ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік материалдары

Привести примеры насыщенных и ненасыщенных, алифатических, ароматических альдегидов и кетонов. Указать типы изомерии.

Разобрать правила номенклатуры альдегидов и кетонов.

Более подробно следует остановиться на строении карбонильной группы и ее реакционной способности. Для этого показать распределение электронной плотности внутри молекулы:

указать на сильную поляризованность связи С=О. Привести к выводу, что наличие кратной связи между атомами С и О, а также наличие значительного положительного заряда на атоме углерода обуславливают склонность карбонильных соединений к реакциям нуклеофильного присоединения. При этом электронодонорные заместители, связанные с атомом С карбонильной группы, уменьшают σ+ и тем самым снижают активность в реакциях данного типа, а электроноакцепторные – повышают. С этой точки зрения объяснить более высокую активность альдегидов по сравнению с кетонами.

Отметить электроноакцепторное влияние карбонильной группы на связанные с ней углеводородные радикалы и вытекающую из этого способность к реакциям с участием соседних с карбонильной группой атомов углерода.

Рассмотреть реакции гидрирования, реакции нуклеофильного присоединения к альдегидам и кетонам синильной кислоты, гидросульфита натрия, реактивов Гриньяра, спиртов. Привести механизмы данных реакций.

Отметить, что присоединение гидросульфита натрия используется для выделения и очистки альдегидов и кетонов, а также для их качественного определения.

Для реакции присоединения спиртов привести механизмы кислотного и основного катализа. Отметить, что в противоположность образованию полуацеталей образование ацеталей катализируется только кислотами.

Рассмотреть реакции конденсации с азотистыми основаниями. При этом отметить, что в роли азотистых оснований могут выступать как неорганические соединения: аммиак Н–NH2 (образуются имины), гидразин H2N–NH2 (образуются гидразоны), гидроксиламин H2N–OH (образуются оксимы), так и органические R–NH2 (образуются имины). Привести уравнения соответствующих реакций.

Далее следует остановиться на альдольно-кротоновой конденсации. Указав на подвижность α-водородных атомов альдегидов и кетонов, привести механизмы конденсации при участии в качестве катализаторов основания и кислоты.

Привести примеры реакции полимеризации альдегидов. Отметить возможность образования как линейных, так и циклических полимеров.

Рассмотреть реакцию замещения α-водородных атомов в алкильном радикале на галоген.

Указать отличия альдегидов и кетонов по отношению к действию окислителей. Так, альдегиды легко окисляются не только при действии окислителей, но и просто при хранении под влиянием кислорода воздуха. Кетоны же окисляются гораздо труднее альдегидов. Под влиянием сильных окислителей реакция идет с разрывом С–С связей соседних с карбонильной групп. Привести реакции окисления альдегидов комплексными соединениями меди и серебра. При этом отметить, что реакция серебряного зеркала является качественной на альдегидную карбонильную группу.

Охарактеризовать способы получения альдегидов и кетонов.

Строением карбоксильной группы и, в частности, поляризацией связи О–Н обусловлены кислотные свойства карбоновых кислот. Привести схему диссоциации кислоты. Следует отметить, что на легкость отщепления протона, т.е. на проявление кислотных свойств, существенное влияние оказывает природа углеводородного радикала, связанного с карбоксильной группой. Так, например, алкильные радикалы, обладающие электронодонорными свойствами, уменьшают силу кислот, и в гомологическом ряду предельных одноосновных карбоновых кислот наиболее сильной является муравьиная кислота. Сила кислот увеличивается, если углеводородный радикал содержит электроноакцепторные заместители, например, галогены. Сама карбоксильная группа оказывает заметное влияние на связанный с ней углеводородный радикал. Так, в случае предельных кислот это выражается в активировании π-положения, а в случае ароматических кислот карбоксильная группа приводит к дезактивации бензольного кольца.

Далее необходимо рассмотреть физические свойства кислот и влияние строения карбоксильной группы на их проявление. Так, хорошая растворимость в воде низших кислот обусловлена образованием водородной связи между молекулами кислоты и воды. Необходимо также отметить, что карбоновые кислоты за счет ассоциации молекул существуют в виде циклических димеров. Такая ассоциация возможна за счет прочных водородных связей, и она определяет высокие температуры плавления и кипения кислот.

Для карбоновых кислот характерны реакции:

замещения атома Н гидроксильной группы;

замещения гидроксила. Реакции по карбонильному атому С;

реакции по α-углеродному атому;

декарбоксилирование.

Привести уравнения реакций замещения атома водорода на металл при взаимодействии с металлами, основными оксидами, основаниями, солями.

Подробнее следует остановиться на реакциях замещения гидроксила, поскольку они приводят к образованию различных производных карбоновых кислот. Рассмотреть реакции: замещения гидроксила на галоген при действии галогенидов фосфора с образованием галогенангидридов; замещения –ОН группы на NH2-группу при нагревании сухих аммонийных солей с образованием амидов; межмолекулярной дегидратации с образованием ангидридов кислот; этерификации - образования сложных эфиров. Особое внимание уделить механизму реакции этерификации.

В качестве примера реакций замещения при α-углеродном атоме привести реакцию галогенирования (бромирования или хлорирования), в ходе которой образуются α-галогенкарбоновые кислоты.

Рассмотреть реакции декарбоксилирования. Отметить, что легкость отщепления СО₂ зависит от природы кислоты. Так, некоторые кислоты декарбоксилируются при нагревании, для других необходимо сплавление их натриевых солей со щелочью. Кроме того, используется электролиз натриевых или калиевых солей карбоновых кислот (электролиз по Кольбе).

Познакомить студентов с дикарбоновыми кислотами и ненасыщенными карбоновыми кислотами, гидроксикарбоновыми кислотами. Рассмотреть особенности номенклатуры, строения, физических и химических свойств на примерах отдельных представителей. Сравнить реакционную способность с предельными одноосновными карбоновыми кислотами.

Охарактеризовать способы получения карбоновых кислот.

Рассмотреть области практического применения основных представителей карбоновых кислот.

Вопросы для самоконтроля:

1. 
   Какие формы обучения более предпочтительны при рассмотрении раздела «Кислородсодержащие соединения»?
   
2. 
   Как классифицируются карбоновые кислоты?
   
3. 
   Каковы особенности декарбоксилирования?
   

1. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.1. 727с.

2. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.2. 582с.

3. В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин, Н.А. Тюкавкина. Органическая химия. – М.: Дрофа, 2009. –Кн.2: 592 с.

4. Робертс Дж., Кассерио. Основы органической химии. В 2 т. – М.: Мир, 1978.

5. Терней А. современная органическая химия. В 2 т. –М.: Мир, 1981.

План лекции:

1. 
   Методические особенности преподавания темы «Моносахариды»
   
2. 
   Методические особенности преподавания темы «Дисахариды»
   
3. 
   Методические особенности преподавания темы «Полисахариды»
   

Далее следует рассмотреть моносахариды. Привести формулы глюкозы и фруктозы. Сравнить их состав, строение. Указать структуры цепных и циклических (полуацетальных) форм глюкозы и фруктозы. Привести схемы их циклизации, предварительно напомнив механизм реакции взаимодействия альдегида со спиртом. Отметить, что циклическая форма глюкозы образуется при переходе атома водорода гидроксильной группы, связанной с пятым (С₅) или четвертым (С₄) углеродным атомом, а циклическая форма фруктозы – с шестым (С₆) или пятым (С₅) атомом углерода.

Следует отметить, что при формировании циклической формы углеводов появляется гидроксильная группа, не существовавшая ранее. Эту гидроксильную группу называют полуацеталъным или гликозидным гидроксилом. Пятичленные циклические формы моноз называют фуранозными, а шестичленные циклические формы – пиранозными. Для изображения изомеров моноз в цепной форме используют проекционные формулы Э. Фишера: циклическую форму моносахаридов удобнее изображать в виде «перспективных» формул Хеуорса.

Показать, что циклические формы глюкозы различаются взаимным расположением гликозидного гидроксила относительно цикла. Дать определение α- и β-формам (аномерам).

Более подробно следует остановиться на оптической изомерии моноз. Показать, что молекула моносахарида содержит несколько асимметрических томов углерода. Число возможных оптических изомеров соответствует N=2n, где n – число асимметрических томов углерода. Отметить, что циклическая форма углевода увеличивает число стереоизомеров в 2 раза, т.к. в циклической форме появляется еще один асимметрический атом углерода, входивший ранее в состав карбонильной группы. Обратить внимание на то, что отнесение оптически активного вещества к D- или L-ряду не связано с направлением вращения, а определяется положением гидроксильной группы у одного из асимметрических атомов углерода.

Для моноз в циклической форме возможна конформационная изомерия, связанная с расположением в пространстве атомов углерода шестичленного цикла.

Описать физические свойства моносахаридов.

Охарактеризовать реакционную способность моноз. Моносахариды проявляют свойства спиртов, карбонильных соединений, циклических полуацеталей. Привести реакции, протекающие по карбонильной группе (восстановления, присоединения синильной кислоты, окисления). Отметить, что восстанавливаются монозы до сахарных спиртов, а в случае присоединения синильной кислоты образуются полиоксинитрилы. Особое внимание уделить реакциям окисления. Так, для моносахаридов характерны реакции «серебряного зеркала», т.е. моносахариды являются восстанавливающими сахарами.

Привести реакции, протекающие по гидроксильным группам (алкилирования, ацилирования, образования алкоголятов). Обратить внимание на то, что при алкилировании йодистым метилом замещение атомов водорода на метил происходит во всех гидроксильных группах, а при алкилировании метанолом простой эфир образуется только за счет гликозидного гидраксила.

Следует рассмотреть и специфическое свойство моносахаридов – брожение, под которым понимают разложение моносахаридов под действием ферментов микроорганизмов. Привести реакции спиртового, молочнокислого, маслянокислого, лимоннокислого брожения.

При рассмотрении химических свойств необходимо отметить: реакционную способность невосстанавливающих дисахаридов определяют гидроксильные группы, а восстанавливающих – альдегидная или кетонная группа и гидроксильные группы. При взаимодействии с растворами минеральных кислот, при действии ферментов дисахариды легко гидролизуются с образованием моносахаридов.

Привести примеры наиболее распространенных дисахаридов (сахароза, лактоза, мальтоза, целлобиоза). Отметить особенности их строения и реакционной способности.

3. При изучении полисахаридов рассмотреть состав, строение и свойства крахмала и целлюлозы.

Крахмал представляет собой смесь полисахаридов двух типов: растворимой в воде амилозы (20–30 %) и нерастворимого амилопектина (70–80 %). Молекулы амилозы имеют линейное строение, а молекулы амилопектина разветвлены. Следует отметить, что остатки α-D-глюкозы в их молекулах связанны гликозид-гликозными связями.

Крахмал является невосстанавливающим углеводом. Крахмал легко гидролизуется при нагревании в присутствии минеральных кислот или при действии фермента амилазы. Образующиеся при этом промежуточные продукты имеют различную длину цепей (декстрины). Конечным продуктом гидролиза является α-D-глюкоза.

Целлюлоза представляет собой полисахарид, состоящий из остатков β-D-глюкозы. В отличие от крахмала, макромолекулярные цепи целлюлозы имеют только линейное строение. Целлюлоза труднее подвергается гидролизу. Она хорошо растворяется в концентрированном растворе хлорида цинка и в аммиачном растворе гидроксида меди, растворе щелочи. Целлюлоза способна образовывать простые и сложные эфиры.

Описать процесс образования вискозного и ацетатного волокна.

Вопросы для самоконтроля:

1. 
   Что является продуктом гидролиза крахмала?
   
2. 
   Как классифицируются дисахариды?
   
3. 
   Где находят практическое применение полисахариды?
   

1. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.1. 727с.

2. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.2. 582с.

3. В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин, Н.А. Тюкавкина. Органическая химия. – М.: Дрофа, 2009. –Кн.2: 592 с.

4. Робертс Дж., Кассерио. Основы органической химии. В 2 т. – М.: Мир, 1978.

5. Терней А. современная органическая химия. В 2 т. –М.: Мир, 1981.

План лекции:

1. 
   Дидактика курса «Химия ВМС»
   
2. 
   Проблемное обучение в курсе «Химия ВМС»
   
3. 
   Методические аспекты преподавания курса «Химия ВМС»
   

Цель обучения напрямую связана с формированием у студентов особой умственной деятельности, направленной на выяснение условий и законов происхождения тех теоретических обобщений и понятий, которые являются специфическими для данной области знаний.

Категории «анализ», «синтез» и «оценка» характеризуют учебные результаты на более высоком интеллектуальном уровне, чем понимание и применение, поскольку требуют осознания учебного материала, его внутренней структуры. При решении творческих задач по курсу студенты должны осознанно предлагать решение творческой задачи. Для этого они должны уметь:

• сравнить возможности разных методов получения полимеров с заданными строением и свойствами;

• делать прогноз свойств и структуры полимера при получении его тем или иным способом или при химической модификации;

• предложить наиболее оптимальный вариант или единственно возможное решение и оценить его значение при решении творческой задачи.

Умение анализировать предполагает умение разбить учебный материал на составляющие так, чтобы проявилась его структура (вычленить части целого, всеобщего, выявить взаимосвязи между ними, понять принцип организации всеобщего, целого). Категория «синтез» обозначает умение комбинировать элементы, чтобы получить целое, обладающее новизной. Для решения творческой задачи необходимо, кроме того, уметь понимать ход собственных

индуктивно-дедуктивных рассуждений, ход умственной деятельности, чтобы

они были логичными и соответствовали заданной цели. Поэтому на каждом

этапе анализа и синтеза необходимо уметь оценивать значение тех или иных

исходных данных, полученных отношений, структуры, результатов. Только в

этом случае решение учебных и научных проблем и задач будет обладать строгой логичностью и понятностью, будет иметь научную значимость. Например, при изучении курса «Высокомолекулярные соединения» студенты должны уметь не только предложить способ получения полимера с заданными свойствами и строением, но и оценить значение этого способа и общей проблемы синтеза полимеров для практического целей, для решения общей проблемы получения новых полимерных материалов.