Галогеноалкени

Вінілхлорид та алілхлорид, їх добування. Електронна будова, схеми ζ- і

π- зв’язків, взаємний вплив атомів у молекулі, -І та +М-ефекти (р,π -

кон’югація), мезомерні структури, мезоформула. Хімічні властивості. Засто-

сування вінілхлориду та алілхлориду.

Флуороалкени. Тетрафлуороетен, його синтез, застосування. Тефлон. Хімічне волокно (фторопласт).

Галогеноарени, арилалкілгалогеніди

Арилгалогеніди. Номенклатура, ізомерія, фізичні властивості. Синтез

арилгалогенідів. Галогенування в ядро, механізм реакції (SE2). Умови хлорування толуeну в ядро (SE2) і в бічний ланцюг (SR). Електронна будова арилгалогенідів: р,π -кон’югація.

Хімічні властивості арилгалогенідів. Реакції за участю атома галогену. Вплив нітрогрупи в орто-, мета- і пара -положеннях на реакційну здатність атома галогену. Нуклеофільне заміщення атома галогену. Добування фенолу

і аніліну. Механізм відщеплення–приєднання. Реакція Вюрца-Фіттіга.

Добування арилмагнійгалогенідів і їх використання в синтезі. Реакції за участю ароматичного ядра: хлорування, нітрування, сульфування (SE2). Орієнтуюча дія галогену. Гексахлоробензен, добування, фізичні і хімічні властивості. Ароматичні галогенопохідні з атомом галогену в бічному ланцюзі і їх хімічні властивості. Реакції SN1. Утворення бензилового спирту. Порівняння реакційної здатності галогену в бензилхлориді, алілхлориді, алкілхлориді, вінілхлориді і хлоробензені в реакціях нуклеофільного заміщення.

Нітросполуки аліфатичного та ароматичного рядів

Загальна формула, гомогічний ряд, характеристична група нітросполук.

Номенклатура. Добування нітросполук. Нітритний аніон – амбідентний нук-

леофіл. Залежність напрямку реакцій від механізму нуклеофільного заміщення (SN1 і SN2). Електронна будова нітрогрупи, мезомерні структури, мезоформула, довжина і порядок зв’язків. Таутомерія нітросполук: нітро– аци-нітро таутомерія. Способи доведення таутомерних форм. Хімічні властивості нітроалканів. Ідентифікація нітроалканів первинної, вторинної і третинної будови.

Нітросполуки ароматичного ряду. Гомологічний ряд, ізомерія, добування. Реакція нітрування. нітруючі реагенти, механізм утворення нітроній-катіона, його електронна будова. Механізм нітрування в ароматичне ядро. Порівняння умов нітрування бензену, толуену, фенолу, хлоробензену і нітробензену. Умови нітрування толуену в ароматичне ядро і в бічний ланцюг. Хімічні властивості ароматичних нітросполук. Електронна будова нітробензену, розподіл електронної густини з урахуванням -І і -М ефектів. Реакції за участю нітрогрупи. Відновлення ароматичних нітросполук. Реакції за участю ароматичного ядра. Реакції електрофільного заміщення, орієнтація нітрогрупи. Нуклеофільне заміщення в ароматичному ядрі нітробензену.

Аміни аліфатичного та ароматичного рядів

Гомологічний ряд амінів. Характеристична група амінів. Первинні,

вторинні і третинні аміни. Номенклатура. Добування амінів. Фізичні влас-

тивості амінів. Електронна і просторова будова молекул амінів. Подібність

електронної і просторової будови амінів і аміаку. Гібридизація атома Нітрогену. Хімічні властивості амінів. Кислотно-основні властивості амінів і порівняння їх з властивостями спиртів. Порівняння основних властивостей аміаку, первинних, вторинних і третинних амінів у газовій фазі і водному розчині. Реакції алкілювання амінів. Четвертинні солі амонію, їх термічний розклад. Ацилювання амінів. Дія нітритної кислоти на первинні, вторинні і третинні аміни. Поширення в природі, практичне застосування.

Використання аліфатичних амінів, зв’язок між будовою амінів та їх токсичністю.

Аміни ароматичного ряду. Класифікація: первинні, вторинні, третинні жирно-ароматичні та ароматичні аміни. Номенклатура, ізомерія ароматичних амінів. Добування аніліну. Добування вторинних і третинних жирно-

ароматичних і ароматичних амінів. Фізичні властивості ароматичних амінів.

Електронна будова аніліну, взаємний вплив атомів у молекулі, -І та +М ефекти аміногрупи (р, π –кон’югація). Хімічні властивості ароматичних амінів. Реакції за участю аміногрупи та за участю бензенового ядра. Необхідність ацильного захисту аміногрупи. Добування сульфанілової кислоти. Будова сульфанілової кислоти. Сульфамідні препарати.

Ароматичні діазо- і азосполуки. Азобарвники

Солі діазонію. Добування солей діазонію реакцією діазотування, умови

проведення реакції. Механізм реакції діазотування, будова нітро зоній-

катіона. Електронна будова катіона діазонію, мезомерні структури, мезоформула. Форми діазосполук в залежності від середовища. Хімічні

властивості солей діазонію. Реакції солей діазонію з виділенням та без

виділення азоту діазогрупи.. Реакція азосполучення з фенолами і ароматичними амінами. Азобарвники, електронна будова азогрупи. Прик- лади азобарвників: метиловий оранжевий (метилоранж) і його добування. Основні положення хромофорно–ауксохромної теорії забарвлення речовин. Будова метилоранжу в нейтральному, лужному та кислому середовищах.

Одно-, двох- і трьохатомні спирти

Характеристична група спиртів, їх атомність. Загальна формула

одноатомних спиртів та їх гомологічний ряд. Генетичний зв’язок між гомологічними рядами спиртів і насичених вуглеводнів. Ізомерія спиртів.

Первинні, вторинні і третинні спирти. Номенклатура: історична, раціональна, радикально-функціональна, систематична (IUPAC). Способи добування. Фізичні властивості спиртів. Залежність температури кипіння спиртів від

будови їх молекули. Міжмолекулярний водневий зв’язок у спиртах. Розчинність спиртів у воді. Електронна будова спиртів. Схема ζ- зв’язків та полярність їх молекул.

Хімічні властивості спиртів.

Теорія кислот і основ Бренстеда-Лоурі. Порівняння кислотних і основних властивостей води, первинних, вторинних і третинних спиртів. Реакції нуклеофільного заміщення ОН-групи спиртів (механізм реакцій SN2 для первинних і SN1 для вторинних і третинних спиртів). Заміщення гідроксильної групи в спиртах на галоген. Взаємодія спиртів з мінеральними та карбоновими кислотами. Естери сульфатної, нітратної, фосфатної та насичених монокарбонових кислот. Добування етерів. Алкілюючі засоби: спирт у кислому середовищі, діалкілсульфати в лужному середовищі. Алкілювання алкоголятів лужних металів алкілгалогенідами (реакція Вільямcона і її механізм). Відщеплення води від спиртів. Внутрішньо- молекулярна дегідратація спиртів, орієнтація відщеплення води, правило Зайцева.

Окиснення спиртів. Ідентифікація спиртів.

Найважливіші представники насичених одноатомних спиртів. Отруйна дія метанолу. Використання етанолу в біології, біохімії, фармакології.

Фізіологічна дія етанолу на організм людини. Вищі спирти: цетиловий і

мерициловий та їх поширення в природі.

Одноатомні ненасичені спирти.

Гліколі. Гліцероли. Гомологічні ряди,, ізомерія, номенклатура. Добування α -гліколів та гліцеролу. Хімічні властивості. Кислотно-основні

властивості гліколів та гліцеролу і порівняння їх з властивостями одноатом- них спиртів. Реакції нуклеофільного заміщення гідроксильних груп на галоген. Ряди етерів та естерів. Тринітрат гліцеролу (нітрогліцерин). Етери етиленгліколю, диглим. Поліетиленгліколі та їх значення для синтезу мийних засобів. Особливості реакцій внутрішньо- та міжмолекулярної дегідратації гліколів різної будови. Окиснення етиленгліколю та гліцеролу. Роль

гліцеролу та його похідних в обміні речовин. Використання гліцеролу в фармакологічній і харчовій промисловості.

Етери. Тіоспирти. Тіоетери

Загальна формула, гомологічний ряд, ізомерія, номенклатура.

Добування етерів міжмолекулярною дегідратацією спиртів та з галогеноалканів (реакція Вільямсона). Електронна будова етерів і їх хімічні властивості. Абсолютний (безводний) ефір. Циклічні етери (діоксан). Пероксидні сполуки етерів. Застосування ефіру і техніка безпеки при роботі з ним.

Тіоспирти (меркаптани). Загальна формула, гомогічний ряд і його

зв’язок з гомологічним рядом спиртів, характеристична група тіоспиртів. Номенклатура: радикально-функціональна, систематична (IUPAC). Добування та хімічні властивості тіоспиртів. Порівняння кислотних і основних властивостей тіоспиртів із властивостями спиртів. Окиснення тіоспиртів. Дисульфіди і сульфокислоти. Біологічна роль оборотного пере- ходу –SH Û SS-груп в ряді похідних меркаптанів (окисно-відновні реакції в живих організмах).

Тіоетери. Загальна формула, гомогічний ряд тіоетерів і його зв’язок з гомологічним рядом етерів. Номенклатура тіоетерів. Добування тіоетерів. Хімічні властивості тіоетерів. Диметилсульфоксид – біполярний апротонний розчинник і його використання. Іприт, будова, добування, фізіологічна дія.

Феноли і ароматичні спирти

Одноатомні феноли: загальна формула, гомологічний ряд,

номенклатура, ізомерія, фізичні властивості. Добування та хімічні властивості одноатомних фенолів. Електронна будова фенолу з урахуванням

-І і +М ефектів. Реакції, обумовлені наявністю групи –ОН. Вплив ядра

бензену на кислотно-основні властивості фенолу. Кислотні властивості фенолу, етилового спирту, карбонатної кислоти. Фенолят-аніон і його будова. Реакція фенолів з ферум(III) хлоридом. Алкілювання, ацилювання фенолів. Реакції за участю бензенового ядра. Реакції електрофільного заміщення в бензеновому ядрі фенолу: галогенування, сульфування, нітрування, С-алкілювання, азосполучення, карбоксилювання (реакція Кольбе). Взаємодія фенолу з формальдегідом. Фенолформальдегідні смоли, їх будова, застосування. Реакції приєднання до бензенового ядра фенолу. Гідрування фенолу і використання циклогексанолу для добування капролактаму, адипінової кислоти, гексаметилендіаміну і синтез на їх основі хімічних волокон – капрону і найлону. Окиснення фенолу. Хімічні засоби захисту рослин і тварин (пестициди). 2,4-Дихлорофеноксиоцтова кислота (2,4-ДУ). Діоксини. Охорона навколишнього середовища від забруднення діоксиноподібними сполуками. Двохатомні і трьохатомні феноли. Пірокатехол, резорцинол, гідрохінон, пірогалол, флороглюцин. Добування, властивості. Таутомерія резорцинолу і флороглюцину. Окиснення гідрохінону в п -хінон. Застосуваня багатоатомних фенолів.

Альдегіди і кетони аліфатичного ряду

Гомологічні ряди, характеристичні групи альдегідів і кетонів, номенклатура (тривіальна, раціональна, систематична), ізомерія. Способи добування. Фізичні властивості. Електронна будова карбонільної групи.

Природа подвійного зв’язку в карбонільній групі С=О; -І, -М-ефекти карбонільної групи. Полярність і здатність до поляризації карбонільної групи. Хімічні властивості альдегідів і кетонів. Нуклеофільне приєднання до

карбонільної групи за механізмом AN. Реакції за участю a-атомів Гідрогену. Енолізація альдегідів і кетонів у лужному і кислому середовищах. Заміщення

a - атомів Гідрогену на галоген. Реакції конденсації альдегідів. Альдольна конденсація альдегідів та її механізм у лужному середовищі. Кротонова

конденсація. Окисно-відновні реакції. Відновлення альдегідів і кетонів. Окиснення альдегідів. Якісні реакції альдегідів: реакція срібного дзеркала, взаємодія з купрум(ІІ) гідроксидом і з фуксинсульфітною кислотою. Окиснення кетонів, правило Попова. Реакції аутоокиснення-відновлення.

Реакції Канніццаро, Тищенка. Полімеризація альдегідів. Циклічні тримери

(триоксан), паральдегід, лінійні полімери (параформ, поліформальдегід).

Найважливіші представники. Формальдегід, оцтовий альдегід, ацетон і їх добування в промисловості, застосування. Особливі властивості мурашиного альдегіду. Кетен, його добування і хімічні властивості, застосування. Ненасичені альдегіди. Акролеїн. Добування, електронна будова, взаємний вплив атомів у молекулі, p, p - спряження. Реакції за участю подвійного зв’язку: 1,4-приєднання. Реакції за участю карбонільної групи.

Альдегіди і кетони ароматичного ряду

Ароматичні альдегіди. Гомологічний ряд, номенклатура, способи

добування. Електронна будова ароматичних альдегідів і взаємний вплив атомів у їх молекулах. Хімічні властивості ароматичних альдегідів. Реакції за

участю карбонільної групи.

Специфічні властивості ароматичних альдегідів: аутоокиснення, бензоїнова конденсація, реакція Канніццаро, конденсація Кляйзена, реакція Перкіна, реакція з амоніаком, первинними ароматичними амінами, фенолами, хлором. Реакції електрофільного заміщення за участю бензенового ядра ароматичних альдегідів. Коричний альдегід, його добування, властивості, застосування. Саліциловий альдегід, його синтез за реакцією Реймера – Тіммана, хімічні властивості. Ванілін, будова застосування. Ароматичні кетони. Класифікація; жирно-ароматичні та ароматичні кетони. Жирно- ароматичні кетони: ацетофенон. Ароматичні кетони: бензофенон.

Карбонові кислоти всіх типів та їх функціональні похідні Насичені монокарбонові кислоти та їх функціональні похідні Гомологічний ряд, характеристична група карбонових кислот,

номенклатура (тривіальна, раціональна, систематична), ізомерія. Способи добування. Фізичні властивості. Залежність температур кипіння і плавлення карбонових кислот від структури молекули. Парно-непарний ефект і його причина. Міжмолекулярні водневі зв’язки (димери). Електронна будова карбоксильної групи. Взаємний вплив гідроксильної і карбонільної груп. +М- ефект (р,π- спряження) у карбоксильній групі, мезомерні структури і мезоформула. Електронна будова карбоксилат-аніона, його мезомерні структури і мезоформула. -І та -М ефекти карбоксильної групи. Хімічні властивості. Кислотні властивості. Порівняння кислотних властивостей монокарбонових кислот, мінеральних кислот, води та спиртів. Вплив будови замісників різної природи на кислотні властивості карбонових кислот. Реакції

нуклеофільного заміщення біля sp 2-гібридизованого атома Карбону в кар-

боксильній групі: добування галогеноангідридів, ангідридів, естерів. Властивості карбонових кислот за участю алкільного замісника. Вплив карбоксильної групи на рухливість α -атома Гідрогену.

Галогенування карбонових кислот за реакцією Геля – Фольгарда – Зелінського. Окремі представники: мурашина кислота (добування, особливі властивості, використання), оцтова кислота (добування, властивості). Пальмі-

тинова, стеаринова і вищі карбонові кислоти.

Функціональні похідні карбонових кислот: солі, галогеноангідриди, ангідриди, естери, аміди, нітрили.

Солі карбонових кислот та їх назви. Мило та його властивості. Використання солей карбонових кислот для добування насичених

вуглеводнів, альдегідів і кетонів.

Хлороангідриди. Добування, хімічні властивості хлороангідридів. Взаємний вплив атомів у молекулах хлороангідридів. Хлороангідриди як ацилюючі засоби (гідроліз, алкоголіз, ацидоліз, амоноліз).

Ангідриди кислот. Добування оцтового ангідриду із оцтової кислоти, з кетену, взаємодією ацетилхлориду з ацетатами. Хімічні властивості

ангідридів кислот. Ангідриди як ацилюючі засоби (гідроліз, алкоголіз, амоноліз).

Естери. Добування естерів за реакцією естерифікації (механізм реакції естерифікації в кислому середовищі). Хімічні властивості естерів. Лужний і кислотний механізм гідролізу естерів. Реакції переестерифікації і амонолізу. Естери в природі, їх застосування в промисловості.

Аміди карбонових кислот. Добування. Електронна будова амідів, вплив

р,π -кон’югації на основні властивості NH2-групи амідів, будова спряженої кислоти. Хімічні властивості амідів. Порівняння основних і кислотних влас - тивостей аміаку, амінів і амідів. Сечовина. Добування сечовини. Електронна будова сечовини і взаємний вплив атомів у її молекулі (р,π -кон’югація), будова спряженої кислоти. Основні і кислотні властивості сечовини. Добування біурету. Біуретова реакція.

Нітрили. Добування нітрилів. Електронна природа потрійного зв’язку СºN і його подібність до потрійного зв’язку СºС. Хімічні властивості нітрилів. Порівняння реакційної здатності похідних карбонових кислот у реакціях нуклеофільного заміщення.

Ненасичені монокарбонові кислоти. Жири

Гомологічний ряд, номенклатура, ізомерія (структурна та геометрична

цис-, транс-ізомерія). Акрилова, метакрилова, кротонова, ізокротонова, вінілоцтова кислоти. Хімічні властивості a, b-ненасичених кислот.

Полімеризація акрилової і метакрилової кислот та їх естерів. Органічне

скло.

Ненасичені вищі карбонові кислоти. Олеїнова, елаїдинова, лінолева і

ліноленова кислоти. Їх будова, властивості, значення. Біологічна роль нена- сичених жирних кислот. Жири (тригліцериди – естери гліцеролу і вищих карбонових кислот). Вищі насичені і ненасичені карбонові кислоти, які входять до складу жирів. Хімічний склад твердих і рідких жирів. Хімічні властивості жирів. Гідроліз (омилення) жирів. Добування із жирів мила. Гідрогенізація жирів та взаємодія їх з бромною водою, розчином калій перманганату. Окиснення рідких жирів киснем повітря. Гіркнення жирів. Використання жирів у техніці. Висихаючі, напіввисихаючі і невисихаючі олії. Оліфа. Біологічна роль жирів.

Дикарбонові кислоти

Гомологічний ряд, номенклатура. Загальні методи добування дикарко-

нових кислот. Хімічні властивості дикарбонових кислот. Одержання похідних дикарбонових кислот: солей (їх назви), естерів, галогеноангідридів,

ангідридів, амідів. Імід бурштинової кислоти (сукцинімід). Особливі властивості дикарбонових кислот. Відношення до нагрівання щавлевої, малонової, бурштинової, глутарової, адипінової, пімелінової кислот. Окремі представники. Щавлева кислота, особливості електронної будови, розкладання при нагріванні з сульфатною кислотою, відношення до дії окисників. Малонова кислота, малоновий естер. Добування натрій малонового естеру, його електронна будова, мезомерні структури, мезоформула. Використання малонового естеру для синтезу моно- і дикарбонових кислот. Застосування щавлевої, малонової, бурштинової і адипінової кислот. Ненасичені дикарбонові кислоти. Малеїнова і фумарова (цис- і транс- етендикарбонові) кислоти, їх властивості. Малеїновий ангідрид і його застосування в органічному синтезі. Склопластики.

Гідроксикарбонові кислоти

Характеристичні групи гідроксикарбонових кислот. Основність і

атомність гідроксикислот. Одноосновні двохатомні гідроксикислоти. Гомологічний ряд, ізомерія, номенклатура. α-, β-, γ-, δ-, ε -Гідроксикислоти.

Гліколева, молочна. Хімічні властивості. Реакції за участю карбоксильної групи та гідроксильної груп. Особливі властивості гідроксикислот: відношення до нагрівання α-, β-, γ-, δ-, ε- гідроксикислот. Розщеплення α- гідроксикислот при взаємодії з концентрованою сульфатною кислотою.

Оптична ізомерія гідроксикислот. Відносна конфігурація (D- і L-ряди). Оптичні антиподи (енантіомери), рацемат. Конфігурація і знак обертання.

Абсолютна конфігурація, R,S-система Кана – Інгольда – Прелога. Способи розділення рацематів на антиподи: самодовільне розщеплення при

кристалізації (Л. Паcтер), біохімічний, хімічний (перетворення в діаcтереомери) та хроматографічний методи.

Найважливіші монокарбонові гідроксикислоти: гліколева і молочна

кислоти. Поширення в природі. Двох- і трьохосновні гідроксикислоти. Яблучна кислота, хлорояблучна кислота, їх оптичні ізомери, рацемати, діастереомери. Поширення яблучної кислоти в природі. Винні кислоти. Оптична ізомерія (енантіомери, рацемат, мезоформа, діастереомери), поширення в природі, хімічні властивості винних кислот.

Амінокислоти

Класифікація амінокислот. Гомологічні ряди, характеристичні групи

номенклатура амінокислот. α-, β-, γ-, δ -Амінокислоти. Ізомерія амінокислот. Оптична активність амінокислот. D- і L-амінокислоти та їх поширення в

природі. Синтези амінокислот. Фізичні властивості амінокислот в порівнянні з амінами і насиченими карбоновими кислотами. Хімічні властивості амінокислот. Амфотерність амінокислот. Декарбоксилювання амінокислот

(утворення біогенних амінів). Реакції за участю аміногрупи: ацилювання, алкілювання (утворення бетаїнів), взаємодія з нітритною кислотою. Відношення до нагрівання α-, β-, γ-, δ -амінокислот. Лактами. Лактам- лактимна таутомерія. Застосування амінокислот. Поліамідні полімери: кап- рон, енант. Пептиди і пептидний зв’язок. Утворення і будова пептидного зв’язку. Біологічна роль пептидів.

Альдегідо – і кетокислоти. Кето-енольна таутомерія

Характеристичні групи альдегідо- і кетокислот. Найпростіші альдегідо-

і кетокислоти (гліоксилова, піровиноградна, ацетооцтова). Реакції за участю карбоксильної та карбонільної груп. Ацетооцтовий естер. Добування ацетооцтового естеру конденсацією Клайзена. Кето-енольна таутомерія. Фактори, які стабілізують енольну форму. Вплив природи розчинника на ступінь енолізації. Виділення енольної і кетонної форм. Реакції кетонної і енольної форм. Дослід про наявність рівноваги між кетонною і енольною формами. Натрій ацетооцтовий естер і синтези на його основі: кетонне і кислотне розщеплення його С-алкільних похідних. Використання ацето-

оцтового естеру для синтезу кетонів і одноосновних та двохосновних карбонових кислот. Дикарбонові оксокислоти: Щавлевооцтова, a - кетоглутарова, їх участь в обмінних процесах живого організму.

Карбонові та сульфокислоти ароматичного ряду

Ароматичні монокарбонові кислоти. Гомологічний ряд, номенклатура,

Способи добування. Електронна будова ароматичних монокарбонових кислот, взаємний вплив атомів у молекулі. Реакції за участю карбоксильної

групи. Реакції електрофільного заміщення в ароматичному ядрі.

Бензойна кислота. Добування окисненням толуену та із хлоро- або бромобензену. о- Сульфобензойна кислота та її імід (сахарин). Саліцилова

кислота. Добування за реакцією Кольбе. Хімічні властивості. Похідні саліцилової кислоти: ацетилсаліцилова кислота (аспірин), салол, п - аміносаліцилова кислота (ПАСК) та їх застосування. Галова кислота, поняття про дубильні речовини. Дикарбонові ароматичні кислоти. Фталева і

терефталева кислоти, їх добування, хімічні властивості. Фталевий ангідрид, його взаємодія із спиртами. Використання діалкілфталатів як репелентів і пластифікаторів. Екологічні проблеми використання фталатів. Терефталева кислота. Диметилтерефталат. Поліефірні волокна. Лавсан.

Ароматичні сульфокислоти. Гомологічний ряд, номенклатура, ізомерія,

методи добування. Виділення сульфокислот із реакційної суміші. Сульфування бензену і його гомологів. Механізм реакції (SE2). Особливості реакції сульфування: ізотопний ефект, зворотність реакції, сульфуючі реагенти. Хімічні властивості бензенсульфокислоти. Електронна будова бензенсульфокислоти, мезомерні структури, мезоформула. Реакції за участю сульфогрупи: кислотні властивості, добування сульфохлоридів та сульфамідів; сульфамідні лікарські препарати. Електрофільне заміщення сульфогрупи бензенсульфокислоти. Нуклеофільне заміщення сульфогрупи

(реакції лужного плавлення). Реакції за участю ароматичного ядра. Електрофільне заміщення в ядрі бензену, вплив на активність бензенового ядра сульфогрупи та її орієнтуюча дія. Застосування сульфокислот і їх похідних.

Розділ VІ. «ХІМІЯ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНИХ СПОЛУК»

1. П’ЯТИЧЛЕННІ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ

Теоретичні основи хімії гетероциклів

Систематика та номенклатура гетероциклічних сполук. Правила

побудови назв моно- та полігетероциклічних систем: вибір основного гетероциклічного компонента та позначення приєднаних до нього циклів. Правила орієнтації конденсованих систем на площині для нумерації атомів скелета. Номенклатура Ганча – Відмана.

Поняття про гетероароматичність. Типи гетероатомів і гетеро-

ароматичних структур, критерії гетероароматичності (структурні, магнітні, енергетичні, хімічні); гібридизація і стереохімія гетероатомів. Концепція p- надлишковості та p- дефіцитності в хімії гетероароматичних сполук: визначення та методи оцінки цих властивостей. Електронодонорні та електроноакцепторні властивості гетероароматичних систем. Критерії електронодонорності та електроноакцепторності. Гетероцикли і гетероатоми як замісники і провідники електронних ефектів. Реакційна здатність гетероатомів. Гетероатоми пірольного і піридинового типів. Гетероароматичне електрофільне і нуклеофільне заміщення. Міграції замісників, що сполучені з гетероатомами.

Пірол. Фуран. Тіофен

Будова і способи синтезу моногетероатомних п’ятичленних циклів.

Будова п’ятичленного гетероциклу та характер гетероатома. Загальні методи синтезу п’ятичленних гетероциклів, їх класифікація за утворенням зв’язків

1,2, 1,3 та 1,4. Порівняльна характеристика фурану, піролу та тіофену, їх

взаємоперетворення (Юр’єв). П’ятичленні гетероцикли в реакції дієнового синтезу. Бензопохідні фурану, піролу та тіофену. Порівняльна характеристика в реакціях електрофільного заміщення. Поняття про п’ятичленні гетероцикли з атомом Фосфору, Арсену, Стибію, Бісмуту, Селену, Телуру.

Група фурану та його бензоаналогів. Будова фурану. Способи побудови фуранового циклу. Властивості фуранових сполук. Реакції електрофільного і нуклеофільного заміщення в фурановому ядрі. Реакції

приєднання.

Найважливіші похідні фурану: фурфурол, пірослизева кислота. Лікарські препарати на основі 5-нітрофурфуролу. Стійкість фуранових сполук і розщеплення циклу. Гідрування похідних фурану. Тетрагідрофуран

як розчинник і реагент; тетрагідрофурфуриловий спирт і його дегідратація. Природні сполуки з ядром фурану: кантаридин, мускарин. Антибіотики.

Група тіофену. Будова тіофену. Хімічні властивості тіофенів. Індофенінова реакція. Реакції електрофільного і нуклеофільного заміщення в

ряду тіофену. Реакція десульфуризації. Гідрування похідних тіофену. Природні сполуки з тіофеновим ядром. Біотини і біоцетин.

Група піролу. Будова та реакційна здатність піролу. Пірол як NH- кислота, будова пірил-аніону, реакції депротонованого піролу. Реакції електрофільного заміщення в пірольному ядрі: протонування, нітрування, сульфування, галогенування, алкілювання, ацилювання, реакції з альдегідами

і кетонами. Вплив електронодонорних і електроноакцепторних замісників на напрям перебігу реакцій електрофільного заміщення в ядрі піролів. Реакції Дільса – Альдера. Вільнорадикальні реакції. Реакції розкриття пірольного циклу. Реакції відновлення та окиснення. Реакції похідних піролу. Гідровані похідні піролу. Порфобіліноген. Порфірини, хлорини, корини. Гемін, хлорофіл, вітамін В12 (ціанкобаламін). Пігменти жовчі. Принципи

встановлення будови і синтезу природних порфіринів. Антибіотики на основі

піролу.

Індол. Бензо[b]тіофен. Бензо[b]фуран

Група індолу. Будова та реакційна здатність індолу. Фізичні і

спектральні властивості. Синтези індольного ядра. Кислотні властивості індолу, будова індоліл-аніону, реакції депротонованого індолу. Реакції електрофільного заміщення в ряду індолу: протонування, нітрування, нітрозування, взаємодія з солями діазонію, сульфування, галогенування, алкілювання, ацилювання, реакція Манніха. Реакції окиснення і відновлення. Індоленіни і індоліни. Оксигеновмісні похідні індолу за пірольним ядром: індоксил, оксіндол, діоксіндол, ізатин. Їх синтези і хімічні властивості. Найважливіші природні і синтетичні похідні індолу: грамін, триптофан, триптамін, гетероауксин. Їх синтез і взаємні перетворення. Резерпін. Лізергінова кислота та її N,N -діетиламід (ЛСД). Природні індоли з гідроксильними групами в ядрі бензену: отрути жаб (буфотенін, буфо - тенідин), діючі речовини галюциногенів грибів (псилобіцин та псилоцибін), гормони центральної нервової системи (серотонін, мелатонін). Індиго та індигоїдні барвники.

Карбазол. Одержання з похідних біфенілу, дифеніламіну, феніл - гідразину, циклогексанону. Реакції електрофільного та нуклеофільного заміщення в ряду карбазолу. Вінілкарбазол.

Ізоіндол. Порівняння будови ізоіндолу з будовою індолу. Синтези ізоіндолів. Ізоіндолін. Фталоціаніни.

Індолізин. Поняття про ізо-p-електронні аналоги. Синтез та хімічні властивості індолізину (Чичибабін, Степанов).

Конденсовані тіофени. Тіонафтен, його синтез, реакції

електрофільного і нуклеофільного заміщення. Оксигеновмісні похідні тіонафтену. Тіоіндиго. Дибензотіофен.

Кумарон (бензофуран). Реакції кумарону з електрофільними реагентами. Реакції металювання. Кумарани. Гідровані похідні бензофурану. Ізобензофуран. Фталан, фталід. Дибензофуран.

1,3-Азоли: імідазол, тіазол, оксазол

Класифікація азолів. Азоли як p-амфотерні гетероцикли. Їх порівняльна характеристика.

Група імідазолу. Будова, таутомерія. Реакції заміщення в імідазольному ядрі. Гідрокси- і амінопохідні імідазолу. Біологічно активні сполуки, що містять імідазольне ядро: гістамін, гістидин, парабанова кислота.

Імідазоліни. Імідазолони. Гідантоїни. Імідазолідини. Алкалоїди з імідазольним ядром: пілокарпін.

Антибіотики похідні імідазолу – азоміцин.

Бензімідазол. Будова. Хімічні властивості похідних бензімідазолу.

Група тіазолу. Будова. Синтези тіазольного кільця. Хімічні властивості тіазолів. Реакції з електрофільними і нуклеофільними арентами.

Сульфатіазол, тіамін (вітамін В1).

Гідровані тіазоли. Тіазоліни і тіазолідини. Пеніцилін та його похідні,

бацитрацини.

БензотіазолСтійкість ядра, його поведінка в реакція електрофільного і нуклеофільного заміщення. 2-Меркаптобензотіазол (каптакс) і синтези на

його основі. Примулини, люциферин. Використання похідних бензотіазолу в ціанінових конденсаціях.

Група оксазолу. Будова. Реакційна здатність оксазолів в реакція електрофільного заміщення. Гідровані оксазоли. Оксазолони. Азлактони та їх

використання для синтезу a-амінокислот (Ерленмейєр). Оксазоліни. Оксазолідини.

Бензоксазол. Бензоксазолони, бензоксазтіони, 2-амінобензоксазол, 2-

хлоробензоксазол. Реакції нуклеофільного заміщення.

1,2-Азоли: піразол, ізотіазол, ізоксазол

Група піразолу. Будова піразольного ядра. Таутомерія. Реакції

заміщення в ряду піразолу. Піразоліни. Піразолони. Синтез та властивості. Антипірин та споріднені сполуки. Піразолонові барвники. Піразолідин.

Індазол. Будова та хімічні властивості індазолу.

Група триазолу. Віцинальний і несиметричний триазоли. 1,2,4-

Триазоли. Стійкість триазольного ядра. Нітрон. Бензотриазол.

Група тетразолу. Будова тетразолу. Амінотетразол. Тетразолієві солі та їх перетворення на формазани. Пентазол. Доведення його утворення.

Група ізотіазолу. Реакції електрофільного і нуклеофільного заміщення. Група ізоксазолу. Будова ізоксазолів. Стійкість ізоксазольного ядра і реакції, що призводять до його розщеплення. Електрофільне заміщення в ряду ізоксазолу. Реакції нуклеофільного заміщення. Гідровані ізоксазоли: 2-

ізоксазолін, ізоксалідин. Антибіотики ряду ізоксазолу: циклосерин

(оксаміцин).

Конденсовані ізоксазоли: бензізоксазол, антраніл.

2. ШЕСТИЧЛЕННІ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ

Піридин

Будова і реакційна здатність піридину. Синтези піридинового ядра.

Властивості піридинів. Піридини як третинні основи: протонування, кватернізація, утворення N -оксидів. Властивості N -оксидів піридинів. Іліди та іміди піридинію. Піридини як електронні аналоги бензену. Реакції електрофільного заміщення в ряду піридинів: нітрування, сульфування, галогенування. Реакції нуклеофільного заміщення в ряду піридинів: заміщення Гідрогену (амінування за Чичибабіним, гідроксилювання), заміщення галогенів, заміщення нітрогеновмісних груп. Алкілпіридини та їх четвертинні солі в ціанінових конденсаціях. Розщеплення піридинового ядра. Оксипіридин. Піридони. Рециклізація похідних піридину.

Піридоксин та споріднені природні продукти. Дипіридили.Гідровані похідні піридину. Піперидин, його одержання та властивості. Алкалоїди, що

містять ядро піридину: коніїн, нікотин, анабазин. Тропанові алкалоїди:

кокаїн, атропін.

Хінолін. Ізохінолін

Група хіноліну. Будова і реакційна здатність хіноліну. Синтези

хінолінового ядра. Властивості хінолінів. Реакції електрофільного (нітрування, сульфування, галогенування) та нуклеофільного (амінування, гідроксилювання, алкілювання та арилювання літій- та магнійорганічними сполуками) заміщення в ряду хіноліну. Реакції з окисниками. Хінолін- N - оксид. Аміно- та гідроксихіноліни. Кислоти групи хіноліну: хінальдінова, цинхонінова. Ціанінові барвники з ядрами хіноліну, їх класифікація та способи одержання. Пінаціанол.

Гідровані похідні хіноліну та алкалоїди групи хіноліну: цинхонін,

хінін.

Група ізохіноліну. Будова. Синтези ізохінолінового ядра. Електрофільне

та нуклеофільне заміщення в ряду ізохіноліну. Гідроксиізохіноліни та ізохінолони, аміноізохіноліни. Таутомерія. Алкалоїди групи ізохіноліну: папаверин, морфін та його похідні.

Акридин та фенантридин. Будова, способи добування та властивості. Акридон. Лікарські засоби акридинового ряду: ріванол, акрихін.

Солі хінолізинію. Синтез солей хінолізинію. Реакції з нуклеофілами.

Поширення хінолізинів і солей хінолізинію в природі.

Катіони пірилію, 2- і 4-пірони та їх бензоаналоги

Група пірану. Пірилієві солі. Будова. Способи добування. Реакції солей пірилію. Пірони. Будова, одержання a - і g-піронів. Реакції з електрофільними і нуклеофільними агентами. Нуклеофільна рециклізація за типом ANRORC

на прикладі похідних піронів і пірилієвих солей. Реакції з дієнофілами.

Дигідропіран. Використання в синтезах: дигідропірановий захист спиртів. Ціанінові барвники з ядрами пірилію.

Група бензопірану. Головні типи бензопіранових сполук. Солі бензо-

пірилію, кумарин і хромон. Флавон, солі флавілію, ізофлавон. Синтези цих

типів бензопіранових сполук. Реакції електрофільного і нуклеофільного заміщення. Рециклізація. Похідні сполуки бензопіранового ряду.Кетехіни. Антоціани і антоціанідини. Токоферол (вітамін Е).

Група ксантену. Ксантен, ксантон, ксантгідрол. Синтези ксантону. Гідроксипохідні похідних ксантену. Флуорон.

Діазини: піридазин, піримідин, піразин. Триазини

Діазини: піридазин, піримідин, піразин. Їх бензопохідні: цинолін,

фталазин, хіназолін, хіноксалін, піримідин. Способи синтезу піридазинового ядра. Хімічні властивості піразину і піридазину. Група піримідину. Синтези похідних піримідину. Властивості піримідинового ядра. Перегрупування Дімрота в ряду піримідину. Природні аміно- та гідроксипохідні піримідину: урацил, тимін, цитозин, їх участь в побудові нуклеїнових кислот. Барбітурова кислота та її похідні. Сульфамідні препарати групи піримідину: сульфазин,

сульфадимезин. Тіамін (вітамін В1), кокарбоксилаза.

Пурини та інші гетероциклічні системи

Група пурину. Будова. Синтези пуринів за методом Траубе. Сечова

кислота. Нуклеозиди. Аденін. Тіоксантин, гуанін. Їх синтез. Нуклеотиди. Аденозинфосфати. Нуклеїнові кислоти. Алкалоїди групи пурину: кофеїн і теобромін. Антибіотики – похідні пурину – пуроміцин.

Група птеридину. Будова. Синтези птеридинів із діамінів піримідинового ряду. Властивості птеридинів та їх похідних. Рибофлавін (вітамін В2). Пігменти крил метеликів.

Поняття про три-, чотири-, семичленні і макрогетероцикли. Азирини, діазирини. Реакції з електрофільними і нуклеофільними реагентами.

Фотолітичні і термолітичні реакції. Азетидини і азети. Азепіни, бензазпіни, діазепіни та їх бензопохідні. Краун-етери, криптанди.

Гетероцикли, що містять бор, силіцій, фосфор, селен, полівалентний

йод, метали.

Розділ VІІ. «ХІМІЯ ПРИРОДНИХ СПОЛУК»

Предмет, об’єкт, методи дослідження, основні хімії. природних сполук. Біоорганічна хімія – сучасна хімія природних сполук. Генетичний зв’язок з органічною хімією. Класифікація природних сполук: біополімери та низькомолекулярні біорегулятори. Методологія хімії природних сполук.

1. ТЕРПЕНОЇДИ

Визначення та загальна формула. Ізопренова одиниця. Правило

Л. Ружички. Особливості будови природних ізопренів. Біосинтез терпеноїдів.

Розповсюдження та роль у природі. Класифікація терпеноїдів за кількістю ізопренових одиниць. Основні представники ациклічних та циклічних терпеноїдів та загальна характеристика їх властивостей. Застосування природних терпеноїдів та їх синтетичних аналогів.

2. СТЕРОЇДИ

Визначення та загальна характеристика класу. Циклопента- пергідрофенантрен, естран, андростан, прегнан, холан, холестан - базові структури стероїдів. Номенклатура ІUPAC. Особливості будови та стереохімія природних стероїдів. Сквален – проміжна сполука в біосинтезі стероїдів. Розповсюдження в рослинному та тваринному світі. Класифікація стероїдів Основні представники стеролів, жовчних кислот та стероїдних гормонів. Застосування природних стероїдів та їх синтетичних аналогів.

3. АЛКАЛОЇДИ

Алкалоїди – нітрогеновмісні біорегулятори. Визначення та загальна характеристика. Особливості розповсюдження в природі. Сучасні уявлення про біологічну роль та функції алкалоїдів. Особливості будови алкалоїдів. Загальні фізичні та хімічні властивості алкалоїдів. Гетероциклічні нітрогеновмісні системи як базові структури природних алкалоїдів та хімічна класифікація на їх основі. Основні представники різних груп алкалоїдів. Застосування природних нітрогеновмісних сполук та їх синтетичних аналогів. Алкалоїди та соціальні роблеми.

4. ПРИРОДНІ ФЕНОЛЬНІ СПОЛУКИ, ЩО МІСТЯТЬ ГЕТЕРОЦИКЛИ

Флавоноїди як найбільш розовсюджені природні фенольні сполуки. Загальна характеристика. Базові оксигеновмісні гетероцикли та класифікація на їх основі. Розповсюдження в природі, хімічна будова та біологічна дія катехінів, флаванонів, флаванолів, флавонів, флавонолів та халконів. Лейкоантоціанідини та антоціанідини. Колір в природі. Антоціанідини як кислотно-основні індикатори. Ізофлавони – природні фітонциди. Біологічна дія та застосування флавоноїдів. Флавоноїди як фактор харчування людини.

Розділ VІII. «ФІЗИЧНА І КОЛОЇДНА ХІМІЯ»

Предмет, задачі i методи фізичної хімії. Фізична хімія як теоретична основа хімії. Фізико-хімічні процеси в біології i промисловостi. Завдання курсу фізичної і колоїдної хімії у пiдготовці учителя хiмiї i бiологiї.

1. ХІМІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА. ТЕРМОДИНАМІКА ХІМІЧНОЇ РІВНОВАГИ

Робота розширення ідеального газу.

Термодинамiчнi системи. Внутрiшня енергiя, ентальпiя, Кількість теплоти i робота як форми передачi енергiї. Стандартнi умови в

термодинамiцi. Термодинамiчнi процеси: довільні і недовільні, рівноважні і нерівноважні, оборотні і необоротні. Поняття про теплоємнiсть. Теплоємнiсть мольна при сталому об'ємi i сталому тиску, спiввiдношення мiж ними. Нульовий закон термодинаміки. Теплова (термодинамічна) рівновага. Температура.

Формулювання І закону термодинаміки, форми його аналiтичного запису. Окремi випадки першого закону для iзохорного, iзобарного, iзотермiчного, адiабатного процесiв. Термохiмiчнi символи. Термохiмiчнi рiвняння. Поняття про тепловий ефект хiмiчноi реакцii. Стандартнi теплоти (ентальпії) утворення складних речовин. Залежність теплового ефекту реакції

від температури, закон Кірхгоффа.

Процеси в розчинах. Стандартна ентальпія розчинення, ентальпія гідратації сполуки (для йонних кристалів). Ентальпія гідратоутворення. Стандартна ентальпія нейтралізації і розрахунок стандартної ентальпії дисоціації слабких електролітів. Калориметрiя.

Формулювання другого закону термодинамiки. Довiльнi процеси.

Математичний вираз другого закону. Статистична iнтерпретацiя ентропiї. Поняття про термодинамічну ймовірність. Рiвняння Больцмана.

Третій закон термодинаміки, постулат Нернста. Абсолютна і

стандартна ентропія речовин.

Об’єднаний вираз першого та другого законів термодинаміки. Термодинамiчний потенцiал Гiббса. Прогнозування умов довiльного перебiгу

процесiв та досягнення стану рiвноваги. Залежнiсть термодинамiчного потенцiалу вiд температури. Вплив ентальпійного та ентропійного факторів на напрямок хімічного процесу. Джерела енергiї живих органiзмiв, енергетика біохімічних процесів.

Хімічна рівновага. Стан динамічної рівноваги. Закон дiї мас. Константа

рівноваги простої гомогенної хiмiчної реакції: Кс i Кр. Розрахунок складу рівноважної суміші за вихідним складом і констаною рівноваги. Змiщення хiмiчної рiвноваги, принцип Ле Шательє. Оптимальнi умови здiйснення процесу.

Фазова рівновага. Основні поняття: фаза, компонент, число ступенів свободи. Правило фаз Гiббса.

Двокомпонентнi системи. Рівновага кристал – рідина у двокомпонентних системах. Розчинність та фактори, що на неї впливають. Діаграми розчинності двокомпонентних систем. Діаграми плавкості двокомпонентних систем. Метод термiчного аналiзу при побудові

2. КІНЕТИКА ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ ТА КАТАЛІЗ

Кінетичні закономірності простих гомогенних реакцій та кінетичні криві. Швидкiсть реакцiй, залежність швидкості від концентрації речовин. Константа швидкості реакції. Кінетична класифікація хімічних реакцій: молекулярнiсть i порядок реакцiй. Кінетика гетерогенних хімічних реакцій. Дифузія. Поняття про складні хімічні реакції. Класифікація складних

гомогенних хімічних процесів: спряжені реакції, фотохiмiчнi ланцюговi

реакцiї.

Залежнiсть швидкостi хiмiчної реакцiї вiд температури. Рiвняння Вант-

Гоффа та Арренiуса. Енергiя активацiї.

Загальні положення і закономірності каталізу. Особливостi i класифiкацiя каталiтичних процесiв: гомогенний каталіз, кислотно-основний каталіз, гомогенно-каталітичні реакції, що каталізуються комплексними сполуками та ферментами, гетерогенний каталіз, автокаталіз. Гетерогенний каталiз, специфічні особливості. Стадії гетерогенно-каталітичних процесів, адсорбцiя i дифузiя в каталiзi, хімічні реакції на поверхні каталізатора. Ферментативний каталiз. Каталітична активність гетерогенних каталізаторів. Металічні каталізатори та напівпровідники, каталiз на напiвпровiдниках. Каталiзатори на носiях. Промотори. Отруєння i старiння каталiзаторiв. Основнi теорiї гетерогенного каталiзу – мультиплетна теорія А.А. Баландіна, теорія активних ансамблiв Н.І. Кобозєва та електронно-хімічна теорія С.З. Рогінського.