Органическая химия . ХТХ-29. 3 семестр. Вопросы к экзамену

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования
Ярославский государственный технический университет
Кафедра органической химии
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой органической химии
__________________ А.В.Колобов
«_____» _____________ 2013
Перечень вопросов к экзамену
по дисциплине «Органическая химия»
для студентов специальности 020101 «Химия», 3 семестр
Предмет органической химии. Классификация органических соединений. Типы углеродного скелета, ациклические, циклические и гетероциклические соединения. Изомерия.
Гомология. Классы органических соединений, функциональные группы. Заместительная номенклатура, IUPAC. Типы связей, промежуточные частицы в органических реакциях. Углерод, электронная конфигурация; гибридизация углерода в органических соединениях. Типы
химических связей. Физические характеристики связей: энергия, длина, полярность, поляризуемость. Гомолитический, гетеролитический разрыв связей. Понятие о промежуточных частицах (радикалы, карбокатионы, карбанионы). Электронные эффекты заместителей (индуктивный, мезомерный), их влияние на устойчивость радикалов, карбокатионов и карбанионов.
Резонансные структуры. Кислоты и основания (Бренстед, Льюис). Сопряженные кислоты и
основания. Принцип ЖМКО. Основные понятия РСОС (реакционная способность органических соединений). Нуклеофильность, электрофильность, механизм реакции, скорость реакции, энергия активации.
1.АЛКАНЫ
Природа С-С и С-Н связей в алканах. Понятия о конформациях и конформерах алканов. Проекционные формулы Ньюмена. Конформации этана, пропана, бутана и высших алканов. Энергетическая диаграмма конформационного состояния молекулы углеводородов.
Методы получения алканов: электролиз солей карбоновых кислот, восстановление
карбонильных соединений, реакция Вюрца.
Химические свойства: реакции радикального замещения водорода в алканах (галогенирование, нитрование, сульфохлорирование). Окисление алканов. Крекинг, дегидрирование, ароматизация. Механизм реакций радикального замещения. Понятие о цепных радикальных реакциях Селективность радикальных реакций и относительная стабильность алкильных радикалов. Термический и каталитический крекинг.
2.ЦИКЛОАЛКАНЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ
Циклоалканы: классификация, изомерия, номенклатура. Энергия напряжения циклоалканов и её количественная оценка на основании сравнения теплот образования и теплот
сгорания циклоалканов и соответствующих алканов. Типы напряжения в циклоалканах и
подразделение циклов на малые, средние циклы и макроциклы.
Строение циклопропана, циклобутана, циклопентана, циклогексана. Конформационный анализ циклогексана. Аксиальные и экваториальные связи в конформации "кресло" циклогексана. Конформации моно- и дизамещённых производных циклогексана.
Методы синтеза циклопропана, циклобутана их производных. Синтез соединений ряда циклопентана и циклогексана.
Химические свойства циклоалканов. Особенности строения и химических свойств соединений с трёхчленным циклом.
3.АЛКЕНЫ.
Природа двойной связи. Геометрическая изомерия (цис-, транс- и Z-, Еноменклатура).
Методы синтеза: элиминирование галогенводорода из алкилгалогенидов, воды из
спиртов. Ряд стабильности алкенов, выведенный на основе теплот гидрирования. Правило
Зайцева.
Электрофильное присоединение (АdE). Общее представление о механизме реакций, и -комплексы, ониевые ионы. Стерео- и региоселективность. Правило Марковникова, индуктивный и мезомерный эффекты.
Галогенирование: механизм, стереохимия. Процессы сопутствующие АdE реакциям:
сопряжённое присоединение, гидридные и алкильные миграции.
Гидрогалогенирование: понятие о би- и тримолекулярных механизмах. Гидратация.
Регио- и стереоселективное присоединение гидридов бора. Региоспецифические гидроборирующие реагенты. Превращение борорганических соединений в алканы, спирты, алкилгалогениды.
Окисление алкенов до оксиранов по Прилежаеву и до диолов по Вагнеру. Стереохимия гидросилирования алкенов. Озонолиз алкенов, окислительное и восстановительное расщепление озонидов.
Радикальные реакции: присоединение бромистого водорода по Харашу (механизм
АdR), присоединение H2S, RSH к алкенам и аллильное галогенирование по Циглеру. Полимеризация алкенов: радикальная, катионная, анионная, координационная.
4.АЛКИНЫ.
Природа тройной связи. Методы синтеза алкинов.
Электрофильное присоединение к алкинам. Сравнение реакционной способности алкинов и алкенов. Галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация по Кучерову. Восстановление алкинов до цис- и транс-алкенов.
С-Н-кислотность ацетилена, понятие. Ацетилениды натрия и меди. Конденсация алкинов-1 с кетонами и альдегидами (Фаворский, Реппе)
5.АЛКАДИЕНЫ.
Типы диенов. Аллены, сопряжённые диены. Методы синтеза 1,3-диенов: дегидрирование алканов.
Особенности строения 1,3-бутадиена. Молекулярные орбитали 1,3-диенов. Аллилкатион, его молекулярные орбитали. 1,2- и 1,4-Присоединение, энергетический профиль реакции, термодинамический и кинетический контроль.
Реакция Дильса-Альдера с алкенами и алкинами, стереохимия реакции и её применение в органическом синтезе.
Полимеризация диенов. Синтетический и натуральный каучуки. Вулканизация каучука.
6.АРОМАТИЧНОСТЬ. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.
Строение бензола. Формула Кекуле. Молекулярные орбитали бензола. Аннулены.
Аннулены ароматические и неароматические. Концепция ароматичности. Правило Хюккеля.
Критерии ароматичности: структурный, квантовохимический, энергетический (теплоты гидрирования) и магнитный. Ароматические катионы и анионы. Антиароматичность на примере
циклобутадиена, циклопропенил-аниона, катиона циклопентадиенилия. Диаграмма Фроста.
Конденсированные ароматические углеводороды: нафталин, фенантрен, антрацен, азулен и
др. Гетероциклические пяти- и шестичленные ароматические соединения (пиррол, фуран,
тиофен, индол, пиридин, хинолин).
Получение ароматических углеводородов в промышленности - каталитический риформинг нефти, переработка коксового газа и каменноугольной смолы
7.РЕАКЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ В АРОМАТИЧЕСКОМ РЯДУ
Общие представления о механизме реакций, кинетический изотопный эффект в реакциях электрофильного замещения водорода в бензольном кольце. Представления о - и -
комплексах. Структура переходного состояния. Аренониевые ионы ( -комплексы) в реакциях электрофильного замещения. Влияние заместителя на скорость и направление электрофильного замещения. Согласованная и несогласованная ориентация. Факторы парциальных
скоростей.
Нитрование. Нитрующие агенты. Механизм реакции нитрования. Нитрование бензола
и его замещённых. Нитрование нафталина, бифенила и других аренов. Получение полинитросоединений. Понятие об ипсо-атаке и ипсо-замещении в реакциях нитрования.
Галогенировнаие. Галогенирующие агенты. Механизм реакции галогенирования аренов и их производных.
Сульфирование. Сульфирующие агенты. Механизм реакции. Кинетический и термодинамический контроль в реакции сульфирования на примере фенола и нафталина. Превращения сульфогруппы. Кинетический изотопный эффект.
Алкилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Алкилирующие агенты. Механизм реакции. Полиалкилирование. Побочные процессы - изомеризация алкилирующего агента и
конечных продуктов. Синтез диарил- и триарилметана. Триметилкатионы, анионы и радикалы. Методы их генерирования и стабильность.
Ацилирование аренов по Фриделю-Крафтсу. Ацилирующие агенты. Механизм реакции. Региоселективность ацилирования. Формилирование по Гаттерману-Коху и другие родственные реакции.
8.НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ У НАСЫЩЕННОГО АТОМА УГЛЕРОДА.
Реакции нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода в алкилгалогенидах, как метод создания связи углерод-углерод, углерод-азот, углерод-кислород, углеродсера, (получение алкилгалогенидов, спиртов, тиолов, простых эфиров, нитросоединений,
аминов, эфиров).
Классификация механизмов реакций нуклеофильного замещения. Основные характеристики SN1 и SN2 реакции. Энергетический профиль реакции. Реакции SN2 типа. Кинетика,
стереохимия, Вальденовское обращение. Реакции SN1 типа. Кинетика, стереохимия, рацемизация. Понятие о нуклеофильности. Влияние природы радикала и уходящей группы, растворителя. Карбокатионы, факторы, определяющие их устойчивость. Перегруппировка карбокатионов. Методы генерирования карбокатионов. Амбидентные нуклеофилы.
8.ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ
Классификация, изомерия, номенклатура. Способы получения галогенопроизводных
из алканов, алкенов, алкинов, ароматических соединений, спиртов и аминов. Химические
свойства: нуклеофильное замещение галогена на гидроксигруппу, алкоксигруппу, аминогруппу, цианогруппу, другой галоген. Реакции отщепления галогена и галогеноводорода,
образование металлоорганических соединений.
Механизмы реакций нуклеофильного замещения (SN1 и SN2) и отщепления (Е1 и Е2).
Влияние строения галогенопроизводного, силы нуклеофила, характера уходящей группы и
растворителя на прохождение реакции. Стереохимия реакций нуклеофильного замещения,
Вальденовское обращение, рацемизация.
9.НУКЛЕОФИЛЬНОЕ АРОМАТИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ.
Общие представления о механизме нуклеофильного замещения в галогенаренах.
Механизм отщепления-присоединения на примере превращения галогеналкилбензолов в фенолы и ароматические амины, дегидробензол.
Механизм присоединения-отщепления SNAr, примеры реакции и активирующее влияние электроноакцепторных заместителей. Аннионые -комплексы Мейзенгеймера и их строение.

Порядок и условия проведения экзамена
по дисциплине «Органическая химия»
В начале учебного семестра студентам разъясняется порядок допуска к экзамену по дисциплине.




Экзамен по дисциплине сдается во время экзаменационной сессии по окончании теоретического и практического курса занятий.
К экзамену допускаются студенты, выполнившие лабораторные работы и сдавшие домашние работы согласно учебному плану.
Перечень вопросов к экзамену объявляется студентам не позднее, чем за десять дней до
даты его первого приема.
Прием экзамена осуществляет преподаватель, проводивший занятия по дисциплине в
данной группе.
Составитель
профессор Е.Р.Кофанов
Рассмотрено и утверждено на заседании учебно-методического семинара кафедры органической химии 4 сентября 2012 г., протокол № 1.