Программа учебной дисциплины
«ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ»
вузовского компонента цикла СД «Физическая органическая химия» подготовки специалистов по направлению 020101 – «Химия»
Санкт-Петербург
2009 г.
Структура программы дисциплины
I. Организационно-методический раздел
1. Цель курса – освоение студентами фундаментальных основ органической химии, знаний механизмов органических реакций и выработка практических навыков применения этих знаний.
2. Задачи курса - изложение теоретических основ органической химии, закономерностей зависимости химических и физических свойств органических соединений от их структуры, принципов количественного рассмотрения реакционной способности органических соединений, привитие навыков применения этих принципов и закономерностей при решении конкретных задач.
3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника.
Для успешного освоения курса студенты должны быть знакомы с курсом органической химии, владеть основами квантовохимических подходов, знать основы катализа, иметь представление о современных физико-химических методах исследования строения соединений и кинетики химических реакций.
4. Требования к уровню освоения содержания курса.
Содержание курса входит в необходимый минимум профессиональных знаний выпускников по этому направлению, а также является необходимой основой для освоения курсов специализации, выполнения курсовых и дипломных работ.
II. Содержание курса
1.1.Разделы курса: свойства химических связей в органические соединениях; теория взаимного влияния атомов в органических молекулах; кислотно-основные свойства органическим соединений; растворители и их роль в органических процессах; интермедиаты в органических реакциях; общие представления о механизмах органических реакций; механизмы гетеролитических реакций.
2. Темы и содержание курса:
Свойства химических связей в органические соединениях
2.1.1. Химические связи в органические соединениях.
Классическая теория химического строения и качественная квантово-механическая интерпретация ее основным положений. Типы химических связей в органических молекулах. Октетная модель и границы ее применимости. Метод локализованных пар и метод молекулярных орбиталей. Гибридизация.
Детализация электронного строения молекулы. Электроотрицательность и ее зависимостьот структурных параметров. Взаимосвязь электроотрицатепьности и гибридизации. Регибридизационная модель. Связь гибридизации с экспериментальными характеристиками химических связей в органических молекулах.
2.1.2. Свойства ковалентных связей.
Приблизительное постоянство свойств связей. Принцип аддитивности и его постулаты. Принципы построения аддитивных схем разной степени приближения. Интерпретация отклоненийотаддитивности.
Длины связей и понятие о ковалентном радиусе. Факторы, влияющие на длины связей. Проблема расчета длин связей всопряженных молекулах. Теплоты образования органических молекул и средние энергии связей. Энергии диссоциации связей, их физический смысл и зависимость от строения молекул.
2.1.3. Полярность и поляризуемость органических молекул.
Дипольные моменты и моменты связей. Отдельные составляющие дипольного момента. Факторы, влияющие на полярность связей. Особенности использования аддитивных схем для расчета дипольных моментов молекул и установления направления дипольных моментов связей. Понятие о регулярных и нерегулярных заместителях. Изменение дипольного момента связи вследствие взаимного влияния атомов в молекуле. Поляризуемость молекул и ковалентных связей.
2.1.4. Строение сопряженных систем.
Алифатические системы, молекулярно-орбитальное рассмотрение.
Влияние сопряжения на характеристики органических молекул и отдельных связей. Коллективные и одноэлектронные свойства молекул. Потенциалы ионизации и сродство к электрону органических молекул. Влияние сопряжения на эти характеристики.
Ароматические системы. Молекулярно-орбитальное рассмотрение. Небензоидные ароматические системы. Антиароматичность. Гомоароматичность.
Теория взаимного влияния атомов в органических молекулах.
Поляризация связей в органических молекулах вследствие взаимного влияния атомов. Методы экспериментальной оценки взаимного влияния атомов. Полярный эффект. Индукционный эффект и эффект поля, их относительная важность и взаимосвязь. Передача полярного аффекта в молекуле. Зависимость полярного эффекта от структуры заместителя.
Эффект сопряжения. Распространение поляризации при сопряжении. Заместители, способные к проявлению эффекта сопряжения. Разделение эффекта сопряжения и полярного эффекта. Зависимость эффекта сопряжения от структурных особенностей системы. Эффекты сверхсопряжения и обратного сверхсопряжения. Совместное рассмотрение различных типов поляризации. Суммарное распределение электронной плотности в молекулах органических соединений.
Метод электронного резонанса. Основные положения. Использование метода. Взаимосвязь метода электронного резонанса и метода электронных смещений.