WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ЧАСТЬ I Для студентов биологического факультета Барнаул • 2000 Составители: И.Б. Катраков, канд. хим. наук В.И. Маркин, канд. хим. наук О.А. Панченко П.И. Сиянко, канд. хим. наук, доцент Представленное пособие является рабочей тетрадью, для самостоятельной работы студентов при изучении органической химии по модульно рейтинговой технологии обучения. Предназначено для студентов очного и вечернего отделений по специальности 01.09 "Биология".

Пособие может быть полезно студентам нехимических специальностей вузов, школьникам специализированных классов, а также всем интересующимся органической химией.

Подписано в печать 21.08.2000. Формат 60*80/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. п.л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ Типография Алтайского государственного университета:

656099, Барнаул, ул. Димитрова, 66 3 Студент(ка) Группа Фамилия, имя, отчество Указания к выполнению задания: Предлагаемое Вашему вниманию задание предназначено для самостоятельной работы в свободное от аудиторных занятий время. Задания предполагают индивидуальное и самостоятельное выполнение! Только в этом случае Вас ждет успех при изучении органической химии.

Задание состоит из нескольких разделов. Только первый раздел "Программа" носит информативный характер и определяет тот минимум знаний, которым Вы должны владеть после выполнения данной модульной программы. Все ответы на упражнения в остальных разделах следует вносить в данное задание на свободном, специально предназначенном для этого месте. После ответа на все вопросы данное задание сдается преподавателю, ведущему лабораторные занятия.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ПРОГРАММА Введение. Предмет органической химии. История возникновения органической химии и причины выделения в самостоятельную науку. Органическая химия в ряду других наук, связь ее с биологией и медициной.

Строение и номенклатура органических соединений. Теория химического строения органических соединений (А.М. Бутлеров). Предпосылки ее возникновения.

Основные положения. Современное состояние теории химического строения. Методы выделения и очистки органических веществ. Качественный и количественный анализ.

Химические формулы. Типы: простейшие, молекулярные, структурные, пространственные. Модели молекул (шаростержневые и объемные). Явление изомерии. Структурная изомерия. Первичный, вторичный и третичный атомы углерода. Углеводородный радикал и функциональная группа. Функциональная изомерия.

Классификация органических соединений по химическим функциям: углеводороды (предельные, непредельные, циклические, ароматические); производные углеводородов, содержащие функции с одним гетероатомом (галогенпроизводные, спирты, енолы, фенолы, простые эфиры, амины, металлорганические соединения); производные углеводородов со сложными функциями (нитросоединения, сульфокислоты, оксосоединения, кислоты; соединения со смешанными функциями; гетероциклические соединения). Понятия: гомологи, гомологический ряд. Представления об элементоорганических соединениях.

Номенклатура органических соединений; тривиальная, рациональная. Правила построения названия по номенклатуре ИЮПАК.

Образование связей в соединениях углерода. Ковалентная связь. Электронные формулы Льюиса. Квантово-механические представления о строении атома углерода.

Атомные и молекулярные орбитали. Гибридизация и принцип максимального перекрывания атомных орбиталей при образовании химических связей. Три вида гибридизации. - и -связи. Одинарная, двойная и тройная углерод-углеродные связи. Образование ковалентной связи, ее свойства и характеристики: направленность, насыщаемость, длина, энергия, полярность, поляризуемость. Типы связей углерод-гетероатом.

Энергия, длины и полярности одинарных и кратных С-Х связей. Семиполярные связи.

Взаимное влияние атомов в молекуле. Поляризация ковалентных связей и индуктивный эффект как один из способов передачи влияния атомов в пространстве.

Эффект сопряжения - один из важнейших в ненасыщенных системах. Теория резонанса и ее критерии. Индуктивные и мезомерные константы заместителей.

Стереохимия органических соединений. Теория тетраэдрического углеродного атома Вант-Гоффа. Пространственное строение метана и его гомологов. Принцип свободного вращения вокруг углерод-углеродных связей и пределы его применимости. Понятие о конформациях этана. Конформации циклических соединений: циклобутана, циклопентана, циклогексана и высших алициклов. Оптически активные вещества. Хиральный атом углерода. Общее условие появления оптической активности.

Оптические антиподы и рацемические соединения. R-, S-номенклатура. Проекционные формулы Фишера и правила пользования ими. Оптическая активность соединений, не содержащих хиральных атомов углерода. Строение этиленовых соединений.

Геометрическая (цис-, транс-) изомерия в ряду непредельных и циклических соединений. Условия ее появления в ряду олефинов и циклоалканов. Стереохимия азот-, кислород-, и серусодержащих соединений.

Реакционная способность органических соединений. Электронная теория органических реакций. Гомолитические и гетеролитические реакции. Реагенты радикальные, нуклеофильные и электрофильные. Классификация реакционных механизмов. Органические радикалы, катионы, анионы, бирадикалы, биполярные ионы, их строение, энергия образования, влияние заместителей на устойчивость. Пути стабилизации этих частиц. Аллильные и бензильные радикалы и ионы.

Основные типы органических реакций. Реакции органических соединений.



Типы разрыва связей: гомо- и гетеролитический. Представление о механизме реакций. Классификация реагентов: радикалы, электрофилы, нуклеофилы. Классификация органических реакций по изменению в субстрате: замещение, присоединение, отщепление, изомеризация, разложение, окисление, восстановление. Классификация по характеру активных частиц: радикальные, ионные, нуклеофильные, электрофильные.

Методы установления структуры органических молекул. Химические методы определения строения. Принцип наименьшего изменения строения при химических реакциях. Основные физические методы установления структуры: ИК-, УФ- и ЯМР-спектроскопия.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ, ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ Дайте определение следующим понятиям:

Атомная орбиталь – Ковалентная связь – Лимитирующая стадия реакции – Механизм реакции – Нуклеофильный реагент – Оптическая изомерия – Радикал – Структурная формула – Электрофильный реагент – КЛАССИФИКАЦИЯ, ИЗОМЕРИЯ, ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ 1. Приведите структурные формулы для следующих соединений:

C6H5NO2 CH2N2. В нижеприведенном соединении укажите функциональные группы.

A O а) карбоксильная группа E B б) кето-группа C в) амино-группа F O H H2N г) простая эфирная группа D G OH O д) двойная связь O 3. Отметьте истинные (И) и ложные (Л) утверждения теории химического строения А.М. Бутлерова.

а) Атомы в молекулах соединены друг с другом химическими связями в со ответствии с их валентностью б) Свойства органических соединений зависят только от числа и природы входящих в их состав атомов в) В молекулах существует взаимное влияние атомов как связанных, так и непосредственно друг с другом не связанных г) Химическое строение вещества можно определить в результате изучения его химических превращений и, наоборот, по строению вещества можно характеризовать его свойства д) В молекулах существует взаимное влияние друг на друга только непосред ственно связанных друг с другом атомов е) Атом углерода имеет валентность четыре ж) Атомы в молекулах органических веществ соединяются между собой в определенной последовательности 4. Отметьте структуру, которая является изомером молочной кислоты (CH3CH(OH)COOH).

OH CH3 CH CH2 COOH CH2 COOCH3 CH3 CH C O O а) б) в) г) H CH3 CH C OH OH OH OH 5. В нижеприведенных соединениях отметьте (*) хиральный атом углерода (если он есть!).

CH3 I CHCHCH3CH2CHCOOH HC CH CH3 C CH3 Cl C Br NH2 H3C CH3 CHа) б) в) г) д) 6. Расположите следующие группы в порядке уменьшения их старшинства в системе Кана–Ингольда–Прелога:

а) –OH, –Cl, –CHO б) –F, –Cl, –Br, –I в) –CH3, –CH2CH3, –C(CH3)7. Определите абсолютную конфигурацию хирального атома углерода в нижеприведенных соединениях.

CHв) CH3 H C _ _ _ Br Br C C H C Cl H F H C CHCHBr Cl H H а) б) 8. Укажите наиболее энергетически выгодную конформацию 1,2-дихлорэтана.

Cl Cl Cl Cl Cl H Cl H Cl Cl H H H H H HH HH HH HH HH Cl H H H Cl ABCDE 9. Эта конформация называется _.

10. Конформация С в задании 8 называется _.

11. Изобразите заторможенные конформации следующих соединений относительно указанных в скобках связей:

бутан (С2-С3) 1,2-дихлорбутан (С1-С2) клиновидная проекция Ньюмена клиновидная проекция Ньюмена проекция проекция ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ЧАСТИЦЫ.

ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ АТОМОВ В МОЛЕКУЛЕ 1. Изобразите схематически орбитали 1s-, 2s- и 2p-электронов.

2. Какие типы гибридизации возможны для атома углерода Изобразите пространственные модели возможных гибридных орбиталей атома углерода.

3. В нижеприведенном соединении буквами A, B, C обозначьте тип гибридизации указанных атомов.

CHC O CH A - spB - spC - sp O H H2N OH O O 4. Проиллюстрируйте образование - и -связей на примере пропина C CH (CH3 ). Нарисуйте перекрывание гибридных орбиталей. На рисунке укажите тип гибридизации каждого углеродного атома.

5. Укажите графически распределение электронной плотности в нижеприведенных соединениях: Назовите все, присутствующие эффекты.

CH3 OH COOH CH3 CH2 Br CH2 CH2 Br CH2 CH CH2 Br O OO CH3 CH2 C OH CH3 C CH2 C CH3 NH2 CH2 CH CH CH Cl Br CHNONH6. Знаками больше/меньше (< >), укажите относительную устойчивость частиц в нижеприведенных парах.

а) е) + CH3 C CHCH3 C CH+ CH3 CH3CHCH2CHCH3 CH3CHCH2CHб) ж) _ _ CH3 C CHCH3CCH_ _ CH3 CH3CHCH2CH3 NO2 CH3CHCH2NOв) з) + _ _ + CH2CH2 CHCH2CH2 CHг) и) + + + + CH3 O CH2 CH2 CH3 O CH CH3 CH2 CHCH2CHCH3 CH2 CHCHCH2CHд) к) _ + + _ CH3CCH3 CH3 C CHCH3CCH3 CH3 C CHNO2 CHNO2 CH7. Напишите возможные резонансные структуры для следующих соединений:

Oа) CH2+ б) O H3C N O в) ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАГЕНТОВ 1. Нижеприведенные реагенты распределите по группам:

(CH3)3N; Br–, CH3OCH3; Br2(hv), C2H5K; (C2H5)3C-; C2H5Br(+FeBr3); CH3+, (CH3)3C–, ZnCl2, CH3COONa, H2O2, (CH3)3C+.

Радикальные Нуклеофильные Электрофильные 2. Укажите тип нижеприведенных реакций.

CH2 CH2 + BrCH2 CHBr Br а) R I + CN- R CN + Iб) CH4 + Br2 hv CH3Br + HBr в).

КОМПЛЕКСНЫЕ ЗАДАЧИ 1. Многие органические реакции протекают с изменением гибридизации одного и более атомов. Определите, гибридизация каких атомов в исходных соединениях и в продуктах реакций изменяется в нижеприведенных реакциях. Отметьте их и укажите тип гибридизации. Все реакции, показанные ниже, реальны.

Pt HC CH2 + H2 CH3 CH2 CHа) CHO HgSO4 (H2SO4) HC CH + H2O CH3 C H б) O Pt CH3 CH2 OH.

в) CH C H + H3. Выведите формулу соединения, содержащего углерод (массовая доля 81.8%) и водород (18.2%), если относительная плотность паров вещества по азоту – 1,64.





ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ И МЕТОДЫ СИНТЕЗА АЛКАНОВ И ЦИКЛОАЛКАНОВ ПРОГРАММА Алканы. Гомологический ряд метана. Изомерия. Номенклатура. Природа С-С- и С-Н-связей (sp3-гибридное состояние углерода). Понятие о конформациях и конформерах алканов. Проекционные формулы Ньюмена. Конформации этана, пропана, бутана и высших алканов. Энергетическая диаграмма. Термический и каталитический крекинг. Природные источники алканов и методы их синтеза.

Общая химическая характеристика алканов. Физические свойства. Химические свойства: галогенирование (хлорирование, бромирование, иодирование, фторирование). Энергетический контроль цепных свободно-радикальных реакций галогенирования. Понятие о цепном свободно-радикальном механизме. Свободные короткоживущие радикалы. Селективность радикальных реакций и относительная стабильность алкильных радикалов. Доказательство существования свободных радикалов (Панет).

Другие радикальные реакции алканов – сульфохлорирование, нитрование, крекинг (получение этилена и пропилена), окисление (получение уксусной кислоты и бутанона-2 из бутана). Пути использования алканов.

Циклоалканы. Алициклические соединения. Циклоалканы и их производные.

Классификация циклоалканов. Энергия напряжения циклоалканов и ее количественная оценка на основании сравнения теплот образования и теплот сгорания циклоалканов и соответствующих алканов. Типы напряжений в циклоалканах и подразделение циклов на малые, средние и макроциклы. Строение циклопропана, циклобутана, циклопентана, циклогексана, циклооктана. Конформационный анализ циклогексана и его функциональных производных. Аксиальные и экваториальные связи в конформации кресла циклогексана. Конформации моно- и дизамещенных производных циклогексана.

Методы синтеза циклопропана, циклобутана и их производных. Физические свойства. Особенности химических свойств соединений с трехчленным циклом. Синтез соединений ряда циклопентана и циклогексана. Реакции расширения и сужения цикла. Влияние конформационного положения функциональных групп на их реакционную способность на примере реакции замещения и отщепления.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ, ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ Дайте определения следующим понятиям и терминам:

Аксиальная (экваториальная) связь – «Банановая» связь – Гомологи – Изомеры – Напряжение Байера – Первичный (вторичный, третичный, четвертичный) атом углерода – Реакция Вюрца – Реакция Кольбе – Реакция Коновалова – Структурный изомер – НОМЕНКЛАТУРА, ИЗОМЕРИЯ, ГОМОЛОГИЯ 1. Дайте названия следующим радикалам по номенклатуре ИЮПАК:

CH3 CH CH3 CH CHа) б) CH3 CH в) г) CH3 CH2 CH CH3 C CHCHCH д) е) CH3 CH CH2 CHCH3 C CH2 CHCHCH ж) з) CH3(CH2)2CH 2. Назовите нижеприведенные углеводороды по номенклатуре ИЮПАК.

а) б) CH3CH(CH3)C(CH3) в) г) CH3CH(C2H5)CH2CH(CH3) д) е) ж) з) 3. Назовите нижеприведенные соединения по рациональной номенклатуре:

C2H5 CHа) б) CH3 C CH CHCH2CH2CH в) г) CH3 CH2CHCH3 C C CH2 CHCH3 CH CHCH CH2CH3 CHд) е) CH3 C CH2 CH CHCH CH2 CHCH 4. Изобразите структурные формулы следующих соединений:

а) диметилизопропилметан б) метилэтилвтор-бутилтрет-бутилметан в) цис-1-метил-2-этилциклопропан г) транс-1,2-диметилциклопропан д) 1-метил-4-изопропилциклогексан е) 2-метил-2-циклобутил-3-этилпентан 5. Среди нижеприведенных соединений найдите изомеры и гомологи.

CH3 CH CH3 CH3(CH2)2CH3 CH3(CH2)3CHа) б) в) CHCH3C(CH3)2CHг) д) е) CHCHж) з) и) CHCHИзомеры _ Гомологи _ 6. Сколько изомеров возможно у соединения C4H9Cl _ 7. Сколько изомеров возможно у циклопропана состава C4H7Cl _ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 1. Какие факторы влияют на температуру кипения предельных углеводородов 2. В каждой паре приведенных соединений знаками больше/меньше (< >) укажите вещества с большей температурой кипения.

а) пентан гексан б) пентан 2-метилбутан в) бутан циклобутан г) метилциклобутан циклопентан 3. Изобразите модели 2-метилпропана и циклобутана с указанием валентных углов.

4. Какие виды напряжений (угловое, торсионное, Питцера, напряжение связей) оказывают наибольшее влияние на энергию молекул а) циклопропана б) 2-метилбутана в) циклогексана 5. Какие типы реакций (замещения, присоединения, отщепления, изомеризации) наиболее характерны для веществ:

а) циклопропана б) 2-метилбутана в) циклогексана СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ 1. Укажите исходные соединения для осуществления нижеприведенных превращений.

а) + 2Na CH3 CH CH CH3 + 2NaCl CH3 CHб) CH+ Zn + ZnBr2. Какие вещества образуются в результате следующего превращения:

O электролиз CH3 CH CH2 C ONa CH3. Какие соединения образуются при сплавлении солей с натронной известью (NaOH + CaO) а) O NaOH, t CH3CH2CH2C ONa б) O NaOH, t CH3CHCH2C ONa CH4. Какие вещества получатся при разложении магнийалкилгалогенида водой Mg H2O CH3CH2CH2Br CH3CH2CH2MgBr эфир ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ 1. Напишите, преимущественное образование каких продуктов можно ожидать из нижеприведенных соединений в указанных условиях:

а) Ni, 300°C Br2, (CCl4. t) б) Ni, 300°C HNO3 (10-20%), 140°C Cl2, hv 2. Напишите, преимущественное образование каких продуктов можно ожидать из нижеприведенных соединений в указанных условиях:

а) Br2 (hv) HNO3 (10-20%), 140°C CH3CHCH2CH2CHCHSO2 + Cl2, hv Cr2O3, t б) Br2 (hv) HNO3 (10-20%), 140°C SO2 + Cl2, hv CH3(CH2)4CHCr2O3, t O2 (кат.), t AlCl3, t 3. Приведите все стадии механизма реакции хлорирования пропана. Укажите лимитирующую стадию. Отметьте основной продукт реакции.

КОМПЛЕКСНЫЕ ЗАДАЧИ 1. Какой объем метана выделится при гидролизе карбида алюминия массой 72 г 2. Укажите условия проведения цепочки превращений.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.