Program wykładu Chemia Organiczna I

Program wykładu Chemia Organiczna I
Semestr III - 2013/2014 r.
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. Aromatyczne, heterocykliczne układy pięcio- i sześcioczłonowe. Opis struktury pirolu,
tiofenu, furanu i pirydyny za pomocą orbitali molekularnych. Reakcja S E pirolu, tiofenu,
furanu i pirydyny.
9. 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.
10. 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.
11. 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 alkoholi i fenoli 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 za pomocą
jodanu(VII) i tetraoctanu ołowiu, mechanizm reakcji. Otrzymywanie polioli.
Przegrupowanie pinakolinowe. Tiole; różnica między tiolami i alkoholami.
12. 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: utlenianie nadkwasami, z halogenohydryn. Rozszczepianie oksiranów
katalizowane przez kwasy i zasad, mechanizmy reakcji. Stereochemia i regioselektywność
otwarcia pierścienia oksiranowego. Różnice między eterami i sulfidami.
13. 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 soli diazoniowych:
redukcja, reakcje sprzęgania. Barwniki azowe. Reakcje wymiany grupy diazoniowej,
reakcja Sendmeyera. Alifatyczne związki diazowe. Diazometan - struktury rezonansowe.
Reakcje diazometanu z aldehydami lub ketonami, z chlorkami kwasowymi. Syntezy amin.
Redukcja związków zawierających azot (nitrozwiązków, nitryli, amidów, azydków,
oksymów). Aminowanie redukcyjne. Degradacja Hofmanna (mechanizm reakcji).
Przegrupowanie Curtiusa. Synteza Gabriela.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. Aminokwasy, peptydy i białka. Nazewnictwo aminokwasów i właściwości kwasowo
zasadowe. Otrzymywanie aminokwasów. Reakcje aminokwasów (grupy aminowej i
karboksylowej). Nazewnictwo peptydów. Wiązanie peptydowe. Degradacja Edmana.
Synteza peptydów. Ochrona grupy aminowej chloromrówczanem benzylu. Aktywacja
grupy karbonylowej - estry aktywne.
18. Sacharydy. Nazewnictwo, mono- oligo- i polisacharydy. Ketozy i aldozy. Szereg D i L
monosacharydów. Cyklizacja monosacharydów, pierścień piranozowy i furanozowy.
Anomery. Mutarotacja. Glikozydy. Utlenianie i redukcja monosacharydów. Reakcje
monosacharydów z fenylohydrazyną. Disacharydy. Maltoza, cellobioza, laktoza, sacharoza.
Lipidy. Tłuszcze, mydła i detergenty. Steroidy. Terpeny. Feromony.
Podręczniki:
John McMurry, Chemia Organiczna, część l i 2, PWN, Warszawa 2000.
John McMurry, Chemia Organiczna część 1-5, PWN, Warszawa 2012 (i poprzednie wydania).
Robert T. Morrison i Robert N. Boyd, Chemia Organiczna, tom 1 i 2, PWN, Warszawa 2013.
Przemysław Mastalerz, Chemia Organiczna, PWN Warszawa l986.
Przemysław Mastalerz, Podręcznik Chemii Organicznej, Wydawnictwo Chemiczne, Wrocław
1997.
Przemysław Mastalerz, Chemia Organiczna, Wydawnictwo Chemiczne, Wrocław 2000.
Niniejszy program dostępny jest na stronie internetowej
Zakładu Dydaktycznego Chemii Organicznej