SZERVES KÉMIA biomérnököknek B.Sc. képzés, kód: BMEVESZA204 Tantárgy követelményei 2017/2018 tanév II. félév

Átírás

1 SZERVES KÉMIA biomérnököknek B.Sc. képzés, kód: BMEVESZA204 Tantárgy követelményei 2017/2018 tanév II. félév A tárgy heti előadásból és 2 óra tantermi gyakorlatból áll. A tárgy szóbeli vizsgával zárul. A vizsgára bocsáthatóság feltétele, hogy a tantermi gyakorlatokon írt 2 zárthelyi (2 60 = 120 pont) összesített eredménye legalább 55 pont legyen. A zárthelyik időpontja: 1 témakör március 26. (hétfő, ) 2. témakör május 7. (hétfő, ) 1. pót zh mindkét témakörből május 14. (hétfő, ) 2. pót zh mindkét témakörből május 24. (csütörtök, ChC14, 8 15 ) A pót zh megírásakor egy témakör választható a kettőből. A pót zh beadása esetén annak eredményével helyettesítjük az abból a témakörből előzőleg megírt zh eredményét. A második pót zh megírásakor egy-egy vagy mindkét témakör választható a kettőből. A második pót zh beadása esetén annak eredményével helyettesítjük az abból a témakörből előzőleg megírt zh (vagy pót zh) eredményét. Nem teljesítheti a tárgyat, és így pót zh-t sem írhat az a hallgató, aki egyik félévközi zh-t sem írta meg. Eredményes vizsga esetén a tárggyal 6 kreditpont szerezhető. A félév csak aláírással zárul, ha a hallgató a zárthelyiken megszerezte az 55, vagy annál nagyobb pontszámot, de sikeres vizsgát nem tett. A vizsgán két tételből tételenként legalább elégséges eredményt kell elérni. A tárgy ismételt felvétele esetén az aláírás megszerzése után 5 félévig a Tanszék a már teljesített előkövetelményt elfogadja. A tárgy felvételekor az előkövetelményt a fentiek szerint már teljesítő hallgatóknak a számukra kijelölt vizsgakurzust kell felvenniük. Budapest, február 1. Dr. Nagy József egyetemi docens

2 Szerves Kémia biomérnököknek előadás Tantermi gyakorlat Óravázlat Előadó: Dr. Nagy József, Dr. Hornyánszky Gábor 14 x, csütörtök K.I.34. Gyakorlatvezetők: Dr. Hornyánszky Gábor, Dr. Keglevich Péter és Bell Evelin, 13 x 2 óra, hétfő (Ch.301, Ch.304, Ch.307) I. Témakör: Szerves kémiai alapismeretek, szénhidrogének szerkezete és kémiája 1. Február 5. Szerves vegyületek csoportosítása, nevezéktan I. 2 óra 1. Február 8. (NJ) Térszerkezet, sztereokémia Szénvegyületek térszerkezete. Konstitúciós, geometriai- és sztereoizoméria. Az enantiomerek és diasztereomerek. A kiralitás, szimmetriaelemek és a CIPrendszer. 2. Február 12. Szerves vegyületek csoportosítása, nevezéktan II. 2 óra 2. Február 15. (NJ) Molekulaszerkezet. A kovalens kötés elmélete, a kémiai kötés értelmezése. Atompályák, molekulapályák, hibridizáció, nem lokalizált kötések. A metán, etén és etin szerkezete. 3. Február 19. Sztereokémia. 2 óra 3. Február 22. (NJ) Szénvegyületek konformációja. A paraffinok fizikai tulajdonságai. Reakcióelméleti alapok: redox reakciók elmélete A nyíltláncú (etán, bután) és gyűrűs (ciklopentán, ciklohexán) szénhidrogének konformációja. Akirális vegyületek, akirális és királis konformerek. A paraffinok és cikloparaffinok fizikai tulajdonságai. Az oxidációs szám értelmezése. A SETmechanizmus. A szén hidrogén és szén szén egyszeres kötés létrehozásának módszerei. 4. Február 26. Redox reakciók. Würtz- és Grignard reakciók. 2 óra 4. Március 1. (NJ) Reakcióelmélet:, a gyökös reakciók elmélete. A paraffinok kémiája. Reakciók energiaprofilja: átmeneti állapot és aktiválási paraméterek, reakciósebesség, egyensúlyok, intermedierek. Egy és több lépéses reakciók. Termodinamikai- és kinetikai kontroll fogalma. Gyökös láncreakciók. A paraffinok és cikloparaffinok gyökös- és oxidációs reakciói. 5. Március 5. Szénhidrogének gyökös reakciói. 2 óra

3 5. Március 8. (NJ) Reakcióelmélet: az ionos reakciók elmélete. Nyíltláncú telítetlen vegyületek addíciós reakciói A szerves reakciók típusai: szubsztitúciós-, addíciós-, eliminációs- és átrendeződéses reakciók. Inverzió, retenció és racemizáció, sztereoszelektivitás. Az elektrofilitás és nukleofilitás fogalma, HSAB-FMO-elmélet. Nyíltláncú telítetlen vegyületek elektrofil addíciós reakciói. Regio- és sztereoszelektivitás. 6. Március 12. Olefin-származékok reakciói. 2 óra 6. Március 15. Szünet 7. Március 19. Acetilén-származékok reakciói. 2 óra 7. Március 22. (NJ) Nyíltláncú telítetlen vegyületek egyéb reakciói. Sav-báziselméletek. Nyíltláncú telítetlen vegyületek cikloaddíciós és fémkomplex-katalizált reakciói. Polimerizáció. Nyíltláncú telítetlen vegyületek gyökös addíciós és szubsztitúciós reakciói. Sav-bázis egyensúlyok. Brønsted- és Lewis-elmélet. Acetilénszármazékok konjugált bázisának szubsztitúciós és addíciós reakciói. 8. Március 26. ZH (I. Témakör 1-6 Ea, 60 pont) 2 óra 8. Március 29. (HG) Aromás vegyületek szerkezete és reaktivitása. Az aromás elektrofil szubsztitúció. A benzol szerkezete. Aromás jelleg és aromaticitás. Monociklusos és kondenzált policiklusos aromás vegyületek és a bifenil szerkezete. Atropizoméria. Az aromás elektrofil szubsztitúció mechanizmusa és irányítási szabályai. Halogénezés, nitrálás, szulfonálás, Friedel-Crafts-alkilezés és -acilezés. A naftalin reakciói. II. Témakör: A szén-heteroatom kötést tartalmazó vegyületek 9. Április 9. Aromás vegyületek reakciói. 2 óra 9. Április 12. (HG) A szubsztitúció és elimináció elmélete. Az aromás nukleofil szubsztitúció. Nukleofil szubsztitúciós (S N 1 és S N 2) és eliminációs (E 1, E 2 és E 1 cb) reakciók mechanizmusa, regio- és sztereokémiája. Az ambidens nukleofilek. A reakciókat befolyásoló tényezők, katalízis és szolvatáció. 10. Április 16. Nukleofil szubsztitúciós és eliminációs reakciók. 2 óra 10. Április 19. (HG) A szén-heteroatom egyszeres kötést tartalmazó vegyületek kémiája. Halogénvegyületek, alkoholok, fenolok, tiolok, éterek, szulfidok és aminok fizikai, kémiai tulajdonságai. Halogénvegyületek, alkoholok, fenolok, tiolok, éterek, szulfidok és aminok reakciói. Éterek komplexképző tulajdonságai. Április 21. szombat: Alkoholok, fenolok, tiolok, éterek, szulfidok és aminok reakciói. 2 óra

4 11. Április 23. (HG) Karbonil-csoportot tartalmazó vegyületek reaktivitása. I 2 óra Alkoholok és oxovegyületek oxidációs reakciói. Oxovegyületek és savszármazékok redukciós reakciói. A karbonilcsoport szerkezete. A nukleofil addíciós és addíciós-eliminációs reakciók. A Grignard- és rokon reakciók. A gyűrű lánc tautoméria. (Teremfoglalás!) 11. Április 26. Az oxovegyületek redox reakciói, a Grignard-reakciók típusai. Oxovegyületek nukleofil addíciós és addíciós-eliminációs reakciói. (Teremfoglalás!) 12. Április 30. Szünet 12. Május 3. (HG) Karbonil-csoportot tartalmazó vegyületek reaktivitása. II Savak és savszármazékok, szénsavszármazékok reakciókészségének összehasonlítása. A Cannizzaro reakció. Az α,β-telítetlen oxo-vegyületek és savszármazékok reakciói. Az oxo enol tautoméria. Az oxo és enol tautomerek reaktivitásának összehasonlítása. Az oxo-vegyületek és savszármazékok konjugált bázisának (α-szénatomon lejátszódó) reakciói. A dioxo- és rokon-vegyületek kémiája. 13. Május 7. ZH (II. Témakör 7-11 Ea, 60 pont) 2 óra 13. Május 10. (HG) A tanult vegyületcsaládok összefoglalása. Heterociklusos vegyületek kémiája. A malonészter és acetecetészter-szintézisek szintetikus és biokémiai felhasználása. Az umpolung fogalma, reakciók. Aminok, alkoholok, fenolok, karbonsavak és α- helyettesített savak sav-bázis tulajdonságai. A furán, pirrol és tiofén, az azolok, a piridin és a diazinok, valamint származékaik szerkezete, aromaticitása és kémiai tulajdonságai. III. Témakör: Speciális fejezetek 14. Május 14. Pót-ZH (I. vagy II. Témakör, 60 pont) 2 óra 14. Május 17. (NJ) Sztereokémia. Sztereokémia: a D/L-rendszer, borkősav sztereoizomer formái. Relatív és abszolút konfiguráció: D-(+)-glicerinaldehid és D-( )-tejsav konfigurációjának összerendelése, a rezolválás és az aszimmetrikus szintézis alapelvei. Tantárggyal kapcsolatos alapvető (el nem felejtendő) ismeretek: SZERVES VEGYÜLETEK SZERKEZETE A szénvegyületekben előforduló kötéstípusok, kovalens kötés, és -kötés, konjugált - rendszerek, aromás rendszerek, delokalizált kationok, anionok, gyökök. Mezomer határszerkezet, induktív és mezomer elektroneltolódások, hiperkonjugáció. Izoméria: konstitúciós, és sztereoizoméria, konformáció, konfiguráció, enantiomerek, diasztereomerek, CIP-konvenció (R/S), geometriai izoméria (E/Z).

5 SZERVES VEGYÜLETEK REAKCIÓI Szubsztrát, reagens, termék, szubsztitúció, addíció, elimináció, átrendeződés, köztitermék, átmeneti állapot. Entalpia (H), entrópia (S), szabad entalpia (G), energiagát, reakciósebesség és függése a koncentrációktól, reakciósebességi állandó, egyensúlyi állandó és összefüggése a reakciósebességi állandókkal, kinetikus és termodinamikus kontroll. Gyökös-, ionos-, és redox-reakciók, oxidációs szám és számítása, HOMO és LUMO pályák, nukleofilitás és elektrofilitás, sav-bázis elméletek, Brønsted és Lewis savak és bázisok, HSAB elmélet, ambidens nukleofilek. SZÉNHIDROGÉNEK Telített és telítetlen nyíltláncú és gyűrűs szénhidrogének, aromás vegyületek. Markovnyikov-szabály, Hammond-elv. Orto-, meta-, és para-irányítás. metán, etán, propán, bután, pentán, ciklopropán, ciklobután, ciklopentán, ciklohexán etén, propén, butadién, izoprén, acetilén, polietilén, polipropilén, PVC, polisztirol benzol, toluol, xilolok, naftalin, antracén, fenantrén Paraffinok és cikloparaffinok gyökös reakciói (klórozás, nitrálás, szulfonálás, oxidáció). Olefinek, diolefinek és acetilénszármazékok addíciós reakciói, polimerizáció. Olefinek allil- és aromás-vegyületek benzil-helyzetű gyökös reakciói. Aromás vegyületek ArSE reakciói (pl.: halogénezés, nitrálás, szulfonálás, acilezés) HALOGÉNEZETT SZÉNHIDROGÉNEK Inverzió, retenció, racemizáció. Zajcev- és Hofmann-elimináció. diklórmetán, kloroform, szén-tetraklorid, klórbenzol, vinil-klorid, terc-butil-klorid Nukleofil szubsztitúciók és eliminációk (SN1, SN2, E1, E2, E1cB mechanizmusok). Reakciók fémekkel (Würtz-, Grignard-reakció és alkil-lítium képzés). ALKOHOLOK, FENOLOK ÉS ÉTEREK Alkoholok és fenolok saverőssége. Éterek komplex-képzése (koronaéterek). metanol, etanol, propanol, butanol, terc-butil-alkohol, ciklohexanol, etilénglikol, glicerin fenol dietil-éter, metil-vinil-éter, anizol, tetrahidrofurán, dioxán, etilén-oxid, polietilénglikol Alkoholát- és fenolát-képzés, alkilezés és arilezés. Alkoholok oxidációja (Savak, ketonok, aldehidek előállítása alkoholok oxidációjával). Alkoholok reakciói savakkal és savszármazékokkal. AMINOK Aminok báziserőssége. metil-, dimetil-, trimetil-amin, tetrametilammónium-hidroxid, anilin, N.N-dimetilanilin Aminok nukleofil reaktivitása (aminok alkilezése, acilezése, aminok addíciós-eliminációs reakciói oxovegyületekkel és savszármazékokkal).

6 OXOVEGYÜLETEK Karbonil-csoport, aldehidek, ketonok. Oxo-enol és gyűrű-lánc tautoméria. Oxovegyületek α-helyzetű CH-csoportjának savassága. formaldehid, acetaldehid, benzaldehid, aceton, etil-metil-keton, acetilaceton Oxovegyületek oxidációs és redukciós reakciói. Oxovegyületek redox reakciói (pl. Fehling-reakció, Zn/AcOH redukció, Clemmensen-redukció, Cannizzaro-reakció, aciloin-reakció). Oxovegyületek addíciós reakciói N-, O- és C-nukleofilekkel, és AdN + E reakciók. Az enol-alak és az enolát-ion reaktivitása. KARBONSAVAK, KARBONSAVSZÁRMAZÉKOK ÉS SZÉNSAVSZÁRMAZÉKOK Savkloridok, savanhidridek, észterek, savamidok, savnitrilek, ortoészterek, imidsav-észterek, uretánok. Karbonsavak saverőssége. Acilezőképességi sorrend, és függése az elektron-eltolódásoktól. hangyasav, ecetsav, benzoesav, ftálsav, akrilsav, fahéjsav, malonsav, borostyánkősav, adipinsav, maleinsav, fumársav acetil-klorid, benzoil-klorid, foszgén, etil-karbonokloridát, benzil-karbonokloridát ecetsav-anhidrid, ftálsav-anhidrid, borostyánkősav-anhidrid, maleinsav-anhidrid etil-acetát, butil-acetát, dietil-malonát, dietil-karbonát, etil-acetoacetát formamid, dimetilformamid, benzamid, ftálimid, szukcinimid, karbamid, karbamidsav acetonitril, benzonitril, malononitril, cianoecetsav Karbonsavszármazékok acilezési reakciói (AAc1, AAc2, BAc2 mechanizmusok). Savszármazékok enol-alakján, illetve enolát-anionján végbemenő reakciók (halogénezés, alkilezés, Claisen-kondenzáció, malonészter- és acetecetészter-szintézisek). Szénsavszármazékok acilezési és nukleofil-addíciós reaktivitása. SZTEREOKÉMIA Az Emil Fischer féle D/L konvenció. Mezovegyületek. Abszolút és relatív konfiguráció. Rezolválás. Sztereoszelektív és sztereospecifikus reakciók. HETEROCIKLUSOK A furán, pirrol és tiofén szerkezete, reaktivitása. A pirazol, tiazol és imidazol szerkezete, reaktivitása. A pirán, piridin és a pirimidin szerkezete, reaktivitása.