Экспериментальные и теоретические методы в тонком

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИПР
___________Мазуров А.К.
«___»_____________2011__ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ТОНКОМ
ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП 020100 «Химическая
технология»(магистр)
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)
Магистерская программа «Химия и технология
биологически активных веществ»
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) _Магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011г.
КУРС 2 СЕМЕСТР 3
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ _4_
ПРЕРЕКВИЗИТЫ рекомендуется предварительное изучение следующих
фундаментальных дисциплин: общая и неорганическая химия, физическая
химия, органическая химия.
КОРЕКВИЗИТЫ _Медицинская химия, промышленные методы получения
лекарственных средств, проектирование современных фармацевтических
производств, научные основы органического синтеза.
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
9 час.
Практические занятия
Лабораторные занятия
18 час.
45 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ _72 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 54 час.
ИТОГО 126 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ___очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ контрольные работы
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ__кафедра БИОХ_ИФВТ_
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ
Филимонов В.Д.
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
Бондалетова Л.И.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
Чайковский В.К.
2011г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Целью изучения курса «Экспериментальные и теоретические
методы в тонком органическом синтезе» является углубление знаний
магистранта в области тонкого органического синтеза, его стратегии и
тактики, построению скелета молекулы, введению и защите
функциональных групп. Использованию современных химических
реагентов и методов.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Главным в курсе «Экспериментальные и теоретические методы в
тонком органическом синтезе» является освоение принципов планирования
органического синтеза и грамотного экспериментального осуществления
химических превращений. Освоение использования новых реагентов и
лабораторных методик, разработанных на кафедре БИОХ ТПУ.
Для лучшего усвоения учебного материала предлагаемой дисциплины
рекомендуется предварительное изучение следующих фундаментальных
дисциплин: общая и неорганическая химия, физическая химия, органическая
химия. Параллельно магистранты могут изучать курсы: медицинская химия,
промышленные методы получения лекарственных средств, проектирование
современных фармацевтических производств, научные основы
органического синтеза.
Для достижения целей при овладении теоретическими знаниями и
практическими навыками используются лекции, лабораторные, практические
занятия, тесты и контрольные задания для проверки знаний.
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
После прохождения курса магистрант должен иметь представление:
- о теоретических основах органического синтеза.
- о планировании синтеза сложного органического вещества.
- о методах генерации углерод-углеродных и других химических связей.
- о защите функциональных групп при проведении синтеза.
- реакциях карбо- и гетероциклизации.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
Магистрант должен иметь опыт:
- Грамотного экспериментального воспроизведения лабораторной
методики синтеза органического вещества, приведенной в научном
журнале или лабораторном практикуме.
- Знать и уметь систематически использовать полученные навыки для
планирования
и
экспериментального
органического синтеза.
осуществления
сложного
4. Структура и содержание модуля (дисциплины)
Темы лекций:
Введение
Тонкий органический синтез. Цели тонкого органического синтеза.
Проблема селективности органических реакций. Разработки кафедры ОХОС
в области тонкого органического синтеза.
Построение углеродного скелета молекулы
Варьирование реагентов как способ управления селективностью
реакции. Избирательная активация альтернативных реакционных центров
субстрата. Электрофилы и нуклеофилы. Реакции ионов. Расчленение и
синтоны. Донорные и акцепторные синтоны. Синтетические эквиваленты.
Стабилизация органических ионов.
Принципы сборки С–С -связи. Электрофильные азот-углеродные
реагенты. Реакция Манниха, Вильсмейера-Хака-Арнольда. Электрофильные
алкены. Взаимодействие карбонильных соединений с нуклеофилами. βНенасыщенные карбонильные соединения. Карбены. Присоединение
карбенов к алканам и алкенам.
Металлоорганические соединения. Органические соединения цинка,
кадмия и магния. Органические соединения меди. Диалкиллитийкупраты.
Реакция Ульмана. Взаимодействие этиленовых производных c иодаренами
(реакция Хека). Реакции терминальных алкинов и их металлопроизводных.
Взаимодействие терминальных алкинов с карбонильными соединениями,
ацилхлоридами, иодалкенами и галогенаренами. Ацетиленовая конденсация
(варианты Кастро, Саногаширы, Шварцберга). Димеризация алкинов и
алканов. Удлинение углеродной цепи.
Активные метиленовые соединения, образующие стабилизированные
карбанионы. Синтезы на основе ацетоуксусного и малонового эфиров.
Реакции Штоббе, Кневенагеля, Дебнера.
Алкилирование и ацилирование соединений стабилизированных одной
электроноакцепторной группой. α-Алкилирование альдегидов и кетонов.
Конденсация альдегидов и кетонов. Альдольная конденсация. Смешанная
конденсация. Присоединение карбанионов к сопряженным структурам.
Реакция Михаэля.
Не стабилизированные и стабилизированные илиды. Реакция Виттига,
Стерический контроль в реакции Виттига. 1,3-ди- и 1,3,5-тритианы, реагенты
для обращения полярности реакционного центра.
Алкены, арены и гетероарены в роли нуклеофилов. Реакции
ацилирования и алкилирования по Фриделю-Крафтсу. Хлорметилирование.
Алкилирование енаминов. Реакция Гаттермана и Гаттермана-Коха.
Построение циклических структур
Внутримолекулярная циклизация. Реакция Дикмана. Переходное
состояние при внутримолекулярной циклизации. Правила Болдуина. Реакция
Михаэля с внутримолекулярной конденсацией. Образование ароматических
циклов. Бензол, нафталин, фенантрен, антрацен, пирен, тетрацен, пентацен.
Образование средних и больших циклов. Реакция Торпа-Циглера,
ацилоиновая конденсация.
Перициклические реакции. Отличительные особенности этого типа
реакций.
Граничные
орбитали.
Симметрия
орбиталей.
Реакции
контролируемые симметрией орбиталей. Правила Вудварда-Гофмана.
Электроциклические реакции. Реакции, инициируемые нагреванием и
светом. Стереоспецифичность электроциклических реакций. Конротаторное
и дисротаторное вращение орбиталей. Факторы, определяющие
электроциклические реакции: условия проведения реакции, структура электронной системы, направление замыкания цикла.
Реакции
циклоприсоединения.
Стереохимия
реакций
циклоприсоединения. Понятия супраповерхностного и антраповерхностного
процессов. Реакция Дильса-Альдера: механизм реакции Дильса-Альдера.
Региоселективность реакции Дильса-Альдера. Диенофилы с напряжением в
цикле. Синтез Дильса-Альдера с раскрытием цикла в аддукте. Обращение
цикла.
Перегруппировки. 1,2-Миграция. Сокращение цикла. Образование
циклобутена. Синтез бициклодомасценона. Использование перегруппировки
Бекмана в синтезе
пумилиотоксина. Применение реакции РамбергаБеклунда в синтезе циклических диенов. Получение малых циклов с
использованием перегруппировки.
Ретросинтетический анализ
Ретросинтетический
анализ.
Реакции
присоединения
в
ретросинтетическом анализе. Симметризующий ретросинтез. Окислительный
ретросинтез.
Защита функциональных групп в органическом синтезе.
4.2 Структура модуля.
Таблица 1.
Структура модуля (дисциплины)
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
Экспериментальные и
теоретические методы в
тонком органическом
синтезе
Аудиторная работа (час)
Лекци Практ./сем.
Лаб. зан.
и
Занятия
9 час. 18 час.
40 час.
СРС
(час)
Колл,
Ито
Контр.Р. го
54
час.
5
126
5. Образовательные технологии
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
Лаб.
раб.
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы
проблемного
обучения.
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский
метод
Другие методы
* - Тренинг, ** - Мастер-класс
Пр. зан./
Сем.,
+
+
+
+
+
+
Тр*.,
Мк**
СРС
К. пр.
+
+
+
+
+
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1 Текущая СРС, состоит в проработке лекционного материала,
подготовке к лабораторным занятиям и контрольным работам, подготовке к
экзамену (44 ч)
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР), состоит в научном поиске по информационным базам
библиотеки ТПУ и Интернета написании реферата по заданию
преподавателя (10 ч.).
6.2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
6.3
Содержание самостоятельной работы студентов по модулю
(дисциплине)
Исследование иодирования π-избыточных и π-недостаточных гетеро- и
карбоциклов (в т.ч. с конденсированными бензольными кольцами), а
также других проблемных органических соединений N-I реагентами.
Исследование взаимодействия 1,3,6-три-трет-бутилбензола,
бенздиазолов, бензтриазолов, фенотиазина и его ацил и
алкилзамещенных, фенооксазинов, алкил- и фенилбензоксазолов N-I
реагентами.
Синтез дииодпроизводных 5,5-диэтил- и 5,5-диметилбарбитуровой
кислоты.
Синтез иодпроизводных мочевины.
Синтез иодпроизводных мочевой кислоты и др.
Определение региоселективности иодирующих систем в зависимости
от концентрации серной кислоты (ГХМС).
Контроль самостоятельной работы
При изучении курса «Экспериментальные и теоретические методы в
тонком органическом синтезе» используется рейтинговая система оценки
знаний студентов. Максимальная рейтинговая оценка (общий рейтинг ОР)
дисциплины составляет 100 баллов. В нее входят: 1) рейтинг рубежного
контроля (РРК), 3) рейтинг самостоятельной работы (РСМ), 4) рейтинг зачета
(РЗ).
Рейтинг рубежного контроля (РРК) складывается из оценок,
полученных при написании контрольных работ. В семестре проводится 3
контрольных работ (оценка каждой контрольной работы приводится в листе
рейтинга). Максимальный РРК равен 60 баллов.
Рейтинг самостоятельной работы (РСМ) складывается из оценок,
полученных при выполнении самостоятельной работы. Максимальный РСМ
равен 40 баллам.
В конце семестра подсчитывается рейтинг семестра (РС),
максимальное значение которого 70 баллов:
РС = РРК + РЛЗ + РСМ = 60 + 10 = 70 б.
Магистрант допускается к сдаче экзамена если он полностью выполнил
учебный план и его рейтинг (РС) более 45 баллов.
Максимальный рейтинг экзамена (РЭ) 30 баллов. Форма проведения
письменная. Экзамен считается сданным, если его оценка не менее 20 баллов.
На первой лекции проводится входной контроль по курсу
«органическая химия».
6.4
Учебно-методическое
студентов
обеспечение
самостоятельной
работы
Учебники:
1. В.А. Смит, А.Ф. Бочков, Р. Кейпл. Органический синтез наука и
искусство. Москва. «Мир». –2001.-573 с.
2. А.Ф. Бочков, В.А. Смит. Органический синтез. М.: Наука. –1987. –304 с.
3. Р. Маки, Д. Смит. Путеводитель по органическому синтезу. М.: «Мир».
– 1985. – 352 с.
Дополнительная литература:
1. П. Ласло. Логика органического синтеза. М.: Мир. – 1998. Т. 1,2.
2. Вейганд-Хильгетаг. Методы эксперимента в органической химии. М.:
«Химия». 1968, - 944с
3. Р.П. Евстигнеева. Тонкий органический синтез. Учебное пособие. —
М. : Химия, 1991. — 184 с.
4. Г.Л. Мищенко, К.В. Вацуро. Синтетические методы органической
химии. М.; «Химия».-1982. – 440с.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества
освоения модуля (дисциплины)
Фонд оценочных средств состоит из задач для самостоятельной работы
и билетов по контрольным работам.
Образцы билетов рубежных контрольных работ
Контрольная работа №1
Жасмин-альдегид, душистое вещество с запахом жасмина, используемое в
парфюмерии, имеет следующую формулу:
CH=C-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
CH=O
Предложите схему его получения конденсацией соответствующих
карбонильных соединений (одним из которых является бензальдегид). Какие
условия и механизм лежат в основе синтеза.
С использованием реакции Виттига получите половой аттрактант
домашней мухи – мускалур: СH3-(CH2)7–CH=CH–(CH2)12-CH3
Контрольная работа №2
1. Синтоны. Донорные и акцепторные синтоны. Синтетические
эквиваленты. Стабилизация органических ионов.
Принципы сборки С–С -связи.
2. Органические соединения меди. Диалкиллитийкупраты. Реакция Ульмана.
Взаимодействие ацетиленовых производных c иодаренами.
3. Осуществите превращения. Сколько стадий для этого потребуется.
CH3 - CH=CH2
CH3 - C
C - CH3
Контрольная работа №3
1. Активные метиленовые соединения, образующие стабилизированные
карбанионы. Синтезы на основе ацетоуксусного и малонового эфиров.
Реакции Штоббе, Кневенагеля, Дебнера.
2. Электроциклические реакции. Реакции, инициируемые нагреванием и
светом. Стереоспецифичность электроциклических реакций. Конротаторное
и дисротаторное вращение орбиталей.
3. Осуществите превращения.
H2
C
H2C
CH2
H2C
CH2
CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH = CH2
C
H2
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ
Билет №1
1. Применение реакции Рамберга-Беклунда в синтезе циклических диенов.
Получение малых циклов с использованием перегруппировки.
2. Не стабилизированные и стабилизированные илиды. Реакция Виттига.
Стерический контроль в реакции Виттига.
3. Предложите синтетический путь получения соединения.
O
8. Рейтинг качества освоения модуля (дисциплины)
Рейтинг качества освоения модуля складывается из оценок, полученных при
выполнении контрольных работ работы.
В конце семестра подсчитывается рейтинг семестра (РС),
максимальное значение которого 70 баллов:
РС = РРК + РЛЗ + РСМ = 60 + 10 = 70 б.
Магистрант допускается к сдаче экзамена если он полностью выполнил
учебный план и его рейтинг (РС) более 45 баллов.
Максимальный рейтинг экзамена (РЭ) 30 баллов. Форма проведения
письменная. Экзамен считается сданным, если его оценка не менее 20 баллов.
Таблица 3
Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение семестра
Недели
Текущий контроль
Теоретический материал
Разде
лы
Вопросы
Баллы
1
Практическая деятельность
Задачи
Задания
Проблемы
Итого
Баллы
№1
5
Баллы
5
Контр. №1
15
№2
5
25
10
Контр. №2
15
№3
5
20
15
Контр. №3
20
Отчеты по
лаб.
работам
5
25
20
70
Сумма баллов в семестре
50
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
модуля (дисциплины)
1. Power Point – для презентаций материала лекций и практических
занятий;
2. ChemWin, ChemOffice, – для написания химических формул,
химических схем, построения названий органических соединений
Перечень рекомендуемой обязательной литературы:
Основная:
4. В.А. Смит, А.Ф. Бочков, Р. Кейпл. Органический синтез наука и
искусство. Москва. «Мир». –2001.-573 с.
5. А.Ф. Бочков, В.А. Смит. Органический синтез. М.: Наука. –1987. –304 с.
6. Р. Маки, Д. Смит. Путеводитель по органическому синтезу. М.: «Мир».
– 1985. – 352 с.
Дополнительная:
5. П. Ласло. Логика органического синтеза. М.: Мир. – 1998. Т. 1,2.
6. Вейганд-Хильгетаг. Методы эксперимента в органической химии. М.:
«Химия». 1968, - 944с
7. Р.П. Евстигнеева. Тонкий органический синтез. Учебное пособие. —
М. : Химия, 1991. — 184 с.
8. Г.Л. Мищенко, К.В. Вацуро. Синтетические методы органической
химии. М.; «Химия».-1982. – 440с.
10. Материально-техническое обеспечение модуля
(дисциплины)
На кафедре в некобходимом количестве имеется стеклянная посуда,
электроплитки, магнитные мешалки с подогревом, жидкостной и газовый
хроматографы, ИК- и УФ-спектрометры, хромато-масс-спектрометр,
микроволновый реактор.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями
ФГОС
по
направлению
020100
«Химическая
технология»(магистр) и профилю подготовки «Химия и технология
биологически активных веществ»
Программа одобрена на заседании
________________________________
__________________________________________________________
(протокол № 9 от «22» июня 2011 г.).
Автор(ы) __Чайковский В.К._________
Рецензент(ы) __Сарычева Т.А._______