Szerves Kémia I. TKBE kr. Elıfeltétel: TKBE0101 Általános kémia. Elıadás: 2 óra/hét

Átírás

1 Szerves Kémia I. TKBE kr Elıfeltétel: TKBE0101 Általános kémia. Elıadás: 2 óra/hét Dr. Patonay Tamás egyetemi tanár E 405 Tel: tpatonay@puma.unideb.hu A 2010/11. tanév tavaszi félévében az elıadás Helye: K/2 elıadó Ideje: Csütörtök 8-10 óra Szeminárium: 1 óra/hét A tárgy alapozó tárgy, elıfeltétele az Általános kémia címő tárgy sikeres teljesítése. A tárgy heti kétórás elıadáson és az azt követı heti egyórás szemináriumon kerül ismertetésre. Az elıadás és a szeminárium egymástól el nem választható egységet alkot. A szemináriumokon a hallgatók a megelızı elıadások anyagát oktatói irányítással konkrét példákon dolgozzák fel. A kollokviumra való jelentkezés feltétele a szemináriumi munka eredményes végzése. a szemináriumi számonkérések minimumfeltételének (összesítésben 35%-os ZH átlag, maximum 3 igazolt hiányzás) teljesítése. Ennek hiányában a félév nem kerül aláírásra, vizsgára nem lehet jelentkezni. A szemináriumra való jelentkezés és részvétel azok számára is kötelezı, akik korábban már megszerezték az aláírást a tárgyból. Számonkérés: Az elsı ( A ) vizsga írásban történik, a vizsgaidıszak elsı napjaiban, egy 200 pontos dolgozat formájában. Az írásbeli vizsgán való részvétel kötelezı, azt elızetesen a Neptunban fel kell venni. Lehetıség van a 200 pontos dolgozat kiváltására két 100 pontos dolgozattal, melyek közül az elsı a félév közepén, a második pedig az említett 200 pontos dolgozattal azonos napon történik. A dolgozat(ok) eredménye adja az A vizsga jegyét. A sikeres vizsgához az elérhetı 200 pontból minimum 70 pontot kell teljesíteni. A további vizsgák szóban, kiadott tételsor alapján történnek. Tartalma: Szerves kémiai alapismeretek összefoglalása. Alkánok, alkének, alkinek, mono- és policiklusos, homo- és heteroaromás szénhidrogének, halogénszármazékok és fémorganikus vegyületek kötésrendszerének, nevezéktanának, elıállításának és reakcióinak tárgyalása.

2 Részletes tematika: 1. hét: A kovalens kötés elméleteinek ismétlı jellegő rövid összefoglalása. LCAO-MO elmélet alapjai, atom- és molekulapályák típusai. Bi- és policentrumos molekulapályák, delokalizáció. VB-módszer, határszerkezetek és felírásuk szabályai. Hibridizáció. Elektroneltolódási jelenségek, induktív és mezomer effektus, konjugáció és hiperkonjugáció. Másodlagos kötések, intermolekuláris kölcsönhatások, hidrogénkötés, dipol-dipol, dipol-indukált dipol és dipol-dipol kölcsönhatások. 2. hét: Funkciós csoportok ismertetése. A nomenklatúra alaprendszerei, szubsztitúciós és csoportfunkciós nomenklatúra alapvetı szabályai. (A nomenklatúra részletes tárgyalása a megfelelı elıadáshoz tartozó szemináriumokon történik) hét: Elemi reakciók. Átmeneti állapot és jellemzése, aktiválási szabadentalpia fogalma, kinetikai és termodinamikai paraméterek. Több lépéses reakciók (sorozatreakciók), intermedierek. Hammond-elv. Párhuzamos (versengı) reakciók. Termodinamikai és kinetikai kontroll. Reaktivitás és szelektivitás. Reagensek és reaktív intermedierek. Szerves kémiai reakciók osztályozása a támadó ágens és a reakciók típusa alapján. Sav-bázis tulajdonságok, Brönsted-, Lewis-féle sav-bázis elmélet alapjai és szerves kémiai vonatkozásai, hard és soft savak és bázisok. 5. hét: A sztereokémia alapjai: konstitúciós, konformációs és konfigurációs izomerek jellemzése. Kiralitás, királis molekulák típusai. Enantiomerek és diasztereomerek fogalma, kémiai és fizikai tulajdonságaik összehasonlítása. Abszolút és relatív konfiguráció. Optikai aktivitás. Szerves molekulák térszerkezetének ábrázolása. Királis vegyületek abszolút konfigurációjának megadása, Fischer- és Cahn-Ingold-Prelog-konvenció. 6. hét: Alkánok és cikloalkánok kötésrendszere, fizikai sajátságaik, konformációs viszonyaik. Alkánok kémiai tulajdonságai, gyökös szubsztitúció, láncreakció. Statisztikus termékarány, regioszelektív halogénezés és értelmezése a gyökstabilitások alapján az alkánok

3 halogénezésében. Alkánok szulfonálása, szulfoklórozása, nitrálása, oxidációja, az égés folyamata. Petrolkémiai alapfolyamatok (pirolízis, krakkolás, izomerizáció) és vegyipari jelentıségük. Elıfordulásuk és legfontosabb elıállításaik hét: Alkének, cikloalkének, di- és poliének szerkezete, kötésrendszere. Gátolt rotáció, E/Z izoméria. Alkének és cikloalkének fizikai és kémiai tulajdonságai. Elektrofil és gyökös addíciós reakciók és gyakorlati jelentıségük. Markovnyikov-szabály és értelmezése. Anti- Markovnyikov orientáció. Polimerizáció és típusai. Allil helyzető szubsztitúció, allil-típusú reaktív intermedierek stabilitása. Alkének π-kötés felszakadásával, illetve lánchasadással járó oxidációs reakciói. Konjugált diének addíciós reakciói, részleges és teljes addíció. 1,2- és 1,4- addíció és értelmezése kinetikai és termodinamikai kontroll alapján. Diels-Alder cikloaddíció. Alkének, cikloalkének, diének elıállítása. 9. hét: Alkinek kötésrendszere, stabilitásuk és kémiai tulajdonságaik. C-H savasság, az abból eredı reakciók, etinilezés. Addíciós reakciók és jelentıségük. Az acetilén vegyipari szerepe, kıszénbázisú vegyipar. Alkinek elıállítása hét: Aromaticitás és értelmezése, feltételei. Semleges és töltéssel rendelkezı homo- és heteroaromás rendszerek. Aromás elektrofil szubsztitúció alapesetei (halogénezés, nitrálás, szulfonálás, Friedel-Crafts acilezés és -alkilezés) és reakciómechanizmusa. Szubsztituensek hatása az aromás elektrofil szubsztitúciós reakciók sebességi viszonyaira (reaktivitás) és az irányítási szabályok (regioszelektivitás). Öt- és hattagú heteoaromás alapvegyületek elektrofil szubsztitúciós reakciói. Monociklusos aromás szénhidrogének addíciós reakciói. Alkil oldalláncot tartalmazó aromás szénhidrogének reakciói, a benzil-típusú reaktív intermedierek stabilitásának értelmezése. Policiklusos aromás szénhidrogének fontosabb képviselıi hét: Szénhidrogének halogénszármazékainak csoportosítása, kötésrendszerük jellemzése. Fizikai tulajdonságaik. A szénhidrogéncsoport szerkezetének és a halogén minıségének szerepe a C- Hlg kötés erısségében, kapcsolata a reakciókészséggel és a jellemzı kémiai reakciókkal. Csökkent, normál és fokozott reakciókészségő halogenidek. Nukleofil szubsztitúció és

4 alapmechanizmusai (S N 1 és S N 2), alkalmazásuk különbözı funkciós csoportok kialakítására. Eliminációs reakciók, α- és β-elimináció, β-elimináció alapmechanizmusai (E1, E2 és E1cB). Halogénvegyületek reakciója fémekkel. Alifás és aromás halogénvegyületek elıállítása. 14. hét: Fémorganikus vegyületek kémiájának alapjai. Kötésrendszerük, az umpolung fogalma. Fémorganikus vegyületek reaktivitása, elıállításuknál alkalmazandó körülmények. Karbanionok, mint bázisok és C-nukleofilek, jelentıségük a C-C kötés kiépítésében. Grignard-vegyületek és alkalmazásuk. Fémorganikus vegyületek elıállítása és egymásba alakítása, transzmetallálás. Ajánlott irodalom: 1. Antus Sándor - Mátyus Péter: Szerves Kémia. Nemzeti Tankönyvkiadó (2005) 2. Furka Árpád: Szerves Kémia. Tankönyvkiadó (1988) 3. R.T. Morrison - R.N. Boyd: Organic Chemistry, 6th Ed., Prentice-Hall (1992) 4. F.A. Carey: Organic Chemistry.

5 SZERVES KÉMIA I. (TKBE0301 és TKBE0311) TÉTELSOR 1. Kémiai kötés leírása, a kötést jellemzı sajátságok. Kötéspolarizáció. Az LCAO-MO módszer alapjai, a többelektronos molekulák leírásánál alkalmazott elhanyagolások. 2. Kémiai kötés leírása VB módszerrel, rezonanciaformák és használatuk. Hibridizáció. Elektronegativitás. 3. Elektroneltolódási jelenségek, induktív és mezomer effektus. Konjugáció és hiperkonjugáció. Másodlagos kötések és jellemzésük. 4. Legfontosabb funkciós csoportok. A nomenklatúra alapjai, típusai. Szénhidrogének nevezéktana, csoportnevek képzése. 5. Szubsztitúciós és csoportfunkciós nomenklatúra szerinti névalkotás alapjai. 6. Elemi reakciók jellemzése, átmeneti állapot és jellemzı paraméterei. Intermedierek, konszekutív és kompetitív reakciók. Hammond-elv. Kinetikus és termodinamikus kontroll. Reaktivitás-szelektivitás elve. 7. Reagensek és szerves kémiai reakciók osztályozása, általános típusai. Sav-bázis elméletek, különös tekintettel a szerves kémiai alkalmazásokra. Oxidáció és redukció. 8. Sztereokémiai alapfogalmak, konformáció és konfiguráció. Enantiomerek, diasztereomerek és jellemzésük. Kiralitás és szimmetriafeltételei, a királis molekulaalkat megvalósulási lehetıségei (példákkal). 9. Királis molekulák ábrázolása, konfiguráció megadási módok. Abszolút és relatív konfiguráció fogalma. Abszolút konfiguráció megadására szolgáló módszerek. Optikai aktivitás. 10. Alkánok kötésrendszerének jellemzése, fizikai tulajdonságaik, nyíltláncú szénhidrogének konformációs viszonyai. Alkánok hıbontása és dehidrogénezése. 11. Alkánok kémiai tulajdonságainak jellemzése, gyökös szubsztitúció. Regioszelektivitás az alkánok halogénezésénél és annak értelmezése. Alkánok oxidációja. 12. Cikloalkánok konformációs viszonyai. Természetes szénhidrogénforrások és feldolgozásuk. Alkánok és cikloalkánok elıállítása. 13. Alkének kötésrendszerének jellemzése, stabilitási viszonyaik. Alkének fizikai sajátságai és elıállításuk. Konjugált diének ipari elıállításai. 14. Alkének kémiai sajátságai és alapvetı mechanizmusaik. Polimerizáció, hidrogénezés és oxidációs reakciók. Allil helyzető szubsztitúció. 15. Nem-szimmetrikus alkének HX addíciói, a regioszelektivitás értelmezése. Markovnyikov-szabály, anti-markovnyikov orientációjú termékek képzıdése.

6 16. Diének és poliének kötésrendszerének jellemzése, konjugáció értelmezése. Konjugált diének reakcióinak jellemzése, 1,2- és 1,4-addíció és értelmezése, a termékarányt befolyásoló tényezık. Diels-Alder reakció, polimerizációs reakciók. 17. Alkinek kötésrendszere, fizikai sajátságaik és elıállításuk. Acetilén ipari jelentısége. 18. Alkinek sav-bázis és addíciós reakciói. 19. Aromás vegyületek csoportosítása, homoaromás vegyületek nomenklaturája. Heteroaromások, heterociklusos vegyületek Hantzsch-Widman-féle nomenklatúrája. Homoaromás vegyületek elıfordulása és elıállítása. 20. Aromaticitás és feltételei. Homo- és heteroaromás, egy- és többgyőrős, semleges és töltéses aromás rendszerek jellemzése, aromás jellegük értelmezése. 21. Aromás vegyületek sav-bázis és szubsztitúciós reakciói. Az aromás elektrofil szubsztitúció mechanizmusa. Kondenzált policiklusos, homoaromás vegyületek reakciói. 22. Szubsztituált homoaromás vegyületek elektrofil szubsztitúciós reakciói, irányítási szabályok és értelmezésük. Alkil oldalláncot tartalmazó aromás vegyületek reakciói az oldalláncban. 23. Heteroaromás vegyületek sav-bázis sajátságai, elektrofil szubsztitúciós reakcióik jellemzése (reakciókészség és irányítás/regioszelektivitás). 24. Szén-halogén kötést tartalmazó vegyületek csoportosítása, elnevezésük. A kötésrendszer és a fizikai sajátságok jellemzése. 25. Szén-halogén kötést tartalmazó vegyületek kémiai reakciói, alkil- és benzil-halogenidek nukleofil szubsztitúciós reakciói, azok gyakorlati jelentısége. 26. Nukleofil elimináció, β- és α-elimináció. Aromás halogenidek reakciói. 27. Szén-halogén kötést tartalmazó vegyületek egyéb reakciói (dehalogénezés, reakció fémekkel). Alkil-, benzil- és aromás halogenidek elıállítása. 28. Szén-fém kötés jellemzése. Szén-fém kötést tartalmazó vegyületek kémiai sajátságai, egymásba alakíthatóságuk. A Grignard vegyületek kémiájának alapjai. A vizsgán két tételt húznak a vizsgázók, egyet az 1-9., egy másikat pedig a tételek közül.