводородов.
Литий и магнийорганические соединения в синтезе углеводородов, спиртов,
альдегидов, кетонов, карбоновых кислот. Диалкил– и диарилкупраты. Получение и
применение этих комплексных соединений, в том числе, в ароматическом синтезе.
Фенолы
Фенолы. Кумольный способ получения фенола в промышленности. Получение
фенолов методами щелочного плавление аренсульфонатов, замещения галогена на
гидроксил, гидролизом солей арилдиазония. Свойства фенолов. Фенолы как ОНкислоты. Сравнение кислотного характера фенолов и спиртов, влияние заместителей
на кислотность фенолов. Образование простых и сложных эфиров фенолов. Реакции
электрофильного замещения в ароматическом ядре фенолов.
Перегруппировка сложных эфиров фенолов в 2- и 4-ацилфенолы
(перегруппировка Фриса). Карбоксилирование фенолятов щелочных металлов
диоксидом углерода (реакция Кольбе-Шмитта). Формилирование фенолов: действие
хлороформом
в
щелочной
среде
(реакция
Реймера-Тимана),
действие
диметилформамида
в
присутствии
РОCl3
(реакция
Вильсмайера-Хаака).
Перегруппировка аллиловых эфиров фенолов (реакция Кляйзена).
Простые эфиры
Простые эфиры. Получение эфиров методом межмолекулярной дегидратации
спиртов. Свойства простых эфиров: образование оксониевых солей, расщепление
кислотами.
Получение эфиров по реакции Вильямсона и алкоксимеркурированием
алкенов.
Циклические эфиры. Оксираны. Способы получения. Раскрытие оксиранового
цикла под действием электрофильных и нуклеофильных агентов.
Гидропероксиды. Виниловые эфиры их получение. Диоксаны. Получение,
расщепление. Краунэфиры. Получение и применение в синтетической практике.
Галогенангидриды
Получение галогенангидридов с помощью галогенидов фосфора,
тионилхлорида, оксалилхлорида. Свойства: взаимодействие с нуклеофильными
реагентами (вода, спирты, аммиак, амины, гидразин, металлоорганические
соединения). Восстановление до альдегидов по Розенмунду и комплексными
гидридами металлов. Взаимодействие диазометана с галогенангидридами
карбоновых кислот – гомологизация карбоновых кислот (реакция Арндта-Айстерта).
Ангидриды
Методы получения: дегидратация кислот с помощью Р2О5; ацилирование
солей карбоновых кислот хлорангидридами. Реакции ангидридов кислот с
нуклеофилами. Реакция Перкина.
Дегидратация кислот с помощью фталевого ангидрида.
Кетен. Получение и свойства.
Амиды
Строение карбамоильной группы. Методы получения: ацилирование аммиака
и аминов, пиролиз карбоксилатов аммония, гидролиз нитрилов, перегруппировка
оксимов по Бекману. Свойства: гидролиз, восстановление до аминов, дегидратация
амидом. Понятие о секстетных перегруппировках.
Нитрилы
Методы получения нитрилов: дегидратация амидов кислот (с помощью Р2О5,
SOCl2, РОСl3), алкилирование цианид-иона. Свойства: гидролиз, аммонолиз,
восстановление до аминов, взаимодействие с магний и литийорганическими
соединениями. Реакция Риттера.
Производные угольной кислоты
Фосген, мочевина и ее производные, эфиры угольной кислоты, изоцианаты,
уретаны, семикарбазид, ксантогенаты. Получение и основные свойства.
Двухосновные кислоты
Методы синтеза: окислительное расщепление циклоолефинов и циклических
кетонов, окисление полиалкилбензолов. Щавелевая кислота, диэтилоксалат в
сложноэфирной конденсации. Малоновая кислота: синтезы с малоновым эфиром,
реакция Михаэля, конденсации с альдегидами (Кнёвенагель). Янтарная кислота, ее
ангидрид, имид, N-бромсукцинимид. Адипиновая кислота. Конденсация Дикмана.
Ацилоиновая конденсация эфиров дикарбоновых кислот как метод синтеза средних
циклов и макроциклов. Фталевая и терефталевая кислоты, промышленные методы
получения. Фталевый ангидрид, фталимид и его использование в синтезе.
Непредельные кислоты
Методы синтеза: дегидратация оксикислот, реакция Кнёвенагеля, реакция
Виттига, реакция Перкина.
Фумаровая и малеиновая кислоты. Ацетилендикарбоновая кислота.
Хиноны
Получение о- и п-бензо- и нафтохинонов. Свойства хинонов: получение моно
и диоксимов, присоединение хлористого водорода, анилина, уксусного ангидрида,
спиртов, реакция с диенами. Восстановление хинонов. Хлоранил, его использование
для окисления и получение. Хингидрон. Комплексы с переносом заряда (КПЗ).
Семихиноны. Понятие об анион-радикалах. Гидрохинон как ингибитор
свободнорадикальных реакций. Антрахинон: получение, представление о свойствах
и применение. Ализарин.
Нитросоединения
Нитроалканы. Методы синтеза из алкилгалогенидов (амбидентный характер
нитрит-нона), нитрование алканов по Коновалову.
Строение нитгрогруппы. Свойства нитроалканов: кислотность и таутомерия
нитроалканов, реакции нитроалканов с азотистой кислотой, галогенами, конденсация с
карбонильными соединениями, восстановление в амины. Ароматические
нитросоединения. Восстановление нитроаренов в кислой и щелочной среде.
Промежуточные продукты восстановления нитрогруппы (иитрозосоединения,
арилгидроксиламины, азокси-, азо- и гидразосоединения). Бензидиновая
перегруппировка.
Диазосоединения
Общие представления об алифатических диазосоединениях. Диазометан,
диазоуксусный эфир. Ароматические диазосоединения. Реакции диазотирования
первичных ароматических аминов. Реакции диазосоединений с выделением азота:
замена диазогруппы на гидроксил, галоген, циан, нитрогруппу и водород. Реакции
диазосоединений без выделения азота: восстановление до арилгидразинов,
азосочетание. Азокрасители.
Гетероциклические соединения
Классификация гетероциклов, номенклатура.
Пятичленные ароматические гетероциклы с одним гетероатомом. Фуран,
тиофен, пиррол. Синтез из 1,4-дикарбонильных соединений (Пааль-Кнорр), синтез
пирролов по Кнорру, взаимные переходы (реакция Юрьева). Ароматичность.
Реакции электрофильного замещения в пятичленных ароматических гетероциклах:
нитрование, сульфирование, галогенирование, формилирование, ацилирование.
Ориентация электрофильного замещения. Реакции, характеризующие фуран как
диен.
Индол. Синтез производных индола из фенилгидразина и кетонов (Фишер).
Реакции электрофильного замещения в пиррольном кольце индола: нитрование,
формилирование, галогенирование.
Шестичленные ароматические гетероциклы с одним гетероатомом. Пиридин,
хинолин и изохинолин. Синтез хинолина и замещенных хинолинов из анилинов по
Скраупу и Дёбнеру-Миллеру. Ароматичность пиридина. Пиридин и хинолин как
основания. Реакции пиридина и хинолина с алкилгалогенидами. Окисление и
восстановление пиридина и хинолина. Реакции электрофильного замещения в
пиридине и хинолине: нитрование, сульфирование, галогенирование. N-окись
пиридина и хинолина и их использование в реакции нитрования. Нуклеофильное
замещение атомов водорода в пиридине и хинолине в реакциях с амидом натрия
(Чичибабин) и фениллитием. Активация метильной группы в 2- и 4-метилпиридинах
и хинолинах. 2-Метилпиридины и хинолины как метиленовые компоненты в
конденсациях с альдегидами.
Высокомолекулярные соединения
Общая характеристика высокомолекулярных соединений. Общая формула.
Средняя молекулярная масса. Структура полимеров: линейная, разветвленная и
сетчатая, регулярная и нерегулярная. Получение полимеров. Мономер, структурные
звенья, полимер. Катионная, анионная, радикальная полимеризация и
поликонденсация. Степень полимеризации. Пластмассы. Получение, химические и
физические
свойства
полиэтилена,
полипропилена,
полистирола,
поливинилхлорида,
полиметилметакрилата,
фенолформальдегидной
смолы.
Синтетические волокна: лавсан, капрон, нейлон, нитрон, энант. Каучуки: получение,
химические и физические свойства. Природные волокна.
Стереорегулярность. Синдиотактические, изотактические и атактические
полимеры. Гомополимеры, сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры.
Гомоцепные и гетероцепные полимеры. Аморфные и кристаллические полимеры.
Степень кристалличности.
Конформационная изомерия, конформация, внутримолекулярное вращение и
гибкость макромолекулы.
Ионообменные смолы: получение и свойства. Полиэлектролиты – ионогенные
макромолекулы, их физико-химические характеристики, сила поликислот и
полиоснований. Специфическое связывание противоионов. Изоэлектрическая и
изоионная точка. Амфотерные полиэлектролиты.
IV. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Занятия в кружке должно быть многообразно, разнонаправлено, вариативно:
дети выбирают то, что им близко, что отвечает их потребностям, удовлетворяет
интересы. И в этом - ценность дополнительного образования: оно помогает
самоопределению, дает возможность развивать способности к самообразованию и
самовоспитанию.
Дети занимаются в кружке, не потому что "надо", а потому что есть интерес,
спрос, цель. И выстраивается это образование в соответствии с потребностями тех,
кто пришел. Занятия в кружке отличаются от занятий в школе, здесь нет жестких
рамок, нет жесткой оценки, нет стандарта, зато есть возможность для творчества,
главное здесь - не научить (передать определенные знания, умения, навыки), а
открыть ребенка, развить его потенциал, включить внутренние импульсы к
последующему развитию.
V. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Органическая химия
Артеменко А.И. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1998.
Грандберг И.И. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1980.
Гудкова А.С. От простого к сложному. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983.
Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. М.: Химия, 1980.
Терней А. Современная органическая химия. В 2-х томах. М: Мир, 1981.
Тюкавкина Н.А. Органическая химия. М: Медицина, 1998.
Вацуро И.В., Мищенко Г.Л. Именные реакции в органической химии. М.:
Химия, 1976.
8. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х.. Органическая химия. М.: Химия, 1979.
9. Кери Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии: В 2-х кн. М.:
Химия. 1981.
10.Козицина Л.А., Куплетская Н.Б., Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в
органической химии. М.: Химия. 1979.
11.Марч Дж. Органическая химия. В 4-х т. М.: Мир, 1985.
12.Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. М.: Мир, 1974.
13.Нейланд О.Я. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1990.
14.Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. В 2-х кн. М.:
Химия, 1974.
15.Потапов В.М. Стереохимия. М.: Химия, 1978. 695 с.
16.Робертc Дж., Касерио М. Основы органической химии. М.: Мир, 1978. т. 1 и 2.
17.Сайкс П. Механизмы реакции в органической химии. М.: Химия, 1991.
18.Шабаров Ю.С., Органическая химия. В 2-х т. М.: Химия, 1994.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.