Г. ароматические оксисоединения

Программа по органической химии для студентов - биологов дневного отделения.

I. ВВЕДЕНИЕ

Предмет органической химии. Значение органической химии для изучения дисциплин биологического цикла. Краткий исторический обзор теоретических представлений в органической химии. Теория радикалов. Теория типов. Теория химического строения А.М.Бутлерова. Современные теоретические представления. Углерод и его валентные состояния. Типы химической связи в органических молекулах. Источники органических соединений.

II. УГЛЕВОДОРОДЫ

1. АЛКАНЫ.

Строение, гомология, номенклатура. Получение алканов: промышленные способы – гидрированием углерода, оксидов углерода; лабораторные – гидрированием алкенов, синтезы Вюрца, Кольбе. Физические свойства алканов, закономерность их изменения в гомологическом ряду. Химические свойства алканов: окисление, крекинг, галоидирование, нитрование, сульфирования, сульфохлорирование, свободнорадикальный механизм хлорирования. Применение алканов в качестве топлива и в органическом синтезе.

НЕНАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

А. АЛКЕНЫ.

Природа двойной связи. Стереоизомерия. Получение алкенов: дегидрированием алканов, отщеплением галогенов, галогенводородов, воды от соответствующих производных углеводородов. Правило Зайцева. Свойства алкенов. Присоединение водорода, галогенов, галогенводородов, воды, хлорноватистой кислоты. Механизм электрофильного присоединения по двойной связи. Правило Марковникова. Окисление алкенов. Образование гликолей, карбонильных и карбоксильных соединений. Озонирование. Полимеризация. Полиэтилен, полипропилен.

Б. АЛКАДИЕНЫ.

Типы диенов. Сопряженные диены. Получение: дегидрированием алканов, из дигалогенпроизводных, из гликолей, альдолей, способом Лебедева. Свойства сопряженных диенов. Механизм 1,4 – электрофильного присоединения. Полимеризация диенов. Диеновый синтез. Применение диенов. Природный и синтетический каучук.

В. АЛКИНЫ.

Строение, природа тройной связи. Способы получения: промышленные – из карбида кальция, пиролизом метана; лабораторные – отщеплением молекул галогенводородов от дигалогенпроизводных, воды от гликолей. Свойства алкинов. Реакции присоединения: водорода, галогенов, галогенводородов, воды (реакция Кучерова), спиртов, кислот, цианистого водорода. Реакции замещения: взаимодействие с натрием, серебром, медью, галоидным алкил-магнием. Реакции конденсации: взаимодействие с ацетоном (Фаворский), альдегидами. Реакции полимеризации: образование димеров, тримеров, высших полимеров. Применение ацетилена: в металлургии, производстве ключевых продуктов органического синтеза, каучуков, пластмасс.

III. ЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

А. АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Строение, номенклатура. Теория напряжения Байера. Понятие о конформации. Получение циклоалканов: из дигалогенпроизводных углеводородов, диеновым синтезом, гидрированием ароматических углеводородов, из двухосновных кислот. Свойства циклоалканов. Реакции присоединения к малым циклам – водорода, галогенводородов, воды. Реакции замещения для средних и высших циклов.

Б. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Строение. Понятие об ароматичности. Правило Хюккеля. Получение ароматических углеводородов: из природных источников – каменноугольной смолы, нефти; синтез из ацетилена, ароматизацией алканов и циклоалканов. Синтез гомологов по реакциям Вюрца-Виттига, Фриделя - Крафтса. Свойства ароматических углеводородов: присоединение водорода, галогенов. Реакции замещения – галоидирования, нитрования, сульфирования, ацилирование. Механизм электрофильного замещения в ароматическом ряду. Влияние заместителей. Правила ориентации в бензольном кольце, заместители I и II рода. Окисление бензола и его производных. Применение ароматических углеводородов. Основной и тонкий органический синтез.

IV. ПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ.

ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ.

Строение. Классификация. Галогенпроизводные предельных, непредельных, ароматических углеводородов. Способы получения галогенпроизводных: замещением водорода в углеводородах, присоединением галогена и галогенводорода к непредельным углеводородам, замещением гидроксильных и карбонильных групп в спиртах, альдегидах и кетонах. Химические свойства галогенпроизводных углеводородов: замещение галогена на водород, гидроксил, нитрогруппу, аминогруппу. Образование простых и сложных эфиров. Механизм нуклеофильного замещения. Отщепление галогена и галогенводорода. Применение галогенпроизводных углеводородов в основном и тонком органическом синтезе.

ОКСИСОЕДИНЕНИЯ

А. АЛКАНОЛЫ.

Строение, изомерия – первичные, вторичные, третичные спирты. Номенклатура. Способы получения: гидролизом галогенпроизводных углеводородов, гидратацией алкенов, гидрированием альдегидов, кетонов, производных карбоновых кислот, брожением сахаров. Физические свойства спиртов – особенности физических свойств, водородная связь. Химические свойства: образование алкоголятов, сложных эфиров с минеральными и органическими кислотами, замена гидроксила на галоген. Дегидратация спиртов. Применение алканолов: растворители, сложные эфиры, тонкий органический синтез. Действие спиртов на организм.

Б. ГЛИКОЛИ.

Строение. Получение гидролизом дигалогенпроизводных, восстановлением эфиров двухосновных кислот, окислением алкенов, из альдегидов и кетонов через альдоли, из галоидгидринов. Свойства: образование гликолятов, замещение гидроксилов на галогены, образование простых и сложных эфиров, дегидратация, окисление.

В. ГЛИЦЕРИНЫ.

Строение. Глицерин – важнейший представитель алкантриолов. Получение: гидролизом эфиров, из хлористого аллила, присоединением хлорноватистой кислоты с последующим гидролизом, из акролеина. Свойства глицерина: образование глицератов, простых и сложных эфиров, замещение гидроксилов на галоген, дегидратация, окисление. Применение: для получения эпоксидных смол, тринитрата глицерина, в парфюмерии, медицине, пищевой промышленности.

г. АРОМАТИЧЕСКИЕ ОКСИСОЕДИНЕНИЯ.

Фенолы. Строение. Распределение электронной плотности в феноле. Получение фенолов: из каменноугольной смолы, галоидбензолов, ароматических аминов, солей сульфокислот, кумола. Образование фенолятов, простых и сложных эфиров. Замещение в бензольном кольце: галогенирование, нитрование, сульфирования. Конденсация фенолов с альдегидами. Окисление фенолов. Двухатомные фенолы: пирокатехин, резорцин, гидрохинон. Строение, получение, свойства. Трехатомный фенол – пирогаллол. Строение. Применение фенолов: получение пластмасс, гербицидов и регуляторов роста растений.

ОКСОСОЕДИНЕНИЯ.

Строение, изомерия, номенклатура. Способы получения оксосоединений: окислением спиртов, гидролизом дигалогенпроизводных, из карбоновых кислот, гидратацией алкинов. Полярность карбонильной группы. Химические свойства: реакции присоединения водорода, бисульфита натрия, синильной кислоты, воды и спиртов, аммиака. Реакции замещения: образование оксимов, гидразонов, фенилгидразонов, оснований Шиффа, замена кислорода на галоген. Замещение атомов водорода. Реакции конденсации: альдольная и кротоновая конденсации, конденсация с ацетиленом, аминами, фенолами. Реакции полимеризации (для альдегидов): образование тримеров (паральдегид), полимеров – полиформальдегид. Окисление альдегидов и кетонов, их различие. Правило Попова. Применение оксосоединений в основном и тонком органическом синтезе. Ароматические альдегиды и кетоны. Строение, получение, свойства. Бензальдегид. Ацетофенон.

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ.

Классификация кислот. Строение карбоксильной группы. Одноосновные предельные карбоновые кислоты. Гомологический ряд, номенклатура. Способы получения: окислением алканов, алкенов, спиртов, альдегидов и кетонов; гидролизом эфиров, нитрилов, тригалогенпроизводных; из магнийорганических соединений действием диоксида углерода. Физические свойства кислот. Водородная связь. Химические свойства: диссоциация, образование солей, сложных эфиров, амидов, галогенангидридов, ангидридов. Пиролиз натриевых и кальциевых солей. Восстановление сложных эфиров, галогенангидридов. Галоидирование в a-положение. Применение карбоновых кислот. Жиры. Строение, биологическое значение. Свойства. Промышленная переработка.

Двухосновные карбоновые кислоты. Строение, номенклатура. Способы получения: окислением диенов, гликолей, диальдегидов, омылением динитрилов, введением второй карбоксильной группы в кислоту через нитрилы, окислением окси - и оксокислот, через натриймалоновый эфир. Свойства кислот: образование солей, эфиров, амидов, галогенангидридов, ангидридов. Реакции различных двухосновных карбоновых кислот при нагревании. Декарбоксилирование, образование циклических ангидридов и кетонов. Применение двухосновных кислот.

Непредельные карбоновые кислоты. Строение, взаимное влияние кратных связей и карбоксильной группы. Способы получения: введением двойной (тройной) связи в молекулу кислоты путем дегидратации, отщеплением галогена или галогенводорода от галоидкислот, введением карбоксильной группы в алкены – через непредельные нитрилы, магнийорганические соединения, окислением непредельных альдегидов, одновременным введением кратных связей и карбоксила, из альдегидов и кетонов через оксинитрилы, из окиси этилена или хлоргидрина, из ацетилена через акрилонитрил. Свойства непредельных кислот: реакции по карбоксильной группе, образование функциональных производных; реакции по кратным связям – присоединение, окисление, полимеризация. Особенность реакций присоединения. Фумаровая и малеиновая кислоты. Строение, получение, свойства. Ароматические карбоновые кислоты. Строение бензойной, толуиловых, фталевых кислот. Получение окислением гомологов и производных бензола, омылением нитрилов, через магнийорганические соединения. Химические свойства. Взаимное влияние бензольного кольца и карбоксила. Образование функциональных производных, реакции замещения в кольце. Свойства о-фталевой кислоты – образование ангидрида, амида. Применение в медицине, в производстве лекарств, красителей, смол, пластификаторов, репеллентов, искусственных волокон. Глифтали, лавсан (терилен), фенолфталеин, диметилфталат.

АМИНЫ.

Амины жирного ряда. Строение, номенклатура. Способы получения: алкилированием аммиака галогенпроизводными углеводородов и спиртами, из амидов кислот, восстановлением нитрилов, нитросоединений, оксимов, гидразонов, фенилгидразонов. Основность аминов. Образование солей, алкилирование, ацилирование, получение изонитрилов. Реакции первичных, вторичных, третичных аминов с азотистой кислотой. Образование оснований Шиффа. Диамины. Строение, свойства. Ароматические амины. Взаимное влияние аминогруппы и бензольного кольца. Получение: восстановлением нитросоединений, замещением галогена в галогенпроизводных бензола. Свойства: основность, реакции замещения в кольце – галогенирование, нитрование, сульфирования. Сульфаниламидные препараты. Окисление. Соли диазония. Образование из солей ароматических аминов. Строение, свойства, замещение диазогруппы на гидроксил, галоген, цианогруппу, реакция со спиртами. Реакции без выделения азота. Восстановление до фенилгидразинов, образование азосоединений с аминами и фенолами. Применение ароматических аминов в производстве пластмасс, лекарственных препаратов, красителей.