SZERVES KÉMIA BIOMÉRNÖKÖKNEK B.Sc. képzés, kód: BMEVESZA204 Tantárgy követelményei 2016/2017 tanév I. 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. Előadás időpontja: H 14-17 (CH.304) A tantermi gyakorlatok időpontja: P 10-12 (CH.302) A zárthelyik időpontja: 1 témakör 2016. október 28. (P 10 15 ) 2. témakör 2015. december 2. (P 10 15 ) 1. pót zh mindkét témakörből 2015. december 9. (P 10 15 ) 2. pót zh mindkét témakörből 2015. december 15. (Cs 8 15 és 10 00 ) 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 is a számukra kijelölt gyakorlati kurzust fel kell venniük. A gyakorlat látogatása számukra is kötelező, de ZH-t írniuk már nem kell. Budapest, 2016. június 15. Dr. Hornyánszky Gábor egyetemi docens
Szerves Kémia biomérnököknek előadás Tantermi gyakorlat Óravázlat Előadó: Dr. Nagy József és Dr. Hornyánszky Gábor, 13 x minden hétfőn 14 15-17 00 (Ch.304) Gyakorlatvezető: Keglevich Péter, 13 x 2 óra minden péntek 10 15-12 (Ch.302) I. Témakör: Szerves kémiai alapismeretek, szénhidrogének szerkezete és kémiája 1) Szeptember 5. (NJ) Térszerkezet, sztereokémia Konstitúciós, geometriai- és sztereoizoméria. Az enantiomerek és diasztereomerek. A kiralitás, szimmetriaelemek és a CIP-rendszer. a) Szeptember 9. Szerves vegyületek csoportosítása, nevezéktan. 2 óra 2) Szeptember 12. (NJ) Molekulaszerkezet A kovalens kötés elmélete, a kémiai kötés értelmezése. Atompályák, molekulapályák, hibridizáció, nem lokalizált kötések. A metán, etén és etin szerkezete. b) Szeptember 16. Sztereokémia. 2 óra c) Szeptember 23. Nevezéktani feladatok gyakorlása 2 óra 3) Szeptember 26. (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 SET-mechanizmus. A szén hidrogén és szén szén egyszeres kötés létrehozásának módszerei. d) Szeptember 30. Redox reakciók. Würtz- és Grignard reakciók 2 óra 4) Október 3. (NJ) Reakcióelmélet: a gyökös reakciók elmélete. A paraffinok kémiája. Reakciók energiaprofilja: átmeneti állapot és aktiválási paraméterek, reakciósebesség, egyensúlyok, intermedierek. Egy és több lépéses reakciók, gyökös láncreakciók. Termodinamikai- és kinetikai kontroll fogalma. A paraffinok és cikloparaffinok gyökös- és oxidációs reakciói. e) Október 7. Szénhidrogének gyökös reakciói 2 óra
5) Október 10. (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. f) Október 14. Olefin származékok reakciói 2 óra 6) Október 15. (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. Acetilén-származékok konjugált bázisának szubsztitúciós és addíciós reakciói. 7) Október 17. (HG) Aromás vegyületek szerkezete és reaktivitása I A benzol szerkezete. Aromás jelleg és aromaticitás. Monociklusos és kondenzált policiklusos aromás vegyületek és a bifenil szerkezete. Atropizoméria. Az aromás elektrofil szubsztitúció mechanizmusa, halogénezés, nitrálás, szulfonálás, Friedel-Crafts-alkilezés és -acilezés. Irányítási szabályok. Az aromás nukleofil szubsztitúció. A naftalin reakciói f) Október 21. Acetilén-származékok reakciói 2 óra 8) Október 24. (HG) A szubsztitúció és elimináció elmélete. Nukleofil szubsztitúciós (S N 1, S N 2 és S N i) és eliminációs (E 1, E 2 és E 1 cb) reakciók mechanizmusa, regio- és sztereokémiája. A reakciókat befolyásoló tényezők, katalízis és szolvatáció. Az ambidens nukleofilek. g) Október 28. ZH (I. Témakör, 60 pont) 2 óra h) November 4. Aromás vegyületek reakciói 2 óra II. Témakör: A szén-heteroatom kötést tartalmazó vegyületek 9) November 7. (HG) A szén-heteroatom egyszeres kötést tartalmazó vegyületek kémiája Halogénvegyületek, alkoholok, fenolok, tiolok, éterek, szulfidok és aminok fizikai tulajdonságai. Halogénvegyületek, alkoholok, fenolok, tiolok, éterek, szulfidok és aminok reakciói. Éterek komplexképző tulajdonságai. i) November 11. Nukleofil szubsztitúciós és eliminációs reakciók 2 óra
10) November 14. (HG) Karbonil-csoportot tartalmazó vegyületek reaktivitása. I 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. Az gyűrű lánc tautoméria. Savak és savszármazékok, szénsavszármazékok reakciókészségének összehasonlítása. j) November 18. Az oxovegyületek redox reakciói, Grignard-reakciók típusai Oxovegyületek nukleofil addíciós és addíciós-eliminációs reakciói 2 óra 11) November 21. (HG) Karbonil-csoportot tartalmazó vegyületek reaktivitása. II 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. A malonészter és acetecetészter-szintézisek szintetikus és biokémiai felhasználása. Az umpolung fogalma, reakciók. 12) November 28. (HG) A tanult vegyületcsaládok összefoglalása. Heterociklusos vegyületek kémiája 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. k) December 2. ZH (II. Témakör, 60 pont) 2 óra III. Témakör: Speciális fejezetek 13) December 5. (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. l) December 9. pót ZH (I. vagy II. témakör, 60 pont) 2 óra 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).
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). 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, Clemmensenredukció, 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, imidsavészterek, 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. Reszolválás. 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.