- •Органика теория
- •1. Состав органических веществ, их многообразие. Место органической химии в системе естественных наук. Источники органических соединений.
- •2. Формирование и основные положения теории строения органических соединений (а.М. Бутлеров, а. Кекуле, а. Купер).
- •4. Основные признаки классификации органических веществ. Основные классы органических веществ.
- •5. Номенклатура органических соединений. Основные принципы построения названий органических соединений.
- •7. Типы связей в молекулах органических соединений. Σ- и π-связи. Гибридизация, понятие о молекулярных орбиталях.
- •8. Представление о механизмах реакций. Представление о промежуточных частицах: радикалы, карбокатионы, карбанионы. Классификация реагентов: радикалы, нуклеофилы, электрофилы.
- •9. Энергетический профиль реакции; энергетический барьер реакции, энергия активации, энергия переходного состояния, тепловой эффект реакции. Кинетический и термодинамический контроль.
- •10. Кислоты и основания (Бренстед, Льюис). Сопряженные кислоты и основания. Кислотно-основные равновесия. Константа кислотной ионизации и ее показатель (рКа).
- •11. Взаимное влияние атомов в молекулах, ионах, радикалах. Электронные и пространственные эффекты в органических реакциях (индуктивный эффект, эффект поля, мезомерный эффект, гиперконьюгация).
- •13. Гомологический ряд, номенклатура, электронное строение, sp3-гибридизация и физические свойства алканов.
- •14. Химические свойства алканов. Общие представления о механизме цепных радикальных реакций замещения в алканах (на примере реакции галогенирования).
- •15. Номенклатура, структурная и пространственная изомерия, электронное строение, sp2-гибридизация и физические свойства алкенов.
- •16. Химические свойства алкенов: каталитическое гидрирование, реакции электрофильного присоединения к двойной связи алкенов, их механизмы.
- •17. Химические свойства алкенов: реакции присоединения галогенов, галогеноводородов, воды. Правило Марковникова и его объяснение.
- •18. Представление о стереохимии присоединения галогенов у алкенов. Перегруппировки карбокатионов. Реакции радикального присоединения (по Харашу).
- •20. Окислительное расщепление алкенов (восстановительный и окислительный озонолиз). Гидроборирование алкенов и использование в синтезе спиртов.
- •21. Полимеризация алкенов как важнейший метод получения высокомолекулярных соединений. Полиэтилен, полипропилен. Понятие о стереорегулярных полимерах.
- •22. Аллильное хлорирование алкенов, механизм. Аллильный радикал. Окисление алкенов кислородом воздуха (пероксидное окисление).
- •23. Номенклатура, классификация, изомерия диеновых углеводородов.
- •25. Изопреновое звено в природных соединениях. Понятие об изопреноидах. Каучук. Синтетические каучуки.
- •26. Номенклатура, электронное строение, sp-гибридизация и физические свойства алкинов.
- •27. Химические свойства алкинов: каталитическое гидрирование и восстановление натрием в жидком аммиаке, использование в синтезе (z)- и (e)-алкенов.
- •28. Химические свойства алкинов: реакции электрофильного присоединения к тройной связи – галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация (реакция Кучерова).
- •29. Кислотность ацетилена и терминальных алкинов. Димеризация, тримеризация ацетилена. Полиацетилен.
- •30. Классификация, номенклатура, структурная изомерия и пространственное строение циклоалканов.
- •32. Классификация и номенклатура аренов. Природа связей в молекуле бензола. Конденсированные ароматические углеводороды: нафталин, антрацен, фенантрен, бензпирен.
- •33. Ароматичность, критерии ароматичности. Правило Хюккеля.
- •35. Влияние заместителей в бензольном кольце на изомерный состав продуктов и скорость реакции. Активирующие и дезактивирующие заместители. Орто-, пара- и мета-ориентанты.
- •36. Реакции радикального замещения и окисления в боковой цепи. Причины устойчивости бензильных радикалов.
- •37. Классификация, номенклатура, изомерия галогенуглеводородов.
- •40. Литий- и магнийорганические соединения и их использование в органическом синтезе.
- •41. Биологическое действие галогенпроизводных, их применение в народном хозяйстве. Хлороформ, иодоформ, перфторуглеводороды, перфторполиэтилен (тефлон). Инсектициды.
- •42. Одноатомные спирты. Номенклатура, изомерия. Электронное строение. Физические свойства спиртов, роль водородной связи.
- •43. Химические свойства спиртов: кислотно-основные свойства. Алкоголяты металлов, их основные и нуклеофильные свойства.
- •44. Реакции нуклеофильного замещения с участием спиртов. Биологически важные реакции нуклеофильного замещения с участием эфиров фосфорных кислот.
- •45. Внутри- и межмолекулярная дегидратация спиртов (образование алкенов и простых эфиров). Окисление первичных и вторичных спиртов.
- •47. Фенолы. Номенклатура и изомерия. Простейшие представители: фенол, крезолы, пирокатехин, резорцин, гидрохинон, флороглюцин, пирогаллол. Электронное строение фенола. Кислотность фенолов.
- •48. Образование простых и сложных эфиров фенолов. Реакции электрофильного замещения в ряду фенолов (галогенирование, сульфирование, нитрование, алкилирование).
- •49. Карбоксилирование фенолятов щелочных металлов (реакция Кольбе). Окисление фенолов.
- •50. Хиноны и их биологическая роль. Фенольные соединения в природе. Витамин е. Флавоноиды.
- •51. Простые эфиры. Номенклатура, классификация. Расщепление кислотами. Образование гидропероксидов, их обнаружение и разложение. Циклические простые эфиры. Тетрагидрофуран. 1,4-Диоксан.
- •52. Оксираны: получение, взаимодействие с водой, аммиаком и аминами, магнийорганическими соединениями. Краун-эфиры: комплексообразование с ионами металлов, применение.
- •53. Кислотность тиолов. Нуклеофильные свойства тиолов, тиолятов и органических сульфидов. Окисление тиолов. Образование дисульфидов и их роль в биохимических процессах.
- •54. Классификация, номенклатура и изомерия аминов. Алифатические и ароматические амины, первичные, вторичные и третичные амины.
- •57. Классификация, номенклатура и изомерия карбонильных соединений.
- •58. Строение карбонильной группы в альдегидах и кетонах и реакции нуклеофильного присоединения (реактивами Гриньяра, циановодородом). Механизм реакций.
- •59. Реакции карбонильных соединений с гетеронуклеофилами: присоединение воды и спиртов, образование ацеталей. Реакции карбонильных соединений с аммиаком, аминами.
- •60. Реакции енольных форм карбонильных соединений: α-галогенирование, галоформное расщепление, изотопный обмен водорода. Альдольно-кротоновая конденсация, кислотный и основный катализ.
- •61. Взаимодействие неенолизирующихся альдегидов со щелочами (реакция Канниццаро). Реакции окисления и восстановления карбонильных соединений.
- •62. Монокарбоновые кислоты. Номенклатура. Строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона. Кислотность карбоновых кислот.
- •63. Производные карбоновых кислот: сложные эфиры и тиоэфиры (s-эфиры карбоновых кислот), галогенангидриды, ангидриды, амиды, нитрилы, их получение и взаимопревращения.
- •64. Кислотный и щелочной гидролиз сложных эфиров и амидов.
- •65. Реакции ацилирования, этерификации, аминирования и восстановления карбоновых кислот и их производных.
- •66. Жирные кислоты, важнейшие представители (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая). Жиры, сложные липиды (фосфатидовая кислота и ее производные), мыла.
- •67. Ненасыщенные карбоновые кислоты: акриловая, метакриловая, полимеры на их основе.
- •68. Дикарбоновые кислоты. Основные представители: щавелевая, малоновая, адипиновая, фталевые кислоты. Фумаровая и малеиновая кислоты. Полиэфирные волокна на основе терефталевой и адипиновой кислот.
- •69. Классификация углеводов. Биологическая роль и распространенность углеводов.
- •72. Дисахариды и их типы (восстанавливающие и невосстанавливающие). Сахароза, лактоза, мальтоза, целлобиоза.
- •73. Полисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин, гликоген).
- •75. Классификация аминокислот. Основные представители природных α-аминокислот, их стереохимия.
- •76. Свойства аминокислот: амфотерность, изоэлектрическая точка. Реакции по карбоксильной и аминогруппе. Отношение к нагреванию.
- •77. Пептидная связь. Синтез пептидов: активация и защита функциональных групп аминокислот. Белки, их строение и биологическая роль
- •79. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом: пиридин, хинолин, изохинолин. Ароматичность пиридина и особенности проведения реакций электрофильного замещения. Пиридин как основание.
22. Аллильное хлорирование алкенов, механизм. Аллильный радикал. Окисление алкенов кислородом воздуха (пероксидное окисление).
Ответ. При действии на алкены галогенирующих реагентов (Cl2, N-бромсукцинимид и др.) в присутствии инициаторов процесса образования свободных радикалов (пероксиды, температура, УФ-свет) происходит не присоединение галогена по месту разрыва двойной связи, а свободнорадикальное замещение на галоген атома водорода, находящегося при атоме углерода в α-положении к двойной связи (аллильное положение). Так, при температуре 500—600 °С пропен реагирует с хлором, образуя аллилхлорид: . Реакция используется в промышленном синтезе глицерина. Аллильное галогенирование протекает по свободнорадикальному механизму и включает стадию образования аллильного радикала. В цепном процессе выделяют три стадии: инициирование, рост цепи, обрыв цепи. Инициирование. Под действием энергии квантов света (hn) или нагревания молекула хлора активируется и претерпевает гомолитический разрыв связи с образованием двух свободных радикалов: Cl· ·Cl hn 2Cl·. Рост цепи. Свободные радикалы хлора атакуют связь С—Н в молекуле, отрывая при этом атом водорода с образованием хлороводорода HCl и свободного радикала, он, в свою очередь, атакует молекулу хлора, отрывает атом галогена. Образовавшийся радикал хлора повторяет цикл указанных превращений, то есть происходит цепной процесс, в котором атом хлора, прореагировавший на предыдущей стадии роста цепи, способствует высвобождению нового радикала хлора на последующей стадии. Цепной процесс прекращается только после исчезновения всех свободных радикалов, образующихся в ходе реакции. Обрыв цепи. В результате рекомбинации (димеризации) свободных радикалов происходит обрыв цепи. В результате сопряжения неспаренного электрона с π-электронами двойной связи аллильные радикалы являются более устойчивыми, чем обычные алкильные радикалы: . Поэтому замещение атома водорода на атом галогена в аллильном положении алкенов происходит легче, чем в алканах. Аллил — углеводородный радикал, производное пропилена, у которого удален атом водорода от третьего атома углерода. Аллильная группа — органический заместитель, часть химического соединения, которое имеет вид CH2=CH-CH2-R. Соединения с аллильной группой часто встречаются в природе в растениях. Своё название аллил получил от латинского названия чеснока — Allium sativum.
23. Номенклатура, классификация, изомерия диеновых углеводородов.
Ответ. Алкадиенами называют алифатические углеводороды, содержащие две двойные углеродуглеродные связи. Общая формула алкадиенов СnН2n–2. В зависимости от расположения двойных связей в молекуле различают три основных типа алкадиенов: Алкадиены с кумулированными двойными связями (двойные связи расположены у одного атома углерода) С——С——С . Такие соединения называют алленами (по тривиальному названию простейшего представителя этого ряда — аллена). Алкадиены с сопряженными двойными связями (двойные связи разделены одной простой C—C-связью). Алкадиены с изолированными двойными связями (двойные связи разделены одним и более sp3-гибридизованными атомами углерода). Названия алкадиенов по номенклатуре IUPAC образуют аналогично алкенам. Наличие двух двойных связей обозначают суффиксом -диен с указанием положения каждой из них в главной углеродной цепи. Для некоторых алкадиенов используют тривиальные и рациональные названия: В молекуле алкадиенов с кумулированной системой двойных связей атом углерода, образующий две двойные связи, находится в состоянии sp-гибридизации, а соседние с ним атомы углерода — в sp2-гибридизации. Эти три атома углерода расположены в пространстве линейно, а π-связи находятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Четыре заместителя при углеродных атомах в sp2-гибридизации тоже расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Вследствие такого пространственного строения молекулы алленов, у которых при каждом из атомов углерода в sp2-гибридизации имеются разные заместители, являются хиральными, а следовательно, для них возможна оптическая изомерия: Если двойные связи в молекуле разделены одной углерод-углеродной σ-связью (алкадиены с сопряженными связями), происходит дополнительное перекрывание р-электронных облаков соседних π-связей (π,π-сопряжение) и образуется единая π-электронная система, в которой π-электроны уже не принадлежат отдельным связям, а делокализованы по всей системе. Перераспределение электронной плотности в молекуле приводит к укорочению σ-связи, расположенной между этиленовыми группами, и сопровождается выделением энергии, что способствует повышению стабильности системы. Эту энергию называют энергией сопряжения. Так, в молекуле 1,3-бутадиена длина связи С-2—С-3 составляет 0,148 нм, тогда как длина связи С—С в этане равна 0,154 нм. Энергия сопряжения 1,3-бутадиена составляет примерно 15 кДж/моль. С помощью метода электронографии установлено, что алкадиены с сопряженными связями имеют преимущественно трансоидную конформацию (транс-расположение двойных связей по отношению к одинарной). Алкадиены с изолированными двойными связями построены аналогично алкенам. Особенности строения алкадиенов различных типов сказываются на их реакционной способности. В частности, алкадиены с кумулированными и изолированными связями по химическим свойствам во многом напоминают алкены. Они легко вступают в многочисленные реакции присоединения, только в них принимает участие не одна, а две двойные связи. Алкадиены с сопряженными двойными связями проявляют своеобразные химические свойства.
24. Сопряженные диены (1,3-бутадиен и изопрен), сопряжение двойных связей (π,π-сопряжение) и реакции электрофильного присоединения. Диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера), представление о механизме реакции.
Ответ. Если двойные связи в молекуле разделены одной углерод-углеродной σ-связью (алкадиены с сопряженными связями), происходит дополнительное перекрывание р-электронных облаков соседних π-связей (π,π-сопряжение) и образуется единая π-электронная система, в которой π-электроны уже не принадлежат отдельным связям, а делокализованы по всей системе. Перераспределение электронной плотности в молекуле приводит к укорочению σ-связи, расположенной между этиленовыми группами, и сопровождается выделением энергии, что способствует повышению стабильности системы. Эту энергию называют энергией сопряжения. Так, в молекуле 1,3-бутадиена длина связи С-2—С-3 составляет 0,148 нм, тогда как длина связи С—С в этане равна 0,154 нм. Энергия сопряжения 1,3-бутадиена составляет примерно 15 кДж/моль.С помощью метода электронографии установлено, что алкадиены с сопряженными связями имеют преимущественно трансоидную конформацию (трансрасположение двойных связей по отношению к одинарной). Для алкадиенов с сопряженными связями характерны реакции присоединения и полимеризации, свойственные алкенам. Однако в химическом поведении 1,3-алкадиенов имеются и некоторые особенности. Во-первых, по сравнению с алкенами сопряженные диены проявляют более высокую реакционную способность. Во-вторых, в реакциях электрофильного присоединения чаще всего образуется два продукта, из которых один является результатом присоединения по месту двойной связи (1,2-присоединение), а второй — по концам сопряженной системы (1,4-присоединение). Соотношение этих продуктов зависит от условий проведения реакции (температуры, растворителя), а также природы электрофильного реагента. Водород в момент выделения образует с 1,3-алкадиенами обычно продукты 1,4-присоединения: В присутствии катализаторов (Ni, Рt) 1,3-алкадиены присоединяют водород в 1,2- и 1,4-положения с образованием соответствующих алкенов, которые подвергаются дальнейшему гидрированию до алканов: Присоединение галогенов к сопряженным диенам приводит к образованию смеси продуктов 1,2- и 1,4-присоединения, состав которой зависит от природы галогена, структуры диенового углеводорода и условий проведения реакции. Как правило, при повышении температуры и переходе от хлора к йоду возрастает выход продукта 1,4-присоединения. В процессе бромирования 1,3-бутадиена при температуре –80 °С образуется преимущественно продукт 1,2-присоединения, а при 40 °С — продукт 1,4-присоединения: Аналогично алкенам присоединение галогенов к сопряженным алкадиенам происходит по ионному электрофильному механизму. Особенность механизма состоит в том, что электрофильная частица всегда атакует концевой атом углерода сопряженной системы, поскольку при этом образуется мезомерно стабилизированный карбокатион аллильного типа, строение которого можно представить граничными структурами I и II. Последующая атака карбокатиона бромид-ионом приводит к образованию продуктов 1,2- (III) и 1,4-присоединения (IV). Как и в случае галогенирования, присоединение к сопряженным диенам галогеноводородов происходит с образованием продуктов 1,2- и 1,4-присоединения. Реакция Дильса—Альдера основана на взаимодействии сопряженных диенов с диенофилами — веществами, имеющими в своем составе двойную или тройную углерод-углеродную связь. Особенно легко эта реакция происходит с диенофилами, содержащими активированную двойную связь, то есть когда двойная связь находится в сопряжении с электроноакцепторной или электронодонорной группой (—СN, —NO2, —СНО, —СОR, —СООН, —СООR, —Hal, —ОR и др.). В процессе реакции сопряженные диены присоединяют диенофилы в положение 1,4 с образованием циклических структур: Реакция Дильса–Альдера протекает по молекулярному механизму, который характеризуется синхронным процессом разрыва и образования связей в реагентах. Эта реакция относится к реакциям [4+2]-циклоприсоединения, поскольку в ней принимает участие 4π-электронная система диена и 2π-электронная система диенофила. Реакция впервые была открыта в 1928 году немецкими химиками Дильсом и Альдером. Диеновый синтез широко используется для синтеза полициклических соединений, в том числе при синтезе биологически активных соединений сложного строения.