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.