СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
ВВЕДЕНИЕ
Предмет органической химии. Этапы развития. Место органической химии в системе
наук. Роль органической химии в народном хозяйстве. Основные сырьевые источники
органических соединений. Тонкий органический, промышленный и микробиологический
синтез. Общие проблемы экологии.
РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
1.1.
Структурная изомерия и номенклатура органических соединений.
Классификация органических соединений. Углеродные цепи, углеводородные радикалы,
функциональные группы, гомологические ряды. Структурная изомерия. Номенклатура
органических соединений: тривиальная, рациональная, ИЮПАК.
1.2. Химическая связь.
Типы химической связи в органических молекулах. Ковалентная связь, способы
образования и разрыва. Основные физические параметры ковалентной связи: длина,
энергия, направленность, полярность, поляризуемость. Гибридизация и гибридные
орбитали атома углерода, - и -связи. Локализованные и делокализованные связи.
Сопряженные системы. Электронные смещения в молекулах, индуктивный и мезомерный
эффекты, гиперконъюгация. Резонансные структуры.
1.3. Химическая реакция.
Классификация органических реакций по характеру превращения: замещение,
присоединение, элиминирование (отщепление), циклоприсоединение, перегруппировка; по
способу
разрыва
и
образования
связи:
(гомолитический,
гетеролитический,
перициклический). Катализаторы и каталитические реакции. Понятие о субстрате и реагенте.
Классификация реагентов: электрофилы, нуклеофилы, радикалы. Понятие о молекулярности,
порядке, и скорости реакции. Механизмы реакций. Интермедиаты. Лимитирующая стадия.
1.4. Теории кислот и оснований.
Кислотно-основные свойства органических соединений. Протолитическая теория
Бренстеда-Лоури. Электронная теория кислот и оснований Льюиса. Зависимость
кислотно-основных свойств органических соединений от их строения.
1.5. Пространственная изомерия.
Пространственная (стерео) изомерия: энантиомерия и диастереомерия.
Конфигурационные
и
конформационные
изомеры.
Способы
изображения
пространственного строения молекул. Проекционные формулы Фишера, перспективные
формулы Ньюмена. R,S-номенклатура. Относительная и абсолютная конфигурации.
Эритро- и трео-изомеры, мезо-форма, рацемат, рацемическая смесь Хиральность,
прохиральность и ахиральность. Понятие стереоселективности и стереоспецифичности
РАЗДЕЛ 2. МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ
ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Методы выделения и очистки органических веществ.
Методы
выделения
и
очистки
органических
перекристаллизация, экстракция, хроматография.
веществ:
перегонка,
РАЗДЕЛ 3. УГЛЕВОДОРОДЫ
3.1. Предельные углеводороды (алканы).
Гомологический ряд. Общая формула. Изомерия, номенклатура. Строение,
геометрия, конформации. Физические свойства. Распространение в природе.
Способы получения: промышленные методы – переработка нефти и газа,
гидрокрекинг угля, мазута, синтез Фишера-Тропша. Лабораторные методы: синтез Вюрца,
декарбоксилирование солей карбоновых кислот – термическое и электрохимическое
(метод Кольбе), гидрирование, гидролиз металлорганических соединений, восстановление
галогенопроизводных, кетонов. Общая характеристика реакционной способности.
Строение и относительная стабильность радикалов. Понятие о цепных реакциях. Реакции
галогенирования, сульфохлорирования, нитрования, сульфирования, окисления.
Механизм SR-реакций. Виды крекинга алканов. Экологические проблемы получения и
использования предельных углеводородов.
3.2. Непредельные углеводороды.
Классификация: алкены, алкины, алкадиены, типы диенов. Общие формулы
гомологических рядов. Распространение в природе. Структурная и пространственная
изомерия. Номенклатура непредельных углеводородов, Z-, E-номенклатура алкенов и
алкадиенов. Общие методы введения кратной связи  дегидрирование алканов,
дегидратация спиртов, дегидрогалогенирование (правило Зайцева), и дегалогенирование
моно- и дигалогеналканов, термический крекинг алканов. Методы получения алкинов:
реакции карбидов с водой и кислотами, алкилирование ацетиленидов. Синтез бутадиена
по Лебедеву.
Общая характеристика реакционной способности непредельных углеводородов.
Реакции
присоединения:
гидрирование;
АЕ-реакции
–
галогенирование,
гидрогалогенирование, гидратация, гипогалогенирование, присоединение серной
кислоты,
механизм,
стабильность
карбокатионов,
правило
Марковникова,
стереохимический результат. Сравнение реакционной способности алкенов, алкинов,
диенов. Особенности АЕ-реакций у сопряженных диенов (1,2- и 1,4-присоединение).
Реакции гидроборирования и гидроформилирования алкенов и алкинов. Перекисный
эффект Караша, механизм АR-реакции. Реакции SR: аллильное галогенирование и
окисление. АN-реакции алкинов: гидратация по Кучерову, присоединение к алкинам
HCN, спиртов, карбоновых кислот. СН-кислотность алкинов, ацетилениды и их
использование. Реакции диенового синтеза. Жесткое и мягкое окисление алкенов, диенов
и алкинов.
Олигомеризация и полимеризация алкенов и диенов. Стереоспецифическая
полимеризация и стереорегулярные полимеры. Полиэтилен, полипропилен, полистирол,
поливинилацетат, поливиниловый спирт. Сополимеризация. Натуральный и
синтетический каучуки. Реакции олигомеризации и полимеризации алкинов.
Основные направления использования непредельных углеводородов в химической
промышленности и других отраслях народного хозяйства.
3.3. Циклические углеводороды (циклоалканы).
Классификация по размеру цикла, количеству циклов, насыщенности. Геометрия
цикла, конформации, конформационный анализ. Устойчивость циклов. Теплота образования,
напряжение, трансаннулярное взаимодействие. Распространение в природе, физические
свойства. Методы получения циклоалканов. Синтез малых циклов – реакции 1,3элиминирования, циклоприсоединения. Получение средних и больших циклов:
гидрированием
непредельных
и
ароматических
углеводородов,
реакциями
циклоприсоединения, пиролизом карбоновых кислот и их солей. Особенности получения
больших циклов. Химические свойства циклоалканов. Реакции присоединения и замещения,
расширения и сужения циклов. Примеры бициклических углеводородов. Терпеновые
углеводороды и стероиды.
3.4. Ароматические углеводороды (арены).
Классификация, изомерия, номенклатура.
Методы синтеза: промышленные – ароматизация нефти, коксование угля, из
каменноугольной смолы, коксового газа; лабораторные – тримеризация алкинов,
дегидроциклизация алканов с 6 атомами углерода и более, декарбоксилирование
ароматических кислот или их солей, реакции Вюрца-Фиттига, Фриделя-Крафтса.
Особенности электронного строения. Правило ароматичности Хюккеля. Циклические
сопряженные системы. Ароматические, неароматические и антиароматические углеводороды
и ионы. Энергия делокализации (резонанса, стабилизации). Квантово-механическое описание
бензола методом МО ЛКАО. Физические свойства ароматических угеводородов.
Химические свойства аренов. Реакции гидрирования, галогенирования, окисления,
фотохимической
изомеризации.
SЕ-Реакции
бензола,
механизм.
Нитрование,
галогенирование, сульфирование, алкилирование, ацилирование бензола. SЕ-Реакции
замещенных бензолов. Классификация заместителей по ориентационным свойствам (1 и 2
рода) и по влиянию на скорость реакции – активирующие и дезактивирующие. Соотношения
изомеров в SЕ-реакциях. Ориентация у дизамещенных бензолов. Реакции алкилбензолов по
боковой цепи: галогенирование, нитрование, окисление.
Применение бензола и его гомологов. Многоядерные ароматические углеводороды,
номенклатура, изомерия. Трифенилметан и его производные.
Физиологическое воздействие ароматических углеводородов на животных и человека.
Канцерогены. Экологические аспекты производства и использования ароматических
углеводородов.
РАЗДЕЛ 4. ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ
Классификация, изомерия, номенклатура. Способы получения: галогенирование
углеводородов, гидрогалогенирование непредельных углеводородов, из спиртов.
Физические параметры связи С-галоген. Физические свойства. Химические
свойства. Реакции нуклеофильного замещения, механизмы (SN1, SN2), стереохимический
результат реакции. Влияние строения радикала, природы галогена, природы растворителя на
механизм SN-реакций. Реакции SN1 и SN2 с амбидентными ионами, правило Корнблюма.
Реакции элиминирования, механизмы Е1- и Е2, правило Зайцева. Конкуренция реакций
замещения и элиминирования, влияние основности реагента, температуры и строения
субстрата. Стереохимия Е-реакций.
Нуклеофильное замещение галогена в арилгалогенидах. Понятие об активированных и
неактивированных арилгалогенидах. Механизм SN-реакций у неактивированных
арилгалогенидов. Образование аринов (дегидроаренов). Механизм SN-реакций у
активированных арилгалогенидов. Комплексы Мейзенгеймера. Механизм SN-реакций у
неактивированных арилгалогенидов. Сравнение механизмов SN2 и SN2аром.,
Реакции галогенопроизводных с металлами. Реактивы Гриньяра, использование в синтезе.
Практически важные представители галогенопроизводных. Фреоны. Галогеносодержащие полимеры  ПВХ, тефлон, хлоропреновый каучук. Загрязнение окружающей
среды галогенсодержащими органическими веществами. Пестициды. Влияние на озоновый
слой. Ксенобиотики типа диоксина.
РАЗДЕЛ 5. АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ
5.1. Нитросоединения
Классификация, изомерия, номенклатура. Способы получения: нитрование
углеводородов, алкилирование нитритов.Строение нитрогруппы. Физические свойства.
Химические свойства. Восстановление нитрогруппы – условия, реагенты, влияние на
характер продуктов реакции. Реакции по алифатическому углеводородному радикалу:
влияние нитрогруппы на активность атома водорода в α-положении – таутомерия
первичных и вторичных нитросоединений, СН-кислотность, реакции с азотистой
кислотой, Конденсация с альдегидами Реакционная способность ароматических
нитросоединений (SE и SN реакции). Токсичность и загрязнение окружающей среды при
производстве и использовании нитросоединений.
.
5.2. Амины
Классификация, номенклатура. Способы получения аминов: восстановление
азотсодержащих органических соединений, алкилирование аммиака и аминов.
Физические свойства. Водородная связь. Химические свойства. Реакции по
аминогруппе. Основность аминов, ее зависимость от природы углеводородного радикала.
Алкилирование и ацилирование аминов. Анилиды, использование в органическом
синтезе. Реакции аминов с азотистой кислотой. Реакции по углеводородному радикалу
ароматических аминов: галогенирование, нитрование, сульфирование; аминогруппа как
заместитель бензольного кольца, способы защиты аминогруппы в ароматических аминах.
Четвертичные аммонийные соли и основания, строение и свойства.
Загрязнение окружающей среды аминами, влияние на флору и фауну.
Промышленно значимые представители аминов, их практическое использование.
5.3. Диазо- и азосоединения
Алифатические и ароматические диазосоединения, строение, физические свойства.
Диазометан. Получение солей диазония, условия реакции, стабильность солей арендиазония.
Диазогидраты и диазотаты, таутомерные превращения в зависимости от рН среды.
Химические свойства: реакции с выделением азота и реакции азосочетания. Механизмы
разложения солей диазония. Условия азосочетания с аминами и фенолами. Азосоединения.
Элементы теории цветности органических соединений. Цвет и строение: связь
поглощения света и строения органических соединений. Группировки в органических
молекулах – носители цветности (хромофоры). Батохромный и гипсохромный сдвиг
поглощения света. Коэффициент молярного поглощения. Группировки, усиливающие цвет.
Азокрасители как кислотно-основные индикаторы. Метиловый оранжевый.
РАЗДЕЛ 6. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ
6.1. Спирты и фенолы
Классификация, изомерия и номенклатура. Общие способы введения гидроксильной
группы: гидролиз галогенопроизводных углеводородов, реакции первичных аминов с
азотистой кислотой. Способы получения спиртов – гидратация и окислительное
гидроборирование алкенов, восстановление альдегидов, кетонов, сложных эфиров,
синтезы с использованием реактивов Гриньяра. Способы получения фенолов – кумольный
метод, щелочная плавка сульфокислот, выделение из продуктов коксования угля.
Физические свойства, строение спиртов и фенолов. Водородная связь. Общая
характеристика реакционной способности спиртов и фенолов. Реакции по связям С-О, О-Н,
атому кислорода. Кислотные свойства спиртов и фенолов. Ряд увеличения кислотности.
Основные свойства спиртов, образование оксониевых солей. Особенности реакций
нуклеофильного замещения гидроксигруппы спиртов. Реакции SN1 и SN2. Сравнительные
свойства спиртов и фенолов, алкоголятов и фенолятов как нуклеофилов. Реакции
межмолекулярной и внутримолекулярной дегидратации спиртов. Реакции окисления и
дегидрирования спиртов, условия, сравнительная активность. Многоатомные спирты,
особенности вицинальных и геминальных полиолов. Химические свойства, окисление
иодной кислотой, образование хелатных комплексов.
Влияние гидроксильной группы фенолов на реакционную способность
ароматического цикла. Особенности и условия реакций бромирования, нитрования,
сульфирования фенолов. Алкилирование и ацилирование фенолов, перегруппировки Фриса и
Кляйзена. Специфические для фенолов SЕ-реакции формилирования и карбоксилирования.
Практически важные представители: метанол, этанол, этиленгликоль, глицерин,
фенол,
пирокатехин,
резорцин,
гидрохинон,
пирогаллол,
флороглюцин.
Фенолформальдегидные смолы. Качественные реакции на спирты и фенолы.
Экологические проблемы, связанные с применением и производством фенолов.
6.2. Простые эфиры
Номенклатура. Способы получения: межмолекулярная дегидратация спиртов,
синтез Вильямсона, его механизм. Химические свойства: основность, расщепление
простой эфирной связи иодоводородной кислотой, металлическим натрием по Шорыгину.
Автоокисление простых эфиров. Циклические простые эфиры: оксид этилена,
тетрагидрофуран, 1,4-диоксан, анизол, фенетол, краун-эфиры Их промышленное
применение
6.3. Оксосоединения. Альдегиды, кетоны, хиноны
Классификация, номенклатура и изомерия. Распространение в природе. Способы
получения, общие для алифатического и ароматического рядов – окисление спиртов и
углеводородов, гидролиз геминальных дигалогенидов, декарбоксилирование кислот и
кальциевых (бариевых) солей, восстановление хлорангидридов кислот с образованием
альдегидов. Специфические методы получения алифатических альдегидов и кетонов –
оксосинтез, гидратация алкинов; получение ароматических альдегидов и кетонов по Фриделю
– Крафтсу, Гаттермау – Коху.
Электронное строение и геометрические параметры
карбонильной группы.
Физические свойства. Химические свойства: общая характеристика реакционной способности. Реакции получения оксимов, гидразонов, иминов, оксинитрилов, полуацеталей,
ацеталей. Механизм АN- реакций. Влияние кислотного и основного катализа на скорость
реакции. Влияние электронных и стерических факторов на реакционную способность. С-Н –
Кислотность альдегидов и кетонов. Реакции с участием α-положения относительно
карбонильной группы. Реакции конденсации карбонильных соединений: альдольная,
кротоновая, Кляйзена – Шмидта, Кневенагеля, Перкина, Виттига. Галоформное расщепление
метилкетонов. Фенолоформальдегидные смолы.
Реакции окисления. Реакция «серебряного зеркала» и окисление альдегидов реактивом
Фелинга. Окисление кетонов, правило Попова. Восстановление карбонильной группы до
спиртовой и метиленовой. Реакции диспропорционирования: Канниццаро, Меервейна –
Понндорфа – Верлея – Опенауэра, Тищенко. SЕ-реакции по ароматическому кольцу при
наличии карбонильной группы: нитрование, галогенирование, сульфирование.
Непредельные альдегиды и кетоны, общая характеристика реакционной способности.
Хиноны: строение, получение, свойства.
Практически важные представители альдегидов, кетонов и хинонов.
6.4. Карбоновые кислоты и их производные
Классификация, номенклатура и изомерия карбоновых кислот. Способы получения
карбоновых кислот: методами окисления углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов;
гидролизом
геминальных
тригалогенидов,
нитрилов;
карбоксилирование
магнийорганических соединений, карбонилирование спиртов. Физические свойства.
Электронное строение карбоксильной группы, ее геометрия.
Общая характеристика реакционной способности. Зависимость кислотности от
пространственных и электронных факторов. Получение функциональных производных
карбоновых кислот. Соли карбоновых кислот. Галогенангидриды кислот: получение и
химические свойства. Ангидриды карбоновых кислот: получение и химические свойства.
Гидролиз, алкоголиз, аммонолиз. Теоретические основы реакции ацилирования.
Сравнение активности ацилирующих агентов. Сложные эфиры. Методы синтеза
реакциями этерификации, ацилирования, алкилирования. Механизм реакции
этерификации. Реакции сложных эфиров: гидролиз в кислой и щелочной среде. Мыла.
Восстановление сложных эфиров по методу Буво-Блана и гидридами металлов. Амиды
карбоновых кислот. Строение, номенклатура, кислотно-основные свойства. Способы
получения амидов. Химические свойства: реакции гидролиза, алкилирование, Nгалогенирование, перегруппировка Гофмана. Нитрилы и изонитрилы: способы получения
и химические свойства.
Непредельные кислоты. Номенклатура, строение, методы получения.
Многоосновные карбоновые кислоты. Отдельные представители непредельных,
дикарбоновых и поликарбоновых кислот. Малоновый эфир, использование в синтезах.
Ароматические моно- и поликарбоновые кислоты и их производные. Использование в
синтезах промышленно важных веществ: полимеры, смолы, пластификаторы.
Функционально замещенные карбоновые кислоты: галогенкарбоновые кислоты,
гидроксикарбоновые кислоты, оксокарбоновые кислоты. Классификация, номенклатура,
структурная и оптическая изомерия. Методы синтеза и химические свойства. Реакции по
карбоксильной и по функциональным группам. Ацетоуксусный эфир, использование в
синтезах. Лактиды, лактоны.