«Органическая химия», «Химия твердого тела»» Объяснительная записка

Вступительное испытание по магистерским программам «Органическая
химия», «Химия твердого тела»» проводится по дисциплине «Химия»
Объяснительная записка
Требования к абитуриенту
Абитуриент, поступающий на 1 курс направления подготовки
020100.68 «Химия» должен:
- понимать особенности химической формы организации материи;
- знать место неорганических и органических систем в эволюции Земли,
единство литосферы, гидросферы и атмосферы и роль химического
многообразия веществ на Земле;
- знать основные экспериментальные методы современной химии и уметь их
использовать для сравнения и критической оценки естественно-научных и
теоретических построений, технологических решений, а также для прогноза
последствий своей профессиональной деятельности для окружающей
природы и человека.
Методологическая подготовленность абитуриента подразумевает
знание уровней организации вещества и химических систем, умение для
каждого из уровней идентифицировать исходные структуры, определять их
взаимосвязи, принципы организации, условие
функционирования,
механизмы сохранения и пределы устойчивости.
Абитуриент, поступающий в магистратуру по направлению подготовки
020100 «Химия» должен:
 знать теоретические основы неорганической химии, состав, строение и
химические свойства основных простых веществ и химических
соединений; понимать принципы строения вещества и протекания
химических процессов; владеть методами и способами синтеза
неорганических веществ, описанием свойств веществ на основе
закономерностей, вытекающих из периодического закона и периодической
системы элементов;
 понимать роль аналитической химии в системе наук; знать
метрологические основы химического анализа, типы реакций и процессов
в аналитической химии, основные методы анализа (выделения, разделения
и концентрирования, гравиметрических, титриметрических, кинетических,
электрохимических, спектроскопических; знать основные объекты
анализа; владеть методологией выбора необходимого метода анализа и
методикой его проведения;
 владеть теоретическими представлениями органической химии, иметь
знания о составе, строении и свойствах органических веществ –
представлений
основных
классов
органических
соединений
(углеводородов,
гомофункциональных
соединений,
гетерофункциональных соединений, гетероциклических соединений);
владеть основами органического синтеза;
 понимать основы физической химии как теоретического фундамента
современной химии, владеть основами химической термодинамики, теории
растворов и фазовых равновесий, элементами статистической
термодинамики, знать основы химической кинетики и катализа, механизма
химических реакций, электрохимии, владеть основными законами
физической химии;
 понимать принципы и основы химии живой материи, быть знакомым с
химическими основами биологических процессов, иметь представление о
структуре и свойствах важнейших типов биомолекул в связи с их
биологической функцией, понимать химические аспекты происхождения
жизни;
 знать основные особенности свойств высокомолекулярных соединений,
отличающие их от свойств низкомолекулярных соединений, иметь общие
представления о принципах синтеза полимеров, их структуре, физикомеханических свойствах и областях их применения;
 иметь общее представление о структуре химико-технологических систем,
обладать знанием типовых химико-технологических процессов и
производств и пониманием взаимодействия технологий и окружающей
среды.
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.
Химические элементы. Космическая распространенность химических
элементов. Радиоактивные превращения химических элементов. Ядерные
реакции. Синтез элементов.
Исходные представления квантовой механики. Периодичность свойств
химических элементов. Энергия ионизации атомов. Атомные и ионные
радиусы. Вторичная периодичность.
Химическая связь. Основополагающие представления. Природа
химиической связи. Кривая полной энергии для молекулы.
Теория молекулярных орбиталей.
Теория валентных связей.
Ионная связь. Невалентные типы связи. Металлическая связь.
Межмолекулярное взаимодействие. Водородная связь.
Комплексообразование. Координационные (комплексные) соединения.
Описание комплексных соединений с позиций теории валентных связей.
Агрегатное состояние. Растворы. Твердое состояние. Твердые
растворы. Кристаллы. Типы химической связи в кристаллах.
Полупроводники. Твердые растворы.
Жидкое состояние. Аморфное состояние. Жидкие растворы.
Газовое и другие состояния. Газовые растворы. Плазма.
Введение в теорию химических процессов. Энергетика химических
превращений. Тепловой эффект реакции. Термохимические расчеты.
Направленность химической реакции. Энтропия. Энергия Гиббса.
Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Принцип
Ле Шателье.
Химическая кинетика. Скорость химической реакции. Энергия
активации. Механизм химических реакций. Катализ.
Реакции без изменения степеней окисления элементов. Реакции с
изменением
степеней
окисления
элементов.
Окислительновосстановительные реакции.
Химия элементов. Распространенность химических элементов.
Химические элементы в земной коре.
Простые вещества. Структура и свойства простых веществ. Получение
простых веществ.
Двухэлементные (бинарные) соединения.
Трехэлементные соединения. Производные анионных комплексов.
Смешанные соединения, твердые растворы, эвтектика.
Нестехиометрические соединения. Соединения переменного состава и
включения.
Химия s- и p-элементов. Общие закономерности. Степени окисления и
координационные числа s- и p-элементов.
Химия d-элементов. Общие закономерности. Энергия ионизации и
радиусы атомов d-элементов. Степени окисления d-элементов.
Координационные соединения d-элементов. Описание комплексных
соединений с позиций теории кристаллического поля и теории молекулярных
соединений. Электронная конфигурация комплексообразователя и строение
комплексов. Комплексы с органическими лигандами. Изомерия комплексных
соединений.
Химия f-элементов. f-Элементы 6-го периода периодической системы.
Семейство лантаноидов и их соединения. f-Элементы 7-го периода
периодической системы. Семейство актиноидов и их соединения.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Основные этапы развития аналитической химии. Предмет и значение
аналитической химии. Общая схема аналитического определения.
Теоретические основы аналитической химии. Общая характеристика
реакций в растворе. Основные понятия. Реакции кислотно-основного
взаимодействия. Теории кислот и оснований. Равновесия в водных растворах
кислот и оснований. Буферные растворы. Индикаторы. Функция кислотности
Гаммета.
Реакции комплексообразования. Основные характеристики комплексных
соединений. Равновесие в растворах координационных соединений.
Константы устойчивости.
Осаждение и растворение малорастворимых соединений. Произведение
растворимости. Условное произведение растворимости. Растворение
малорастворимых соединений.
Реакции
окисления-восстановления.
Уравнения
окислительновосстановительных реакций. Окислительно-восстановительные потенциалы.
Константы равновесия окислительно-восстановительных реакций. ЭДС и
изменение стандартной энергии Гиббса.
Основные методы анализа. Метрологические характеристики методов
анализа. Классификация погрешностей. Нормальное распределение. TРаспределение. Погрешности.
Гравиметрический анализ. Сущность. Форма осаждения. Расчеты в
гравиметрическом анализе. Количественные разделения методом осаждения.
Практическое применение.
Титриметрический анализ. Сущность. Кривые титрования. Основные
методы титриметрического анализа.
Кислотно-основное титрование. Кривые титрования и выбор индикатора.
Физико-химические методы обнаружения точки эквивалентности.
Практическое применение.
Комплексометрическое титрование. Комплексонометрия (хелатометрия).
Рабочие растворы. Кривые титрования. Индикаторы.
Титрование по методу осаждения. Другие методы осаждения.
Окислительно-восстановительное
титрование.
Молярная
масса
эквивалента в реакциях окисления-восстановления. Кривые титрования и
индикаторы.
Перманганатометрия.
Иодометрия.
Хроматометрия.
Броматометрия. Цериметрия. Ванадатометрия.
Общая
характеристика
физико-химических
методов
анализа.
Особенности и области применения.
Эмиссионный спектральный анализ.
Абсорбционная спектроскопия. Основной закон светопоглощения.
Атомно-абсорбционный спектральный анализ. Теоретические основы.
Общая характеристика метода. Количественные определения. Практическое
применение.
Другие
спектральные
и
оптические
методы
анализа.
Радиоспектроскопия. Рефрактометрия. Поляриметрия. Нефелометрия и
турбидиметрия.
Кондуктометрия (анализ по электрической проводимости). Общая
характеристика метода. Прямая кондуктометрия. Кондуктометрическое
титрование. Практическое применение.
Потенциометрия. Электродный потенциал. Прямая потенциометрия.
Потенциометрическое титрование. Практическое применение.
Электролиз и кулометрия. Потенциал разложения и перенапряжения.
Электрогравиметрический анализ. Кулометрия. Практическое применение.
Термометрическое титрование. Тепловой эффект реакции как
аналитический
сигнал.
Кривые
термометрического
титрования.
Практическое применение.
Экстракция. Распределение вещества между двумя жидкостями.
Основные количественные характеристики экстракции. Экстракция
внутрикомплексных соединений. Экстракционные хелатные системы.
Экстракция ионных ассоциатов. Скорость экстракции. Практическое
применение.
Хроматография.
Классификация
методов
хроматографии.
Хроматографический пик и элюционные характеристики. Основные узлы
приборов для хроматографического анализа. Газовая хроматография.
Качественный и количественный анализ. Аналитическая реакционная
хроматография. Жидкостная абсорбционная хроматография. Тонкослойная
хроматография. Жидкостно-жидкостная хроматография. Ионообменная
хроматография.
Математическое планирование эксперимента в аналитической химии.
Основные понятия и определения. Уравнении регрессии и регрессионный
анализ. Оптимизация по методу крутого восхождения.
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Предмет органической химии и основные этапы ее развития. Изомерия
органических соединений и ее виды. Гомология. Основные функциональные
группы. Классификация.
Основы номенклатуры органических соединений. Заместительная
номенклатура, ИЮПАК. Основные правила составления названий
органических соединений.
Основные положения теории строения органических соединений.
Валентность атомов. Типы гибридизации атома углерода в органических
соединениях, теория взаимного отталкивания электронных орбиталей. - и Связи атомов углерода. Гомолитический и гетеролитический разрыв связи.
Классификация реагентов и реакций. Промежуточные частицы
(интер-медиаты). Электронное и пространственное строение промежуточных
частиц. Электронные эффекты заместителей.
Кислоты и основания. Сопряженные кислоты и сопряженные основания.
Влияние заместителей в молекуле на кислотность и основность органических
соединений. Теория жестких и мягких кислот и оснований (ЖМКО).
Основы стереохимии. Способы изображения пространственного
строения молекул с sp3-гибридизованным углеродом. Конформации,
конформеры. Асимметрический атом углерода. Хиральность. Конфигурация,
отличие от конформации. Оптическая изомерия, оптическая активность.
Энантиомеры. Рацематы. Принцип R,S-номенклатуры. Диастереомеры.
Мезо-формы. Эритро- и трео-номенклатура. Представление об оптической
изомерии соединений, не содержащих хирального атома.
Геометрическая изомерия соединений с двойной связью. Цис-, транс-;
Z-, E- и син-, анти - номенклатура.
Алканы. Гомологический ряд, изомерия и номенклатура. Природные
источники алканов. Методы синтеза. Конформации этана, пропана, бутана и
высших алканов. Химические свойства. Алициклические соединения.
Циклоалканы и их производные. Классификация алициклов. Энергия
напряжения
циклоалканов.
Строение
циклопропана,
циклобутана,
циклопентана, циклогексана. Конформационный анализ циклогексана.
Методы
синтеза
циклоалканов.
Представление
о
природных
полициклических системах терпенов и стероидов. Каркасные соединения:
адамантан, кубан, призман, тетраэдран.
Алкены. Гомологический ряд, изомерия и номенклатура. Методы
синтеза. Химические свойства алкенов. Гетерогенное и гомогенное
гидрирование алкенов. Электрофильное присоединение (Аd E). Общее
представление о механизме реакций. Стерео- и региоселективность. Правило
В. В. Марковникова, индуктивный и мезомерный эффекты.
Регио- и стереоселективное присоединение гидридов бора. Превращение
борорганических соединений в алканы, спирты, алкилгалогениды. Окисление
алкенов до оксиранов, до диолов.
Алкины. Природа тройной связи. Методы синтеза алкинов. Получение
ацетилена
пиролизом
метана.
Химические
свойства
алкинов.
Электрофильное
присоединение
к
алкинам.
Галогенирование,
гидрогалогенирование, гидратация алкинов, присоединение карбоновых
кислот. СН-кислотность ацетилена. Ацетилениды натрия и меди.
Магнийорганические производные алкинов: их получение и использование в
органическом синтезе. Конденсация терминальных алкинов с кетонами и
альдегидами. Ацетилен-алленовая изомеризация. Смещение тройной связи в
терминальное положение. Окислительная конденсация терминальных
алкинов в присутствии солей меди.
Алкадиены. Типы диенов. Изомерия и номенклатура. Методы синтеза
1,3-диенов. 1,3-Бутадиен, особенности строения. Молекулярные орбитали
1,3-диенов. Химические свойства 1,3-диенов. Полимеризация диенов.
Натуральный и синтетический каучуки. Реакция Дильса – Альдера с
алкенами и алкинами.
Арены. Строение бензола. Формула Кекуле. Молекулярные орбитали
бензола. Аннулены. Аннулены ароматические и неароматические. Круг
Фроста. Концепция ароматичности. Правило Хюккеля.
Получение ароматических углеводородов в промышленности.
Лабораторные методы синтеза.
Свойства аренов. Каталитическое гидрирование аренов, восстановление
аренов по Бёрчу, фотохимическое хлорирование бензола. Реакции замещения
водорода в боковой цепи алкилбензолов. Окисление алкилбензолов и
конденсированных ароматических углеводородов до карбоновых кислот,
альдегидов и кетонов.
Реакции электрофильного замещения в ароматическом ряду.
Классификация реакций ароматического электрофильного замещения.
Общие представления о механизме реакций. 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 ароматическое замещение. Общие представления о
механизмах нуклеофильного замещения. Механизм отщепления –
присоединенияэ
Механизм присоединения – отщепления SNAr, примеры реакций и
активирующее влияние электроноакцепторных заместителей. Анионные комплексы Мейзенгеймера и их строение.
Механизм SN1 ароматического нуклеофильного замещения в реакциях
гидролиза катиона арендиазония.
Механизм SRN1 в ароматическом ряду и область его применения.
Инициирование ион-радикальной цепи.
Галогенопроизводные углеводородов. Изомерия, номенклатура.
Способы получения. Реакции нуклеофильного замещения у насыщенного
атома углерода в алкилгалогенидах.
Реакции SN2-типа. Кинетика, стереохимия, вальденовское обращение.
Понятие о нуклеофильности. Влияние природы радикала и уходящей группы
субстрата, природы нуклеофильного агента и растворителя на скорость SN2
реакций.
Реакции SN1-типа. Кинетика, стереохимия, зависимость SN1 процесса от
природы радикала, уходящей группы, растворителя. Карбокатионы, факторы,
определяющие их устойчивость.
Реакции элиминирования. - и -Элиминирование. Классификация
механизмов -элиминирования: Е1, Е2 и Е1cВ. Направление и стереохимия
элиминирования. Влияние природы основания и уходящей группы на
направление отщепления. Конкуренция процессов Е2 и SN2, Е1 и SN1.
Реакции -элиминирования. Генерирование карбенов. Присоединение
карбенов к алкенам. Понятие о карбеноидах. Взаимодействие карбеноидов с
алкенами.
Металлоорганические соединения. Методы синтеза. Представление о
шкале С-Н кислотности углеводородов. Литий- и магнийорганические
соединения в синтезе углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов,
карбоновых кислот. Диалкил- и диарилкупраты, получение и применение .
Гидроксипроизводные углеводородов. Одноатомные спирты. Методы
получения. Химические свойства спиртов. Спирты, как слабые ОН-кислоты.
Спирты, как основания Льюиса. Замещение гидроксильной группы в спиртах
на галоген. Дегидратация спиртов. Окисление спиртов.
Двухатомные спирты. Методы синтеза. Свойства: окисление,
ацилирование, дегидратация. Окислительное расщепление 1,2-диолов
(йодная кислота, тетраацетат свинца).
Фенолы. Методы получения. Свойства фенолов. Фенолы, как ОНкислоты. Сравнение кислотного характера фенолов и спиртов, влияние
заместителей на кислотность фенолов. Реакции электрофильного замещения
в ароматическом ядре фенолов. Перегруппировка Фриса. Карбоксилирование
фенолятов щелочных металлов по Кольбе.
Простые эфиры. Методы получения. Свойства простых эфиров:
образование оксониевых солей, расщепление кислотами. Гидропероксиды.
Получение и свойства -галогенэфиров. Краун-эфиры.
Оксираны. Способы получения. Раскрытие оксиранового цикла под
действием электрофильных и нуклеофильных агентов.
Карбонильные соединения. Альдегиды и кетоны. Изомерия и
номенклатура. Методы получения альдегидов и кетонов. Строение
карбонильной группы, ее полярность и поляризуемость. Влияние природы и
строения радикала на карбонильную активность.
Химические свойства карбонильных соединений. Общие представления
о механизме нуклеофильного присоединения по карбонильной группе
альдегидов и кетонов. Нуклеофильное присоединение по карбонильной
группе.
Окислительно-восстановительные реакции альдегидов и кетонов. Ионрадикальная димеризация альдегидов и кетонов.
Кето-енольная таутомерия. Енолизация альдегидов и кетонов.
Альдольно-кротоновая конденсация, механизм реакций.
,–Непредельные альдегиды и кетоны. Методы получения. Реакции
1,2- и 1,4-присоединения. Сопряженное присоединение енолятов и енаминов
(реакция Михаэля).
Хиноны. Получение о- и п-бензо- и нафтохинонов. Свойства хинонов.
Восстановление хинонов. Гидрохинон как ингибитор свободнорадикальных
реакций.
Карбоновые кислоты и их производные. Классификация,
номенклатура, изомерия карбоновых кислот. Методы синтеза.
Строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона. Физико–
химические свойства кислот: ассоциация, диссоциация. Кислотность, ее
зависимость от индуктивных эффектов заместителей.
Галогенирование кислот. Пиролитическая кетонизация, электролиз
солей карбоновых кислот по Кольбе, декарбоксилирование по Хунсдиккеру.
Производные карбоновых кислот. Галогенангидриды. Получение и
свойства. Взаимодействие диазометана с галогенангидридами карбоновых
кислот.
Ангидриды. Методы получения.
Кетен. Получение и свойства.
Сложные эфиры. Методы получения. Реакции сложных эфиров:
гидролиз, аммонолиз, переэтерификация; взаимодействие с магний- и
литийорганическими соединениями, восстановление до спиртов и
альдегидов; сложноэфирная и ацилоиновая конденсации.
Ацетоуксусный эфир и его использование в синтезе. Кето-енольная
таутомерия эфиров 1,3-кетокислот и 1,3-дикетонов, амбидентный характер
енолят-иона.
Амиды. Строение карбамоильной группы. Методы получения. Синтез
циклических амидов − лактамов. Свойства: гидролиз, восстановление до
аминов, дегидратация амидов. Перегруппировки А. Гофмана, Т. Курциуса.
Взаимодействие амидов с азотистой кислотой.
Нитрилы. Методы получения. Химические свойства.
Производные угольной кислоты: фосген, мочевина и ее производные,
эфиры угольной кислоты, изоцианаты, уретаны, семикарбазид, ксантогенаты.
Получение и основные свойства.
Двухосновные карбоновые кислоты. Методы синтеза. Важнейшие
представители. Янтарная кислота, ее ангидрид, имид, N-бромсукцинимид.
Адипиновая кислота. Конденсация Дикмана. Ацилоиновая конденсация
эфиров дикарбоновых кислот как метод синтеза средних и макроциклов.
Нитросоединения. Нитроалканы. Методы синтеза. Химические
свойства нитроалканов. Таутомерия нитроалканов.
Ароматические нитросоединения. Восстановление нитроаренов в кислой
и щелочной среде. Промежуточные продукты восстановления нитрогруппы.
Бензидиновая перегруппировка. Образование комплексов с переносом
заряда.
Амины. Классификация, изомерия, номенклатура аминов. Методы
получения. Перегруппировки Гофмана и Курциуса. Восстановительное
аминирование карбонильных соединений.
Строение аминов, химические свойства. Амины, как основания.
Алкилирование и ацилирование аминов. Термическое разложение
гидроксидов тетраалкиламмония по Гофману. Идентификация и разделение
первичных, вторичных и третичных аминов. Взаимодействие первичных,
вторичных и третичных алифатических и ароматических аминов с азотистой
кислотой. Окисление и галогенирование аминов. Реакции электрофильного
замещения в бензольном ядре ароматических аминов. защита аминогруппы.
Диазосоединения.
Общие
представления
об
алифатических
диазосоединениях. Диазометан, диазоуксусный эфир, -диазокарбонильные
соединения.
Ароматические диазосоединения. Реакции диазотирования первичных
ароматических аминов. Строение и устойчивость солей диазония. Реакции
диазосоединений с выделением азота. Реакции диазосоединений без
выделения азота. Азосочетание как реакция электрофильного замещения.
Азо- и диазосоставляющие, условие сочетания с аминами и фенолами.
Азокрасители.
Гетероциклические соединения. Классификация гетероциклов,
номенклатура.
Пятичленные ароматические гетероциклы с одним гетероатомом.
Фуран, тиофен, пиррол. Ароматичность. Реакции электрофильного
замещения в пятичленных ароматических гетероциклах. Ориентация
электрофильного замещения. Реакции, характеризующие фуран как диен.
Индол. Синтез производных индола из фенилгидразина и кетонов.
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. 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. N-Окись пиридина и хинолина и их использование в
реакции нитрования. Нуклеофильное замещение атомов водорода в пиридине
и хинолине в реакциях с амидом натрия и фениллитием. 2-Метилпиридины и
хинолины как метиленовые компоненты в конденсациях с альдегидами.
Аминокислоты, пептиды и белки.
α-Аминокислоты. Номенклатура α-аминокислот. Природные αаминокислоты. Хиральность аминокислот, образующих протеины. Кислотноосновные свойства, амфотерность α-аминокислот. Изоэлектрическая точка.
Синтезы -аминокислот и разделение рацемических форм.
Химические реакции аминокислот: по аминогруппе, карбоксилу,
(ацилирование, алкилирование), этерификация. Реакции дезаминирования,
поведение аминокислот при нагревании.
Пептиды. Номенклатура пептидов. Основные принципы синтеза
полипептидов; защита аминогруппы и активация карбоксильной группы.
Твердофазный синтез пептидов. Общие принципы определения строения
пептидов и белков. Первичная, вторичная и третичная структура белков.
Понятие о ферментах и ферментативном катализе.
Углеводы и нуклеиновые кислоты. Моносахариды и полисахариды.
Классификация и стереохимия моносахаридов. Альдозы и кетозы.
Стереохимия альдоз и кетоз в проекциях Фишера. Циклические полуацетали
альдоз – пиранозы и фуранозы; - и -аномеры. Формулы Хеуорса для
аномерных моносахаридов. Таутомерия циклических и открытых форм в
растворах моносахаридов, мутаротация глюкозы. Конформации пиранозного
цикла. Эпимеризация глюкозы в щелочной среде.
Реакции моносахаридов. Получение гликозидов. Синтез простых и
сложных эфиров моносахаридов. Окисление альдоз до альдоновых кислот,
лактонизация альдоновых кислот. Исчерпывающее окисление моносахаридов
иодной кислотой. Восстановление моносахаридов. Дисахариды (биозы):
мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Полисахариды – целлюлоза и
крахмал.
Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые основания, нуклеозиды и
нуклеотиды. Первичная структура ДНК и РНК. Нуклеотидный состав ДНК и
РНК. Вторичная структура ДНК. Биологическая функция ДНК. Виды РНК и
ее роль в синтезе белка.
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Химическая термодинамика. Первый закон термодинамики и его
приложения. Некруговые процессы. Теплоемкость. Тепловые эффекты. Закон
Гесса и его применение к расчету тепловых эффектов. Зависимость
теплового эффекта от температуры. Уравнение Кирхгофа.
Второй закон термодинамики и его приложения. Самопроизвольные и
несамопроизвольные процессы. Энтропия. Изменение энтропии в
нестатических процессах. Изменение энтропии как критерий направленности
и равновесия в изолированной системе. Термодинамические потенциалы.
Критерии возможности самопроизвольного процесса. Энергия Гиббса.
Химический потенциал. Общие условия химического равновесия. Закон
действующих масс. Константа равновесия для газофазных реакций. Влияние
температуры на химическое равновесие.
Третий закон термодинамики и расчет химического равновесия.
Тепловая теорема Нернста. Расчет изменения стандартной энергии Гиббса и
константы равновесия по методу Темкина – Шварцмана и с помощью
функций приведенной энергии Гиббса.
Химическое равновесие в реальных системах. Фугитивность и
коэффициент фугитивности газов. Расчет химического равновесия в
реальной газовой системе при высоких давлениях.
Введение в статистическую термодинамику. Статистическая физика и
статическая термодинамика. Макроскопическое и микроскопическое
описание состояния системы. Микроскопическое описание состояния
методом классической и квантовой механики. Два вида средних величин
(микроканонические и канонические средние). Статистический характер
второго закона термодинамики. Система в термостате. Каноническое
распределение Гиббса. Сумма по состояниям частицы. Термодинамические
свойства одноатомного твердого тела по теории Эйнштейна. Общие формулы
для вычисления термодинамических функций по молекулярным данным.
Растворы. Общая характеристика растворов. Классификация растворов.
Концентрация растворов. Специфика растворов. Роль межмолекулярного и
химического взаимодействия, понятие о сольватации. Термодинамические
условия образования растворов. Парциальные молярные величины, основные
методы их определения. Парциальные и относительные парциальные
молярные
энтальпии.
Теплоты
растворения
и
разбавления.
Термодинамические свойства идеальных жидких растворов. Закон Рауля.
Температура кипения и замерзания идеального раствора. Осмотическое
давление идеального раствора. Неидеальные растворы. Коэффициент
активности. Осмотический коэффициент. Методы определения активности.
Фазовые равновесия. Термодинамическая теория фазовых равновесий.
Основные понятия. Условия фазового равновесия. Правило фаз Гиббса.
Однокомпонентные системы. Применение правила фаз Гиббса к данным
системам. Фазовые переходы первого и второго рода. Уравнения Клайперона
– Клаузиуса. Давление насыщенного пара.
Двухкомпонентные системы. Метод физико-химического анализа.
Применение правила фаз Гиббса к данным системам. Равновесия газ жидкий раствор, жидкость – жидкость, пар – жидкость в двух компонентных
системах. Физико-химические основы перегонки растворов.
Трехкомпонентные системы. Применение правила фаз Гиббса к данным
системам. Графическое изображение состава трехкомпонентной системы.
Равновесие кристаллы – жидкий раствор, жидкость – жидкость в
трехкомпонентных системах. Распределение растворяемого вещества между
двумя жидкими фазами. Экстракция.
Электрохимия.
Растворы
электролитов
и
их
специфика.
Электролитическая диссоциация в растворе. Средняя ионная сила и
коэффициент активности. Основные понятия электростатической теории
сильных электролитов Дебая и Хюккеля.
Неравновесные явления в электролитах. Электрическая проводимость
электролитов. Основные понятия. Законы Фарадея. Движение ионов в
электрическом поле. Числа переносов ионов. Молярная электрическая
проводимость.
Электрическая
проводимость
неводных
растворов.
Электрическая проводимость твердых и расплавленных электролитов.
Кондуктометрия.
Равновесные электродные процессы. Основные понятия. ЭДС
электрохимической системы. Электродный потенциал. Возникновение скачка
потенциала на границе раствор – металл. Диффузионный потенциал.
Строение двойного электрического слоя на границе раствор – металл.
Термодинамика обратимых электрохимических систем. Классификация
обратимых электродов. Электродные потенциалы в неводных растворах.
Кинетика химических реакций. Законы химической кинетики.
Скорость химической реакции. Закон действующих масс и принцип
независимости протекания реакций. Кинетика химических реакций в
закрытых системах. Односторонние реакции первого, второго и n-го порядка.
Методы определения порядка реакции. Двухсторонние реакции первого и
второго порядка. Параллельные односторонние реакции.
Кинетика реакций в открытых системах. Кинетика реакций в реакторе
идеального смешения и идеального вытеснения.
Теория элементарного акта химического взаимодействия. Элементарный
химический акт. Теория активных соударений. Теория активного комплекса.
Кинетика реакций в растворах, цепные и фотохимические реакции.
Особенности. Кинетики реакций в растворах. Влияние среды на константу
скорости реакции.
Кинетика электродных процессов. Скорость электрохимической
реакции. Ток обмена. Диффузионное и электрохимическое перенапряжение.
Другие виды перенапряжения. Перенапряжение при электрохимическом
выделении
водорода.
Электролиз.
Напряжение
разложения.
Электрохимическая коррозия металлов. Методы защиты от коррозии.
Катализ. Принципы каталитического действия. Основные понятия и
определения. Энергия активации каталитических реакций. Взаимодействие
реагентов с катализатором и принципы каталитического действия.
Гомогенные катализ. Кислотно-основный катализ. Окислительновосстановительный катализ. Ферментативный катализ. Автокатализ,
ингибирование и периодические каталитические реакции. Применение в
промышленности и перспективы развития гомогенного катализа.
Гетерогенный
катализ.
Структура
поверхности
гетерогенных
катализаторов. Адсорбция как стадия гетерогенно-каталитических реакций.
Механизм гетерогенно-каталитических реакций. Кинетика гетерогеннокаталитических реакций на равнодоступной поверхности. Микрокинетика
гетерогенно-каталитических процессов. Применение гетерогенного катализа
в промышленности.
ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНИ
Особенности живой материи. Уровни организации живых организмов.
Размеры и форма биомолекул. Обмен веществ и энергии в биологических
системах. Вода как компонент живой материи. Регуляция и воспроизведение
в биологических системах.
Биомолекулы.
Аминокислоты.
Физико-химические
свойства.
Стереохимия. Белковые и непротеиногенные аминокислоты. Заменимые и
незаменимые аминокислоты. Аминокислоты как структурные элементы
белков. Пептиды. Структура и свойства. Стереохимия. Определение
концевых аминокислотных остатков. Фрагментация пептидных цепей.
Химический и ферментативный синтез пептидов. Белки. Молекулярная
масса, размер и форма белковых макромолекул. Методы выделения белков.
Классификация белков. Четыре уровня организации структуры белков.
Первичная структура белков и методы ее определения. Автоматические
секвенаторы.
Классификация и номенклатура углеводов. Методы выделения,
качественного обнаружения и количественного определения. Важнейшие
семейства моносахаридов. Стереохимия. Химические свойства альдоз и
кетоз. Реакции окисления и восстановления. Биологически важные
производные моносахаридов. Олигосахариды. Особенности строения
отдельных представителей восстанавливающих и невосстанавливающих
дисахаридов.
Структуры нуклеозидов. Пиримидиновые и пуриновые основания.
Углеводные компоненты. Конфигурация гликозидного центра. Химические
реакции. Мононуклеотиды. Структура, номенклатура. Классификация.
Стереохимия. Химические свойства. Биологически важные производные
мононуклеотидов. Мононуклеотиды как структурные элементы нуклеиновых
кислот. Полинуклеотиды и нуклеиновые кислоты. Классификация и
номенклатура. Фосфодиэфирная связь. ДНК и РНК. Первичная структура
нуклеиновых кислот. Секвенирование. Вторичная структура нуклеиновых
кислот, двойная спираль ДНК. Комплементарные и межплоскостные
взаимодействия нуклеиновых оснований.
Жиры. Структура, номенклатура и классификация. Нейтральные
ацилглицериды. Воска. Стероиды. Терпены. Простагландины. Тромбоксаны.
Фосфолипиды. Структура, номенклатура, классификация. Фосфоглицериды.
Химические превращения фосфолипидов. Сфинголипиды и гликолипиды.
Липидные мицеллы. Липопротеиды.
Витамины. Номенклатура и классификация. Жирорастворимые и
водорастворимые витамины. Витамины как компоненты коферментов.
Тиамин. Рибофлавин. Никотинамид. Пантотеновая кислота. Пиридоксин и
пиридоксальфосфат. Антагонисты пиридоксальфосфат-зависимых ферментов
как яды и лекарства. Изоникотинилгидразид в лечении туберкулеза. Биотин.
Фолиевая кислота. Липокислота. Кобаламин. Аскорбиновая кислота.
Витамины А, Д, Е и К как производные изопрена.
Функции биополимеров в живых организмах Ферменты.
Номенклатура, классификация. Белковая природа ферментов. Активный
центр. Участок связывания с субстратом. Кофакторы ферментов.
Коферменты и простетические группы. Холофермент и апофермент.
Каталитические
свойства
ферментов.
Кинетика
реакций
ферментативного катализа. Кинетическая схема и уравнение Михаэлиса.
Стационарная,
предстационарная
и
релаксационная
кинетика.
Автокаталитические ферментные процессы. Скорости элементарных стадий.
Кинетика инактивации и денатурации ферментов.
Механизмы ферментативных реакций. Регуляция активности ферментов.
Влияние ионов водорода и ионов металлов. рН-Зависимости
ферментативных реакций. Зависимость скорости реакций от температуры.
Регуляторные ферменты. Аллостерические ферменты и модуляторы.
Проферменты. Изоферменты. Мутации и активности ферментов.
Генетическая функция ДНК. Хромосомы. Прокариоты и эукариоты.
Репликация ДНК. Ферменты биосинтеза ДНК. Транскрипция: биосинтез РНК
на ДНК. Ферменты транскрипции. Регуляция экспрессии генов при
инициации транскрипции. Опероны. Операторы. Репрессоры. Активаторы.
Трансляция. Генетический код и функции тРНК. Свойства генетического
кода. Кодирующие элементы. Состав кодирующих триплетов. Кодонантикодоновые взаимодействия. Аминоацил-тРНК-синтетазы.
Рибосомы и биосинтез белков. Структура рибосом. Самосборка рибосом.
Этапы биосинтеза белков. Инициация. Элонгация. Терминация. Энергетика
биосинтеза белков. Регуляция биосинтеза белков.
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Общие сведения о высокомолекулярных соединениях. Основные
отличия высокомолекулярных соединений от низкомолекулярных. Большие
цепные молекулы и их строение. Высокомолекулярные соединения и
различные типы полимеров. Влияние межмолекулярных сил на свойства
высокомолекулярных
соединений.
Молекулярная
масса
высокомолекулярных соединений. Мономеры – исходные продукты для
синтеза высокомолекулярных соединений. Получение полимеров из
низкомолекулярных соединений.
Поликонденсация.
Равновесная
поликонденсация.
Кинетика
поликонденсации
в
расплаве.
Совместная
поликонденсация
(сополиконденсация).
Особенности
трехмерной
поликонденсацин.
Неравновесная поликонденсация. Поликонденсация в твердой фазе.
Радикальная полимеризация. Ингибиторы
и регуляторы. Роль
кислорода и примесей при радикальной полимеризации. Скорость
радикальной полимеризации. Влияние различных факторов на радикальную
полимеризацию. Молекулярномассовое распределение при радикальной
полимеризации. Сополимеризация.
Ионная полимеризация. Катионная
полимеризация. Анионная
полимеризация. Сгереорегулярные полимеры и ионнокоординационная
полимеризация. Кинетика полимеризации на гетерогенных катализаторах
Циглера – Натта. Ионная сополимеризация.
Другие виды полимеризации. Полимеризация мономеров, содержащих
тройную связь, карбонильных соединений и изоцианатов. Миграционная
полимеризация. Полимеризация циклов. Полимеризация полиеновых
мономеров.
Зависимость реакционной способности винильных мономеров от их
строения и некоторых других факторов. Практические методы
осуществления процесса полимеризации. Другие методы синтеза полимеров.
Олигомеры, блок-сополимеры и привитые сополимеры. Наиболее важные
синтетические и природные полимеры.
Физико-механические свойства полимеров. Фазовое состояние
полимеров. Деформация полимеров. Гибкость цепных молекул и ее связь с
физико-механическими свойствами полимеров. Релаксационные явления.
Сочетание упругой деформации и течения. Вязкотекучее состояние
полимеров. Стеклообразное состояние полимеров.
Растворы высокомолекулярных соединений. Природа растворов
высокомолекулярных соединений. Кинетика и термодинамика растворения.
Концентрированные растворы высокомолекулярных соединений, структурообразование и студии.
Молекулярная масса полимеров. Форма макромолекулы. Методы
определения
молекулярных масс высокомолекулярных соединений
Фракционирование полимеров и кривые распределения по молекулярным
массам. Методы определения формы макромолекулы.
Электрические свойства полимеров. Полимерные диэлектрики.
Полиэлектролиты. Непосредственное преобразование химической энергии в
механическую
(хемомеханические
процессы).
Ионообменные
высокомолекулярные соединения (иониты). Электрические дипольные
моменты полимеров.
Химические
превращения
полимеров.
Полимераналогичные
превращения. Образование нелинейных полимеров и сеток. Деструкция
полимеров. Старение полимеров и методы их защиты.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов. – 4-е изд.,
испр. – М.: Высш. шк., Изд. центр «Академия», 2001. – 743 с.
2. Васильев В. П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 1. Гравиметрический и
титриметрический анализ: Учеб. для химико-технол. спец. вузов. – М.: Высш.
шк., 1989. – 320 с.
3. Васильев В. П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 2. Физико-химические
методы анализа: Учеб. для химико-технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк.,
1989. – 384 с.
4. Травень В. Ф. Органическая химия: в 2 т. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005.
– Т. 1. – 728 с.; Т. 2. – 582 с.
5. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодинамика:
Учеб. Для вузов / К.С. Краснов, Н.К. Воробьев. И.Н. Годнев и др.; под ред.
К.С. Краснова. – 3-е изд., испр. – М.: высш. Шк., 2001. – 512 с.
6. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Электрохимия. Химическая Кинетика и
катализ: Учеб. Для вузов / К.С. Краснов, Н.К. Воробьев. И.Н. Годнев и др.;
под ред. К.С. Краснова. – 3-е изд., испр. – М.: высш. Шк., 2001. – 319 с.
7. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. – М.: Просвещение, 1987. –
815 с.
8. Шур А. М. Высокомолекулярные соединения: Учебник для ун-тов. – 3-е
изд., перераб. и доп. – Высш. школа, 1981. – 656 с.