Раздел 1. Теоретические основы органической химии

1.1 Химическая связь. Предмет органической химии. Исторические этапы становления и развития органической химии. Роль органической химии в становлении научного мировоззрения. Распространение органических соединений. Источники органических соединений: углеводородное сырьё (нефть, природный газ, уголь, сланцы), растительное и животное сырье. Роль и значение органических веществ в развитии промышленности и в функционировании биосферы.

Состав и строение органических соединений. Основные положения теории химического строения органических соединений. Структурная формула. Гомология, изомерия, типы изомерии. Типы номенклатур: тривиальная, рациональная, систематическая номенклатура IUPAC. Классификация органических веществ по строению углеводородного скелета молекулы (алифатические, циклические (карбо- гетероциклические, ароматические), по характеру функциональной группы.

Теоретические представления в органической химии. Природа и типы химической связи. Ковалентная связь. Физические характеристики связи: энергия, длина, направленность, полярность, поляризуемость. Способы образования и разрыва ковалентной связи: коллигация, координация, гомолиз, гетеролиз. Валентное состояние атома углерода, типы гибридизации. Понятие о s- и p- связях. Локализованные и делокализованные связи. Энергия делокализации, или сопряжения. Электронные эффекты в молекулах: индуктивный и мезомерный.

1.2 Химическая реакция. Классификация химических реагентов: нуклеофильные, электрофильные, радикальные. Классификация химических реакций: замещения, присоединения, отщепления. Символ химической реакции.

Общие представления о протолитической теории кислот и оснований Лоури - Бренстеда и теории Льюиса. Кислотно-основное равновесие, сопряженные кислоты и основания. Влияние структуры на кислотные свойства соединения.

 

Раздел 2. Углеводороды

 

2.1 Алканы. Гомологический ряд алканов. Промышленные способы получения алканов: переработка нефти и природного газа, гидрогенизация угля. Лабораторные методы синтеза алканов: гидрирование ненасыщенных углеводородов, реакция Вюрца, декарбоксилирование солей карбоновых кислот.

Основные физические свойства алканов и их изменения в гомологическом ряду. Электронное строение молекулы метана, sp³ -гибридизация. Параметры σ _С-С- и σ _С-Н-связей. Гомолитический разрыв связей в алканах. Общая характеристика реакционной способности алканов. Основные реакции: галогенирование, нитрование (реакция Коновалова), сульфирование, окисление. Селективность радикальных реакций. Крекинг алканов и его применение. Применение алканов. Проблемы охраны окружающей среды и их решение.

2.2 Алкены. Классификация непредельных углеводородов: алкены, алкины, алкадиены. Гомологический ряд алкенов. Нахождение в природе. Номенклатура. Методы получения: дегалогенирование и дегидрогалогенирование галогенопроизводных углеводородов, дегидратация спиртов. Правило Зайцева.

Физические свойства алкенов. Структурная и пространственная изомерия алкенов, относительная устойчивость изомеров. Электронное строение, особенности π-связи.

Характеристика реакционной способности алкенов. Реакции электрофильного присоединения: галогенирование, присоединение галогеноводородов, воды, минеральных кислот. Правило Марковникова, его электронная интерпретация. Реакция Караша. Мягкое окисление алкенов по Вагнеру. Качественные реакции на кратную связь. Жесткое окисление, озонолиз. Восстановление кратной связи. Полимеризация алкенов. Понятие о мономерах и полимерах. Применение продуктов полимеризации этилена, пропилена и изобутилена в промышленности. Понятия о пластмассах, пластификаторах и стабилизаторах. Экологические аспекты производства и использования высокомолекулярных соединений.

2.3 Диеновые углеводороды. Классификация диеновых углеводородов в зависимости от взаимного расположения двойных связей: с изолированными, кумулированными и сопряженными двойными связями. Методы получения диенов. Особенности электронного строения диенов. Образование сопряженной системы в молекуле бутадиена-1,3.

Характеристика реакционной способности диенов. Особенности реакций присоединения к сопряженным диенам: 1,2 и 1,4-присоединение. Полимеризация диенов. Бутадиеновый, изопреновый и хлоропреновый каучуки. Натуральный и синтетический каучук, гуттаперча.

2.4 Алкины. Гомологический ряд ацетилена. Номенклатура. Способы получения алкинов: дегидрогалогенирование вицинальных и геминальных дигалогеноалканов, алкилирование ацетиленидов щелочных металлов. Электронное строение молекула ацетилена, sp –гибридизация атома углерода. Физические характеристики тройной связи. Изменение полярности связи С-Н в ряду: алканы – алкены – алкины.

Сравнение реакционной способности алкенов, алкинов и алкадиенов в реакциях электрофильного присоединения: гидрирования, присоединения галогенов, галогеноводородов. Гидратация алкинов (реакция Кучерова). Реакции нуклеофильного присоединения к алкинам (A_N-реакции): присоединение спиртов, уксусной кислоты, цианистого водорода. Применение в промышленности продуктов полимеризации винилацетата, акрилонитрила. Кислотные свойства терминальных алкинов, образование ацетиленидов и гомологов ацетилена. Качественные реакции на концевую тройную связь. Реакции димеризации, тримеризации и циклотримеризации алкинов. Применение ацетилена для сварки и резки металлов.

2.5 Углеводороды циклического ряда. Алициклические углеводороды. Классификация: по размеру цикла, количеству циклов и степени ненасыщенности.

Циклоалканы. Структурная и пространственная изомерия. Номенклатура. Способы получения циклоалканов. Реакционная способность в реакциях присоединения малых и больших циклов: галогенирование, взаимодействие с минеральными кислотами. Реакции мягкого и жесткого окисления, восстановления. Взаимосвязь между размером цикла и его реакционной способностью. Гипотеза Байера, типы напряжений в цикле. Конформации малых и больших циклов. Аксиальные и экваториальные связи в молекулах циклопентана и циклогексана.

Бициклические и полициклические углеводороды. Типы бициклических систем. Общие представления о терпенах, их роль в природе.

2.6 Ароматические углеводороды. Классификация, изомерия и номенклатура аренов. Источники получения: нефть, коксовый газ, каменноугольная смола. Методы получения: синтез Вюрца - Фиттига, алкилирование по Фриделю - Крафтсу, декарбоксилирование ароматических карбоновых кислот, циклотримеризация ацетилена и его гомологов. Особенности электронного строения бензола. Химические свойства. Реакции электрофильного замещения (S_E): галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование, ацилирование. Классификация заместителей в ароматическом кольце (электронодонорные и электроноакцепторные, активирующие и дезактивирующие). Влияние природы заместителя на скорость и направление S_E -реакций. Согласованная и несогласованная ориентация.

Радикальные реакции аренов. Реакции присоединения, гидрирования и галогенирования. Реакции гомологов бензола по боковым цепям: галогенирование, нитрование, окисление.

Применение ароматических углеводородов в качестве топлива, растворителей, сырья в органическом синтезе. Применение стирола в производстве пластмасс и синтетического каучука. Токсичность аренов, физиологическое воздействие на животных и человека.

2.7 Ароматические углеводороды с изолированными и конденсированными ядрами. Дифенил-, трифенилметан и их производные, применение в промышленности.

Общие представления о многоядерных ароматических углеводородах: нафталин, антрацен, фенантрен и др. Номенклатура и изомерия. Особенности электронного строения молекул нафталина и антрацена. Способы получения. Химические свойства: галогенирование, сульфирование, нитрование. Отличие в реакционной способности углеродов в a- и b- положениях. Реакции окисления и восстановления. Ализариновые красители. Токсичные свойства многоядерных ароматических соединений, проблемы защиты окружающей среды.