Program wykładu Chemia Organiczna I

Program wykładu Chemia Organiczna I
Semestr III - 2016/2017 r. – poziom A i B
Wtorek 17:30-18:15 (B, sala 338), czwartek 14:30–15:15 (A i B, aula) oraz piątek 11:30–
13:00 (A i B, aula), prof. dr hab. R. Siciński
1. Wstęp. Wiązanie chemiczne, hybrydyzacja atomu węgla, tlenu i azotu. Rozpad hetero- i
homolityczny wiązań atomowych. Kwasy i zasady, definicja Lewisa. Nukleofilowość
(elektrofilowość) a zasadowość (kwasowość).
2. Węglowodory alifatyczne, nomenklatura, występowanie, izomeria. Stereochemia alkanów,
projekcja Newmana, konformacja. Własności chemiczne alkanów, utlenianie,
halogenowanie. Rodniki, trwałość i reaktywność rodników, hiperkoniugacja. Cykloalkany,
nomenklatura. Stereochemia cykloalkanów - konformacja.
3. Alkeny, charakterystyka ogólna, nomenklatura. Otrzymywanie. Budowa elektronowa
alkenów. Izomeria cis-trans, oznaczenia E, Z, reguły pierwszeństwa. Reakcja addycji
elektrofilowej. Reguła Markownikowa. Trwałość karbokationów. Pojęcie efektu
indukcyjnego. Przegrupowanie karbokationów. Alkilowanie alkenów. Addycja
wolnorodnikowa. Addycja fluorowców do alkenów. Halogenohydryny. Hydratacja alkenów,
oksyrtęciowanie, hydroborowanie. Redukcja alkenów. Utlenianie alkenów. CisHydroksylowanie. Ozonoliza.
4. Dieny, nomenklatura, wiązania izolowane, wiązania skumulowane, wiązania sprzężone.
Addycja elektrofilowa do dienów sprzężonych. Karbokation allilowy. Pojęcie rezonansu.
Kinetyczna i termodynamiczna kontrola reakcji.
5. Alkiny nomenklatura, otrzymywanie. Reakcja eliminacji dihalogenów. Kwasowość alkinów.
Reakcje alkinów: addycja wody, HX i X2. Redukcja i utlenianie alkinów.
6. Węglowodory aromatyczne, występowanie, nomenklatura. Struktura benzenu. Wzór
Kekulego, rezonans, opis struktury benzenu za pomocą orbitali molekularnych, pojęcie
aromatyczności, reguła Hückela. Aromatyczne kationy i aniony.
7. Substytucja elektrofilowa w pierścieniu aromatycznym. SE do skondensowanych układów
aromatycznych. Wpływ podstawników na przebieg reakcji SE. Podstawniki aktywujące i
dezaktywujące pierścień aromatyczny. Efekt indukcyjny i efekt rezonansowy. Reakcje
redukcji i utlenienia związków aromatycznych.
8. Stereochemia wynikająca z chiralności cząsteczki. Definicja chiralności. Chiralność a
symetria. Związki optycznie czynne. Skręcalność płaszczyzny polaryzacji światła.
Konfiguracja absolutna, konwencja R i S. Reguły pierwszeństwa Cahna, Ingolda i Preloga.
Skręcalność a konfiguracja. Rzutowanie ma płaszczyznę - projekcja Fischera. Dozwolone
przekształcenia projekcji Fischera. Pojęcie diastereoizomeru, enancjomeru, formy mezo i
racematu. Stereochemia kwasu winowego. Rozdział mieszaniny racemicznej.
9. Halogenki alkilowe, nomenklatura, ogólna charakterystyka, właściwości fizyczne,
wiązanie C-halogen. Otrzymywanie, addycja elektrofilowa HX lub X2 do alkenów,
mechanizm reakcji. Stereochemia reakcji addycji. Bromowanie alkenów w położeniu
allilowym. Trwałość rodnika allilowego. Porównanie halogenków allilowych, benzylowych,
winylowych i aromatycznych. Reakcje halogenków alkilowych. Reakcje substytucji,
mechanizmy SN1 i SN2. Czynniki decydujące o przebiegu reakcji wg. mechanizmów SN1
lub SN2. Inwersja Waldena. Trwałość karbokationów. Stereochemia reakcji SN. Reakcje
eliminacji. Regioselektywność reakcji eliminacji - reguła Zajcewa. Mechanizmy reakcji El i
E2. Stereochemia reakcji E. Reakcja E2 a konformacja pierścienia cykloheksanu.
10. Alkohole i fenole. Nazewnictwo alkoholi i fenoli. Wiązania wodorowe. Alkohole jako
zasady - protonowanie alkoholi. Właściwości kwasowe alkoholi i fenoli, czynniki
wpływające na kwasowość fenoli. Dehydratacja alkoholi, mechanizm El i E2.
Przekształcanie alkoholi w halogenki alkilowe. Grupa -OH jako grupa odchodząca.
Mechanizm SN1 i SN2. Estry alkoholi z kwasami nieorganicznymi i sulfonowymi.
Utlenianie alkoholi i fenoli. Otrzymywanie fenoli. Otrzymywanie alkoholi w wyniku
redukcji związków karbonylowych, kwasów karboksylowych i estrów. Otrzymywanie
alkoholi w wyniku addycji związków Grignarda do związków karbonylowych. Reakcje
alkoholi polihydroksylowych z sodem i z kwasami fluorowodorowymi. Utlenianie dioli za
pomocą jodanu(VII) i tetraoctanu ołowiu, mechanizm reakcji. Otrzymywanie polioli.
Przegrupowanie pinakolinowe. Tiole; różnice między tiolami i alkoholami.
11. Etery i sulfidy. Nazewnictwo eterów i sulfidów. Wiązania koordynacyjne eterów z
metalami, etery koronowe. Rozszczepienie kwasowe eterów. Otrzymywanie eterów.
Dehydratacja alkoholi, synteza Williamsona, alkoksyrtęciowanie alkenów. Synteza
oksiranów: z halogenohydryn, utlenianie nadkwasami. Rozszczepianie oksiranów
katalizowane przez kwasy i zasad, mechanizmy reakcji. Stereochemia i regioselektywność
otwarcia pierścienia oksiranowego. Różnice między eterami i sulfidami.
12. Aminy. Nazewnictwo amin, aminy I, II, III rz. oraz IV rz. sole amoniowe. Struktura
przestrzenna amin. Zasadowe i nukleofilowe właściwości amin. Reakcje amin z
halogenkami alkilowymi. Reakcje acylowania, utleniania oraz redukcji amin. Grupa
aminowa jako grupa odchodząca. Reakcja amin z aldehydami i ketonami. Enaminy. Reakcja
amin z kwasem azotowym(III). Sole diazoniowe, budowa. Reakcje wymiany grupy
diazoniowej, reakcja Sendmeyera. Redukcja soli diazoniowych, reakcje sprzęgania.
Barwniki azowe. Syntezy amin. Redukcja związków zawierających azot (nitrozwiązków,
nitryli, amidów, azydków, oksymów). Aminowanie redukcyjne. Degradacja Hofmanna
(mechanizm reakcji). Przegrupowanie Curtiusa. Synteza Gabriela.
13. Aldehydy i ketony. Nazewnictwo aldehydów i ketonów. Właściwości fizyczne aldehydów i
ketonów. Hybrydyzacja grupy karbonylowej. Polaryzacja wiązania C=O. Tworzenie wiązań
wodorowych. Reakcja addycji do podwójnego wiązania C=O. Efekt indukcyjny i efekt
przestrzenny. Addycja wody, alkoholi, cyjanowodoru, reakcja z siarczanem(IV) sodu,
reakcja ze związkami Grignarda. Azotowe pochodne aldehydów i ketonów: reakcja z
amoniakiem, hydroksyloaminą, hydrazyną, semikarbazydem. Kwasowy charakter wodoru
w położeniu . Enolizacja katalizowana przez kwasy i zasady. -Halogenowanie.
Halogenowanie metyloketonów. Kondensacja aldolowa w środowisku kwaśnym i
zasadowym. Mieszana kondensacja aldolowa. Reakcja Cannizzaro. Otrzymywanie
aldehydów i ketonów. Ozonoliza. Formylowanie alkenów. Utlenianie alkoholi. Redukcja
chlorków kwasowych. Acylowanie metodą Friedla-Craftsa. Redukcja aldehydów i ketonów.
Redukcja wodorkami metali. Redukcja Wolfa-Kiżnera. Aminowanie redukcyjne. Utlenianie
aldehydów i ketonów.
14. Kwasy karboksylowe. Nazewnictwo i właściwości fizyczne kwasów karboksylowych.
Kwasowość kwasów karboksylowych. Utlenianie i redukcja kwasów karboksylowych.
Reakcje SN w grupie karboksylowej, estryfikacja. Reakcja podstawienia w łańcuchu
bocznym. Otrzymywanie kwasów karboksylowych, utlenianie alkoholi, utlenianie
alkilowych pochodnych benzenu, otrzymywanie kwasów karboksylowych ze związków
Grignarda i CO2, hydroliza estrów, amidów, bezwodników i chlorków kwasowych.
15. Pochodne kwasów karboksylowych.
a) Chlorki i bezwodniki kwasowe. Nazewnictwo. Reaktywność pochodnych kwasów
karboksylowych. Reakcje SN. Hydroliza, alkoholiza, amonoliza, reakcje ze związkami
Grignarda, redukcja.
b) Estry. Nazewnictwo. Otrzymywanie estrów. Reakcje SN estrów. Hydroliza w środowisku
kwaśnym i zasadowym, alkoholiza, amonoliza, reakcje ze związkami Grignarda, redukcja.
Kondensacja Claisena. Właściwości acetylooctanu etylu i malonianu dietylu.
c) Amidy. Nazewnictwo amidów i budowa grupy amidowej. Hydroliza amidów. Redukcja
amidów.
d) Hydroksykwasy karboksylowe. Nazewnictwo hydroksykwasów. Reakcje -, - i hydroksykwasów. Laktony.
e)
Aminokwasy. Nazewnictwo aminokwasów i właściwości kwasowo zasadowe.
Otrzymywanie aminokwasów. Reakcje aminokwasów (grupy aminowej i karboksylowej).
Semestr III - 2016/2017 r. – poziom B (materiał dodatkowy)
1. Konfiguracje elektronowe, wyjątki od reguły oktetu. Jon węglanowy, wstęp do struktur
rezonansowych. Rozwinięcie teorii Bronsteda, protonowane alkohole, kwasy i aminy.
Elektroujemność a kwasowość i trwałość. Stężenie formy zasadowej i kwasowej a pH
roztworu.
2. Energie konformacyjne podstawników cykloheksanu. Izomeryczne dimetylocykloheksany,
różnice energii konformerów. Rzuty Newmana takich układów oraz obracanie wzorów
kreskowych. Układy ze skondensowanymi pierścieniami cykloheksanowymi: cis- i transdekalina, perhydrofenantren.
3. Termodynamika i kinetyka. Stała równowagi reakcji, swobodna energia produktów, skład
mieszaniny równowagowej. Szybkość reakcji, energia aktywacji, wykresy energii reakcji,
kontrola kinetyczna i termodynamiczna.
4. Chlorosulfonowanie. Reakcje substytucji elektrofilowej naftalenu oraz podstawionego
naftalenu. Halogenowanie łańcucha bocznego alkiloarenów.
5. Aromatyczne układy heterocykliczne pięcio- i sześcioczłonowe. Reaktywność pirolu,
tiofenu, furanu i pirydyny w procesach substytucji elektrofilowej.
6. Przegrupowania karbokationów w reakcjach SN1, porównanie reaktywności halogenków
allilowych, benzylowych, winylowych i arylowych w reakcjach SN1 i SN2. Odwracalność
reakcji substytucji nukleofilowej. Między- i wewnątrzcząsteczkowe procesy substytucji
nukleofilowej.
7. Odstępstwa od reguły Zajcewa – trwałości produktów reakcji eliminacji, budowa
przestrzenna zasad użytych do reakcji, odmienne zachowanie fluorków.
8. Przegrupowania karbokationów towarzyszące reakcjom E1 – powiększanie i zmniejszanie
pierścieni węglowych, aromatyzacja.
9. Aminy jako grupy odchodzące. Mechanizm eliminacji Hofmanna. Zastosowanie soli
tetraalkiloamoniowych w reakcjach przebiegających w warunkach katalizy przeniesienia
międzyfazowego (phase transfer catalysis). Utlenianie amin pierwszo-, drugo- i
trzeciorzędowych. Reakcja eliminacji Cope’a.
10. Związki azowe (diazometan, diazoketony, azobenzeny), ich budowa i reaktywność. Reakcje
diazometanu z kwasami karboksylowymi, aldehydami (ketonami) i chlorkami kwasowymi.
11. Addycja nukleofilowa do ,-nienasyconych związków karbonylowych. Alkilowanie węgla w ketonach, hydrazonach i enaminach.
12. Planowanie wieloetapowych syntez.
Podręczniki:
John McMurry, Chemia Organiczna część 1-5, PWN, Warszawa 2015 (i poprzednie wydania).
Przemysław Mastalerz, Chemia Organiczna, Wydawnictwo Chemiczne, Wrocław 2016.
Robert T. Morrison i Robert N. Boyd, Chemia Organiczna, tom 1 i 2, PWN, Warszawa 2013.
Niniejszy program dostępny jest na stronie internetowej
Zakładu Dydaktycznego Chemii Organicznej
Proseminaria rok 2016/2017
Termin
proseminarium
I
II
Temat proseminarium (orientacyjnie)
Alkany. Nomenklatura, stereochemia, rodniki, cykloalkany, konformacja. Alkeny,
nomenklatura, izomeria cis-trans, E, Z. Addycja elektrofilowa, reguła
Markownikowa, efekt indukcyjny.
.
Addycja wolnorodnikowa. Addycja fluorowców. Uwadnianie alkenów,
oksyrtęciowanie, hydroborowanie. Dieny. Alkiny.
III
Węglowodory aromatyczne, nomenklatura. Struktura benzenu. Wzór Kekulego,
rezonans, pojęcie aromatyczności, reguła Hückela. Aromatyczne kationy i aniony.
Substytucja elektrofilowa w pierścieniu aromatycznym. Wpływ podstawników na
przebieg reakcji SE - podstawniki aktywujące i dezaktywujące pierścień aromatyczny.
Efekt indukcyjny i efekt rezonansowy.
IV
Aromatyczne, heterocykliczne układy pięcio- i sześcioczłonowe. Opis struktury
pirolu, tiofenu, furanu i pirydyny za pomocą orbitali.
V
Stereochemia wynikająca z chiralności cząsteczki. Definicja chiralności. Chiralność a
symetria. Związki optycznie czynne. Skręcalność płaszczyzny polaryzacji światła.
Konfiguracja absolutna, konwencja R i S. Reguły pierwszeństawa Cahna, Ingolda,
Preloga. Skręcalność a konfiguracja. Rzutowanie ma płaszczyznę - projekcja
Fischera. Dozwolone przekształcenia projekcji Fischera. Pojęcie diastereoizomeru,
enancjomeru, formy mezo i racematu. Stereochemia kwasu winowego. Rozdział
mieszaniny racemicznej.
VI
VII
VIII
IX
Halogenki alkilowe, nomenklatura, Otrzymywanie, addycja elektrofilowa HX lub X2
do alkenów, mechanizm reakcji, stereochemia reakcji addycji. Bromowanie alkenów
w położeniu allilowym. Trwałość rodnika allilowego.
Reakcje substytucji, mechanizmy SN1 i SN2. Czynniki decydujące o przebiegu reakcji
wg. mechanizmów SN1 lub SN2. Inwersja Waldena. Trwałość karbokationów.
Stereochemia reakcji SN. Reakcje eliminacji. Regioselektywność reakcji eliminacji reguła Zajcewa. Mechanizmy reakcji El i E2. Stereochemia reakcji E. Reakcja E2 a
konformacja pierścienia cykloheksanu.
Alkohole i fenole. Nazewnictwo alkoholi i fenoli. Wiązania wodorowe.
Alkohole jako zasady - protonowanie alkoholi. Właściwości kwasowe
alkoholi i fenoli. Dehydratacja alkoholi, mechanizm El i E2. Przekształcanie
alkoholi w halogenki alkilowe. Grupa OH jako grupa odchodząca.
Otrzymywanie alkoholi w wyniku addycji związków Grignarda do związków
karbonylowych. Reakcje alkoholi połihydroksylowych z sodem i z kwasami
fluorowodorowymi. Utlenianie za pomocą jodanu(VII) i tetraoctanu ołowiu,
mechanizm reakcji. Otrzymywanie polioli.
X
Aminy. Nazewnictwo amin, aminy I, Ii i III rz. oraz IV rz. sole amoniowe, Struktura
przestrzenna amin. Zasadowe i nukleofilowe właściwości amin. Reakcje amin: z
halogenkami alkilowymi; reakcje acylowania amin; utlenianie i redukcja amin.
Grupa aminowa jako grupa odchodząca. Reakcja amin z aldehydami i ketonami.
Enaminy. Reakcja amin z kwasem azotowym (III). Sole diazoniowe, budowa.
Reakcje soli diazoniowych: redukcja, reakcje sprzęgania. Barwniki azowe. Reakcje
wymiany grupy diazoniowej, reakcja Sandmeyera.
XI
Aldehydy i ketony. Nazewnictwo aldehydów i ketonów. Hybrydyzacja grupy
karbonylowej. Polaryzacja wiązania C=O. Reakcja addycji do podwójnego wiązania
C=O. Efekt indukcyjny i efekt przestrzenny, a) addycja wody, b) addycja alkoholi,
c) addycja cyjanowodoru, d). Reakcja z siarczanem(IV) sodu, e) reakcja ze
związkami Grignarda, Azotowe pochodne aldehydów i ketonów: reakcja z
amoniakiem, hydroksyloaminą, hydrazyną, semikarbazydem.
XII
Kwasowy charakter wodoru w położeniu α. Enolizacja katalizowana przez kwasy i
zasady. α-Halogenowanie. Halogenowanie metyloketonów. Kondensacja aldolowa
w środowisku kwaśnym i zasadowym. Mieszana kondensacja aldolowa. Reakcja
Cannizzaro. otrzymywanie aldehydów i ketonów. Utlenianie alkoholi. Redukcja
chlorków kwasowych. Acylowanie metodą Friedl-Crafts'a. Redukcja aldehydów i
ketonów. Redukcja wodorkami metali. Redukcja Wolfa i Kiżnera. Aminowanie
redukcyjne.
XIII
XIV
Kwasy karboksylowe. Reakcje SN w grupie karboksylowej, estryfikacja. Estry.
Reakcje SN estrów. Hydroliza w środowisku kwaśnym i zasadowym, alkoholiza,
amonoliza, reakcje ze związkami Grignarda, redukcja. Kondensacja Claisena.
Właściwości acetylooctanu etylu i malonianu dietylu. Amid. Hydroksykwasy
karboksylowe. Aminokwasy.
Konsultacje
Poprawkowe sprawdziany cząstkowe
17 stycznia 2017 (wtorek), godz. 17:30
Sala 141
Kolokwium poprawkowe
31 stycznia 2017 (wtorek), godz. 13:00
Aula
Egzamin
6 lutego 2017 (poniedziałek), godz. 10:00
Aula oraz sala 305
Egzamin poprawkowy
20 lutego 2017 (poniedziałek), godz. 10:00
Aula