М.Н. Земцова
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
САМАРА 2005
Курсовая работа по органической химии выполняется студентами 3 курса инженерно-технологического и химико-технологического факультетов в 5 семестре.
Курсовая работа по органической химии является введением в научно-исследовательскую работу студентов.
Цель курсовой работы:
‑ привить навыки самостоятельного выполнения синтеза органических соединений;
‑ умение работать с оригинальной литературой (монографии, статьи в научных журналах, реферативные журналы и т.д.);
‑ научить представлять материал в форме научного отчета и устного доклада (сообщения).
Курсовая работа – небольшая учебно-исследовательская или научно-исследовательская работа экспериментального, теоретического или реферативного характера.
Работа экспериментального характера включает в себя обзор литературы по данной теме и результаты собственного экспериментального исследования с обязательным обсуждением.
Работа теоретического характера может представлять собой, например, поиск новых закономерностей в физико-химических свойствах веществ, исследование их корреляций со структурой по имеющимся в литературе данным.
Работы реферативного характера выполняются в тех случаях, когда предстоит проведение новой большой исследовательской работы и требуется обзор всех имеющихся по этой теме литературных данных. Работа в этом случае включает не только собранные и систематизированные результаты известных в литературе исследований, но и обязательный их критический анализ.
Стандартное задание по курсовой работе включает в себя 1-2 стадийный синтез органического соединения. Кроме того, курсовая работа может быть небольшой научно-исследовательской работой, связанной с тематикой выполняемых на кафедре НИР.
В рамках стандартной курсовой работы студент получает от преподавателя задание по 1-2 стадийному синтезу органического соединения и тему для написания литературного обзора. Работу по синтезу органического соединения студент выполняет в лабораториях кафедры органической химии СамГТУ во время учебных занятий при условии успешного выполнения программных лабораторных работ, либо для выполнения синтеза студенту выделяются дополнительные часы работы в лабораториях кафедры органической химии.
Работать с научной литературой студент может в библиотеке СамГТУ, читальном зале или в областной научно-технической библиотеке, а также в сети Internet (приложение 1).
Литература по органической химии чрезвычайно обширна. Типы источников сведений таковы:
1. Учебные пособия повышенного типа дают общую картину современного развития органической химии в целом.
2. Справочные издания снабжают информацией по специальным предметам, процессам синтеза и свойствам органических соединений.
3. Обзоры по научной литературе суммируют успехи в той или иной специальной области органической химии.
4. Справочники и словари приводят физические константы отдельных соединений, в некоторых случаях с ссылками на оригинальную литературу.
5. Энциклопедии – исчерпывающие собрания информации об органических соединениях. Часто они включают физические данные и ссылки на оригинальную литературу.
6. Рефераты научной литературы, суммирующие содержание оригинальных статей, опубликованных во всех журналах, имеющих значение.
7. Научные журналы, являющиеся первоисточником всей научной информации. Они включают оригинальные статьи, излагающие результаты исследований.
Выполнение курсовой работы
Первая часть курсовой работы заключается в поиске всех имеющихся в химической литературе данных по методам получения, свойствам и применению заданного органического соединения. При подборе литературных данных можно пользоваться:
- справочной литературой (приложение 1)
- реферативными журналами «Химия» и «Chemical Abstracts»
- литературой по синтезу органических соединений (приложение 2)
- ресурсами Интернет в области органической химии (приложение 3)
Для поиска любого органического соединения в оригинальной литературе следует использовать следующий наиболее быстрый путь:
А) Составьте молекулярную формулу (брутто-формулу);
Б) Назовите вещество двумя – тремя способами (тривиальное название, название по рациональной и систематической номенклатурам);
В) Обратитесь к справочной литературе:
1. Лернер И.М., Гонор А.А., Славачевская Н.М., Берлин А.И. Указатель препаративных синтезов органических соединений. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1982.-280 с. Книга представляет собой доступный и удобный для поиска заданного органического соединения справочник. Он охватывает литературу до 1979 года и включает около двадцати тысяч органических соединений. В справочнике приведены ссылки на восемьдесят оригинальных источников, в которых описаны методы синтеза органических соединений. Зная молекулярную формулу органического соединения и название (для распознавания структурных изомеров), находят ссылки на оригинальную литературу, которая приведена в конце справочника.
2. Реферативный журнал «Химия»
Реферативный журнал «Химия» начал регулярное реферирование статей по всем областям химии и химической технологии с 1953 г. До 1961 г. рефераты имели сплошную нумерацию за весь год, начиная с первого номера журнала. В настоящее время рефераты нумеруются по разделам. Например, 3Ж 426 означает, что реферат помещен в третьем номере журнала в разделе с индексом Ж (органическая химия) и имеет порядковый номер 426.
В сводном номере журнала рефераты подобраны в систематическом порядке по разделам, оглавление которых вместе с указанием присвоенных им индексов дано на внутренней стороне передней обложки.
До 1961 г. перед началом реферата помещался его номер, название статьи на русском языке, автор (или авторы) на русском языке без инициалов (или с инициалами, если работа отечественных авторов). Затем в скобках давалось название статьи на языке оригинала, авторы с инициалами или полными именами, как в подлиннике. После скобок следовало сокращенное название журнала, год, том, номер и страницы от начала до конца статьи, а в скобках – указание на язык оригинала (если не русский) и на язык резюме, если оно дано в статье не только на языке оригинала. После номера реферата ставились буквы, имеющие следующие значения: Д – диссертация, К – книга, П – патент, РЕЦ – рецензия.
В 1961 г. принята форма публикации реферата. За номером реферата следует название статьи на русском языке, фамилии авторов и название статьи на языке оригинала без скобок.
Далее форма записи осталась прежней. После такого библиографического описания следует текст реферата или аннотация. Для патента после названия и фамилий авторов указываются сокращенно страна, номер и дата выдачи патента. После фамилии авторов в скобках может следовать название фирмы - держательницы патентов.
Каждый номер РЖ «Химия» снабжен предметным указателем (пономерной предметный указатель – ППУ). В ППУ рефераты отыскиваются с помощью ключевых слов. Описание того, как это делается, приводится в самом указателе. Наряду с ППУ к каждому номеру составляется авторский указатель.
Для нахождения вещества по формульному указателю составляется брутто-формула по системе Хилла. В формульном указателе после молекулярной формулы приведено название вещества, в скобках регистрационный номер и буквенный код (термы), с помощью которого сообщаются некоторые данные о соединении. Расшифровка термов приводится в предисловии к формульному указателю.
3. Chemical Abstracts
Реферативный журнал «Chemical Abstracts» (принятые сокращения: С.А. Chem. Abstr., СА) выпускается американским химическим обществом с 1907 г.
До 1962 г. журнал выходил два раза в месяц. С 1962 г. в год выходит два тома по 13 номеров в каждом. С 1934 г. увеличился формат журнала, рефераты размещаются в два столбца, причем каждый столбец нумеруется как отдельная страница. Кроме того, столбец разбит на группы строк (по 9-10 строк), обозначаемых в порядке латинского алфавита от а до i (ранее группы строк обозначались цифрами от 1 до 9). В указателях журнала при ссылке на реферат рядом со страницей ставится цифра или буква, указывающая место реферата по высоте столбца.
В последние 30 лет число разделов в журнале неоднократно изменялось в сторону большей детализации и изменения размеров. В настоящее время материал распределен по 80 разделам (в 1962 г. их было 31). Выпуски с нечетными номерами содержат разделы 1-34, с четными – 35-80. Рефераты публикаций по органической химии содержатся в разделах 21-34.
К каждому тому издается ряд указателей. Рассмотрим некоторые из них:
а) Subject Index (предметный указатель) издавался к томам С.А. до 75 тома включительно. Для ускорения ретроспективного обзора содержания С.А. издаются сводные предметные указатели (Colleсtive Subject Index). Пять первых сводных указателей охватывали сведения за десятилетия: 1907-1916, 1917-1926, 1927-1936, 1937-1946, 1947-1956 гг. Последующие сводные указатели охватывают сведения за пятилетия: 1957-1961, 1962-1966, 1967-1971 гг., кроме того, имеется сводный указатель с 1920 по 1956 г.
б) Сhemical Substants Index (указатель веществ). Издается начиная с 76-го тома (1972). В указателе в алфавитном порядке приведены названия веществ, описанных в рефератах. После названия вещества указан его регистрационный номер, составленный с помощью ЭВМ по алгоритму, отличающемуся от принятого в РЖ «Химия». Затем для раскрытия сути информации приводятся пояснительные слова, а потом номер реферата. Если публикация является патентом, то перед номером ставится Р, если обзорной статьей – R и т.д.
в) General Subject Index (общий предметный указатель). Издается, начиная с 76 тома. В указателе приведены названия классов и групп химических соединений, материалов, химических процессов, физико-химических методов исследования, промышленных аппаратов и установок, биологических систем, растений, животных и т.д. со ссылкой на соответствующие номера рефератов. Этот указатель позволяет получить информацию о развитии работ в различных областях химии и химической технологии.
г) Formula Index (формульный указатель). Составлен по системе Хилла. Имеются сводные формульные указатели с 1920-1946 гг., 1947-1956 гг. и далее за каждые пять лет.
Рефераты оформлены следующим образом: сначала идет заглавие статьи, затем авторы (причем инициалы или имена располагаются впереди фамилии), а затем сокращенное название журнала, том, страница начала и конца статьи, год (в скобках), затем текст реферата.
В конце разделов помещается список новых монографий, брошюр, диссертаций, справочников и т.д., для которых дается полное библиографическое описание: фамилии авторов, заглавие (по оригиналу), место издания, издательство, объем, цена.
Журнал «Chemical Abstracts» охватывает самые разные области науки и техники, поэтому им можно пользоваться для наведения справок из смежных областей знаний.
При необходимости просмотрите справочник Бейльштейна (Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie). Этот обширный многотомный справочник охватывает всю оригинальную литературу по органической химии.
Каждый том справочника Бейльштейна имеет свой собственный указатель. Кроме того, существуют общие предметный и формульный указатели ко всем томам. В формульном указателе к основному изданию и первому дополнительному брутто-формулы соединений расположены в различных группах по возрастанию числа атомов углерода.
В новом указателе, относящемся и ко второму дополнительному изданию, использована система Хилла, согласно которой соединения также располагаются по возрастанию числа атомов углерода, а расположение других элементов подчиняется алфавитному порядку.
Описание каждого соединения построено по общему плану:
1. название соединения (по различным номенклатурам) и формула;
2. нахождение в природе, образование соединения в различных случаях (В. – Bildung) и получение (Darst. – Darstellung);
3. физические свойства;
4. физиологические свойства;
5. химические свойства;
6. аналитические данные;
7. производные – сначала продукты присоединения (молекулярные соединения, соли), далее продукты замены водородов в функциональных группах, а затем в радикале.
Все данные о строении, методах получения и свойствах органических соединений сопровождаются ссылкой на первичные источники информации. Ссылка заключена в скобках и в ней указываются фамилия автора (авторов) работы, сокращенное название журнала, том и страница, которые приводятся полностью только один раз.
Возможны три метода поиска соединения в «Бейльштейне». Простейший метод состоит в использовании формульного указателя. В нем соединения перечислены в порядке возрастающей сложности их молекулярных (эмпирических) формул. Структурные изомеры отличаются по их названиям.
Второй метод поиска ведут по алфавитному перечню названий. Этот метод поиска, возможно, наименее удовлетворителен, т.к. требует знаний немецкой литературы.
Третий метод поиска соединения в «Бейльштейне» требует хорошего знания структуры этого справочника. Краткое описание структуры приводится ниже. Главными являются следующие четыре раздела:
Алициклические соединения – тома 1-9.
Изоциклические соединения – тома 10-16.
Гетероциклические соединения – тома 17-28.
Углеводы, каротиноиды, углеводородные полимеры – тома 30-31.
Указатели приведены в томах 28 и 29. Внутри каждого из двух первых больших разделов соединения помещены в следующем порядке основных классов соединений:
1. Углеводороды 7. Соединения селена
2. Оксисоединения 8. Амины
3. Карбонильные (оксо) соединения 9. Гидроксиламины
10. Гидразины
4. Карбоновые кислоты 11. Азосоединения
5. Сульфиновые кислоты 12. Другие, сравнительно
6. Сульфоновые кислоты редкие группы.
5. В случае необходимости можно воспользоваться и справочными сведениями, взятыми из Internet’ а по адресам, приведенным в приложении 3.
По найденным в справочной литературе ссылкам по синтезу и свойствам заданного соединения просматривается оригинальная литература (монография, журнальные статьи, книги по синтезам органических соединений и т.д.). Из этой литературы выписывают методы синтеза заданного соединения или его свойства. Следует найти 3-4 оригинальных методики синтеза, затем обсудить их с преподавателем и выбрать наиболее оптимальные с учетом наличия исходных соединений, простоты выполнения эксперимента и безопасности процесса.
Вторая часть курсовой работы включает написание литературного обзора по теме, определенной преподавателем. Тема литературного обзора должна отражать способы синтеза и свойства того класса соединений, к которому относится синтезируемое соединение. Литературный обзор может быть посвящен тому типу реакций, по которому синтезируется заданное соединение. Литература может быть рекомендована преподавателем или самостоятельно найдена студентом. При подборе литературы можно использовать учебники и монографии (приложение 4), а также обзорные статьи, где имеются ссылки на литературу, которую также необходимо просмотреть и выбрать нужный материал. К числу наиболее важных журналов, публикующих обзорные статьи, относятся:
1. Успехи химии (Усп.хим.);
https://rcr.ioc.ac.ru/ukh.html
2. Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева (ЖВХО);
3. Chemical Reviews (Chem.Revs.);
4. Chemical Society Reviews (Chem.Soc.Revs.)
https://www.rsc.org/is/journals/current/chsocrev/cscon.htm
Для написания литературного обзора можно использовать уникальное справочное многотомное издание «Общая органическая химия», под общ.ред. Д. Бартона и У.Д. Оллиса, в 12-ти томах. - Пер.с англ./Под ред. Н.К. Кочеткова. – М.: Химия, 1981. Эта фундаментальная энциклопедия по органической химии охватывает все ее разделы. В ней представлены как аспекты теоретической химии, так и синтетической химии. Даются также сведения о прикладных проблемах.
Третья часть курсовой работы – выполнение синтеза органического соединения по выбранной методике. К выполнению синтеза студент может приступить только после овладения основными приемами работы с органическими веществами, т.е. после выполнения ряда одностадийных учебных синтезов. Итогом этой части работы является сдача преподавателю синтезированных соединений после их очистки и определения выхода и температуры плавления (если вещество кристаллическое) или показателя преломления (если вещество представляет собой жидкость). По возможности структура синтезированного вещества подтверждается спектральными методами, в частности, ИК спектроскопией. Для определения чистоты полученного вещества используют метод тонкослойной хроматографии (ТСХ).
Пример
Тема курсовой работы «Синтез 2-метилфурана»
1. Студент осуществляет поиск данных по свойствам, применению и методам синтеза данного соединения. Из найденных способов синтеза выбран метод, заключающийся в восстановлении фурфурола гидразингидратом в этиленгликоле в присутствии твердого гидроксида натрия по схеме:
2. Тема литературного обзора: «Синтез и свойства производных фурана»
Литературный поиск проводится по химическим свойствам фурана, по синтезу 2-замещенных фурана и их применению. В частности, следует уделить внимание синтезу и свойствам 2-метилфурана, выделив этот материал в отдельную главу (параграф).
3. После выбора метода синтеза студент приступает к выполнению экспериментальной работы.
Получив требуемое вещество, студент подвергает его очистке. В данном случае 2-метилфуран очищают перегонкой над натрием, собирая фракцию с Т. кип. 63 – 68.5°С; определяют показатель преломления nD20, сравнивают с литературными данными (по лит. данным для 2-метилфурана nD20=1.4545).