Скачать 0.55 Mb.
|
18. Уровни структурной организации белков. Первичная, вторичная (-спираль, -лист, мотив), третичная, четвертичная структура. Петли, шпильки. Ферменты и ферментативный катализ. Простетическая группа. Кофакторы. Холофермент. Активный центр. Эффекторы (активаторы, ингибиторы). Коферменты и апоферменты. Особенности ферментов как катализаторов: высокая эффективность, специфичность по типу реакций и по субстрату. Отличительная черта ферментов: пространственное разделение адсорбционного и каталитического центров. Геометрическая комплементарность субстрата и адсорбционного центра фермента. Роль электростатического взаимодействия фермент - субстрат. Глобальность воздействия фермента как катализатора. Конформационный фактор, экстремальная зависимость активности ферментов от pH среды. Зависимость каталитической активности ферментов от температуры, растворителя, присутствия электролитов. Синхронные механизмы. Механизм ферментативного катализа. Схема и уравнение Л. Михаэлиса - М. Ментен. Шесть классов ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы. Металлоферменты. Фотосинтез. Реакции ферментативного окисления в живых организмах. Роль ферментативного катализа в промышленности. Иммобилизация ферментов. Преимущества иммобилизованных ферментов по сравнению с нативными. Высокочувствительные и селективные ферментативные способы аналитического определения субстратов и эффекторов ферментов.19. Автокатализ. Изменение во времени концентрации исходных веществ. Индукционный период. Автокаталитические реакции. Неавтокаталитические реакции, протекающие с самоускорением. 20. Ингибирование окислительно-восстановительных реакций. Роль комплексообразования. 21. Сопряженные (индуцированные) реакции. Актор, индуктор, акцептор. Фактор (коэффициент) индукции. Типы сопряженных реакций: стационарные процессы (каталитические и радикальные цепные реакции); индуцированные сопряженные реакции; самоиндуктивные (самосопряженные) реакции. Схема самоиндуктивного процесса (Н.А. Шилов). Отличие самоиндуктивных и цепных процессов от каталитических и автокаталитических. Переход индукции в катализ. Механизмы сопряженных реакций. Промежуточное образование неустойчивых степеней окисления индуктора, актора, комплекса индуктора с акцептором, комплекса индуктора с актором. Примеры сопряженных реакций. Нежелательность индуцированных реакций в титриметрическом анализе. 22. Консервативные колебательные системы. Нелинейные колебательные системы. Фазовое пространство, фазовая траектория, предельный цикл. Автоколебания, автоколебательные системы. Автоколебательные химические реакции, их механизмы. Реакция Б.П. Белоусова - А.М. Жаботинского. Реакция У.К. Брея - Х.А. Либавски. Реакция Т.С. Бриггса - У.К. Раушера. Другие жидкофазные автоколебательные реакции. pH-Осцилляторы. Газофазные автоколебательные реакции. Пульсирующее “холодное” пламя при газовом окислении углеводородов. Слои (кольца) Р. Лизеганга. Автоколебательная реакция кислотного гидролиза 2,5-диметилфурана в водно-этанольных растворах (Т.И. Губина, А.Н. Панкратов, В.И. Лабунская, С.М. Рогачева). Нелинейность автоколебательных химических процессов. Теорема М.Д. Корзухина. Принцип детального равновесия. Автоколебательный режим некоторых многостадийных биохимических процессов. Биологические осцилляторы. 23. Окисление веществ кислородом. Одно- и двухэлектронный механизмы. Ионы и комплексы переходных металлов как “обратимые” переносчики кислорода при окислении веществ. Комплексы соединений меди, железа, марганца, ванадия, кобальта с кислородом. Реакции координированного молекулярного кислорода. Пероксокарбонатные, сульфатные интермедиаты. Образование H2O2 в присутствии ионов меди через стадию возникновения меднокислородных комплексов. Озон как окислитель. 24. Ионы карбения (карбкатионы). Методы образования: гетеролитический распад нейтральных частиц; присоединение катионов к нейтральным частицам; возникновение из других катионов. Стабильность и структура карбкатионов. Мостиковые катионы. Фенониевые ионы. Катионы тропилия, циклопропенилия. Ионы карбония. Образование иона метония в камере масс-спектрометра (В.Л. Тальрозе, А.К. Любимова) и в суперкислотных средах (Дж.А. Ола). Карбены, их получение, строение, реакции. Нитрены. Карбанионы. Образование, стабилизация. Конфигурация карбанионов. Илиды. Ионные пáры. Характер связи между катионом и анионом. Контактные (тесные), сольватированные (связанные растворителем), сольватно разделенные (разделенные растворителем, рыхлые, свободные), проникающие ионные пáры; катионные, анионные и нейтральные ионные тройники, квадруполи и т.п. Факторы, влияющие на ионную ассоциацию: заряд, размеры и гидрофобность ионов, растворитель, температура. Условие образования ионных пар в водных растворах по Я. Бьерруму. Выражение для константы ассоциации ионов. Радикалы. Методы образования: фотолиз; термолиз; окислительно-восстановительные реакции. Пространственное строение и стабилизация радикалов. Бирадикалы. Катион-радикалы, анион-радикалы, их образование и реакции. 25. Механизмы реакций в органической химии. Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода. Механизмы SN2, SN1. Порядок общей нуклеофильности для реакций SN2 в протонных растворителях. Влияние растворителя на реакционную способность и механизм. Механизм SN3. Влияние структуры реагирующих соединений. Стереохимические аспекты механизмов реакций. Роль контактных и сольватно разделенных ионных пар. Механизм SNi: сохранение конфигурации. Участие соседних групп: “сохранение” конфигурации. Анхимерное ускорение. Влияние вступающих групп. Амбидентные нуклеофилы. Уходящая группа. Нуклеофильный катализ. Правило Н. Корнблюма. Объяснение амбидентности в рамках теории возмущения молекулярных орбиталей (ВМО), с позиций принципа ЖМКО. Правила А.Н. Несмеянова и М.И. Кабачника для кето-енольной и лактам-лактимной триад. Гидролиз ацеталей (SN1). Реакция Ш.А. Вюрца. Межфазный катализ. Два основных типа межфазных катализаторов: четвертичные аммониевые или фосфониевые соли, краун-эфиры и другие криптанды. Равновесия при межфазном катализе. “Голые” анионы. Трехфазные катализаторы. Замещение через отщепление-присоединение. Замещение в аллильных производных: механизмы SN1’, SN2’, SNi’. Индуцированный ионами металлов гидролиз алкилгалогенидов в водных средах. Механизмы M+-SN1 и M+-SN2. Окислительное замещение атомов галогенов в органических галогенопроизводных - новый тип реакций нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода. -Эффект, его возможные причины. Нуклеофильное замещение у винильного атома углерода. Тетраэдрический механизм. Механизм SN1. Отщепление-присоединение. 26. Электрофильное замещение в ароматическом ряду. - и -Комплексы. Альтернативные механизмы: классический ионный (“полярный”) и ион-радикальный (включающий образование ион-радикальной пары); зависимость реализации того или иного реакционного маршрута от потенциала ионизации субстрата и восстановленной формы электрофила. Нитрование. Галогенирование. Сульфирование. Алкилирование по Ш. Фриделю - Дж.М. Крафтсу. Ацилирование. Азосочетание. Электрофильное содействие. Особенность механизма сульфирования анилина. Электронные эффекты заместителей, ориентация. Факторы парциальных скоростей и селективность. Соотношение орто- и пара-изомеров. Ипсо-замещение. Кинетический и термодинамический контроль реакций электрофильного ароматического замещения. Механизм SE1. Реакции ароматического нуклеофильного замещения. Механизмы SNAr, SN1. Перегруппировка Рихтера. Ариновый механизм. Механизм SRN1. 27. Электрофильное присоединение по связи C=C. Стереохимия. Присоединение галогенов, галогеноводородов. Гидратация. Каталитическое и ионное гидрирование. Присоединение к сопряженным диенам. Нуклеофильное присоединение по связи C=C. Цианэтилирование. Реакция А. Михаэля. Присоединение по связи CC. Реакция М.Г. Кучерова. Присоединение диазометана к двойным и тройным углерод-углеродным связям. Нуклеофильное присоединение по связи C=O. Стереоселективность. Правило Д.Дж. Крама. Гидратация. Присоединение спиртов, циановодорода, бисульфит-иона и других анионов. Реакции альдегидов, кетонов, сложных эфиров с литийалюминийгидридом. Реакция Г.Л. Меервейна - В. Понндорфа - А. Верлея. Взаимодействие карбонильных соединений с реактивами В. Гриньяра. Аномальные реакции В. Гриньяра. Галоформная реакция. Реакция Х. Принса. Нуклеофильное замещение у тригонального атома углерода. Тетраэдрический механизм. Порядок нуклеофильности для субстратов с карбонильным углеродом. Взаимодействие карбоновых кислот с пентахлоридом фосфора, с аммиаком. Этерификация карбоновых кислот, катализируемая кислотой. Гидролиз сложных эфиров: механизмы AAC2, AAL1, AAC1 и др. Гидролиз ацилгалогенидов: механизмы SN1 (два пути) и тетраэдрический. Декарбонилирование карбоновых кислот и сложных эфиров (SN1). Реакция А. Халлера - Ю. Брауна. Присоединение по связи CN. Гидролиз нитрилов (кислотный и щелочной; катализируемый ионами металлов). Взаимодействие нитрилов со спиртами. Реакция Риттера. Превращение солей карбоновых кислот в нитрилы. Тримеризация нитрилов. 28. Реакции элиминирования. 1,2-Элиминирование. Механизмы E2, E1, E1cB. Стереоспецифичность элиминирования по механизму E2. Ориентация элиминирования по механизму E2. Правила А.М. Зайцева и А.В. Гофмана. Конкуренция реакций элиминирования и замещения. Влияние активирующих групп. 29. Карбанионы и таутомерия. Межмолекулярный и внутримолекулярный механизмы таутомерных превращений. Кето-енольная таутомерия в условиях катализа кислотой, основанием. Реакция К.Л. Реймера - И.К. Тимана. Реакция А.В.Г. Кольбе - Р. Шмидта, зависимость направления процесса от природы катиона. Галогенирование альдегидов и кетонов: кислотный и основной катализ. 30. Конденсации карбонильных соединений и родственные реакции. Альдольная конденсация. Ацилоиновая конденсация. Конденсация Л. Кляйзена. Реакция В. Дикмана. Восстановление сложных эфиров по Л. Буво - Г.Л. Блану. Бензоиновая конденсация. Реакция С. Канниццаро. Реакция В.Е. Тищенко. Реакция У.Г. Перкина. Конденсация Дарзана. Конденсация Г. Штоббе. Реакция Р. Лейкарта. Реакция К.У.Ф. Манниха в кислых и щелочных средах. Действие суперкислот на органические соединения. 31. Перегруппировки: М. Соммле - Хаузера, Э. Бамбергера, бензильная, А.Е. Фаворского, А.В. Гофмана, Т. Курциуса, В.К. Лоссена, Л. Вольфа. Реакция Шмидта. Перегруппировки Э.О. Бекмана, А.И.Ф.В. Байера - В. Виллигера, гидропероксидов, Г. Виттига, Т. Стивенса, пинаколиновая, ретропинаколиновая, диенон-фенольная, альдегидо-кетонная, ацилоиновая, Н.Я. Демьянова, азобензола (на свету, в кислой среде по О. Валлаху), бензидиновая. Миграция двойных связей: в щелочной среде; механизм присоединения - отщепления гидрида металла; механизм “тур с гидом”; в кислой среде. Миграция тройных связей. Фотоперегруппировка К. Фриса. Перегруппировка Л. Кляйзена. 32. Реакции окисления органических соединений. Окисление алкенов перманганатом, оксидом осмия(VIII), пероксидом водорода. Окисление спиртов перманганатом в щелочной среде. Окисление альдегидов перманганатом в кислой, нейтральной, щелочной средах. Окисление спиртов оксидом хрома(VI), хромовой кислотой. Окисление кетонов оксидом хрома(VI). Окисление альдегидов дихроматом в кислой среде. Окисление карбонильных соединений селенистой кислотой. Озонирование алкенов. Реакция Н.А. Прилежаева. Эпоксидирование ,-ненасыщенных кетонов и хинонов действием щелочного раствора H2O2. Окисление гликолей ацетатом свинца(IV), иодной кислотой. Окисление тиоэфиров пероксидом водорода до сульфоксидов и сульфонов. Реакция окисления бензола пероксидом водорода в фенол, строение активированного комплекса, каталитическое действие железа(II). Автоокисление бензальдегида, катализируемое светом, инициаторами и следами ионов металлов. Сочетание алкинов по Гласеру. Образование диацилпероксидов при электролизе солей карбоновых кислот. Окисление тиолов в дисульфиды. Окислительное сочетание диэтилдитиокарбамата. Анодное окисление тиомочевин в кислой среде. Окислительная анодная димеризация тиобензойной кислоты. 33. Реакции восстановления органических соединений. Анионная димеризация и полимеризация стирола. Восстановительная димеризация альдегидов и кетонов. Реакция пиридина с калием. Реакция Н.М. Кижнера - Л. Вольфа. Восстановление нитросоединений: в кислой среде до нитрозосоединений, гидроксиламинов, аминов; образование азокси- и азосоединений в щелочной среде. 34. Некоторые гомолитические процессы. Нитрование алканов. Алкилирование пиридинов карбоновыми кислотами в присутствии серебра(I) и персульфата. Реакция А.П. Бородина - Х. Хунсдиккера. Реакция Т. Зандмейера. Образование реактивов В. Гриньяра. 35. Перициклические реакции. Сохранение орбитальной симметрии (правило Р.Б. Вудворда - Р. Хоффмана). Метод граничных орбиталей. Концепция “ароматического переходного состояния”. Реакция О.П.Г. Дильса - К. Альдера. Декарбоксилирование ацетоуксусной кислоты, дикарбоновых кислот. Разложение ксантогенатов, сложных эфиров N-алкилкарбаминовых кислот, сложных эфиров угольной и бензойной кислот. Пиролиз уксусного ангидрида, ацетона. 36. Вицинальный эффект в органической химии. Пространственный эффект соседней группы. Анхимерное содействие, или нуклеофильное участие соседней группы. Взаимодействие соседней и уходящей групп. Электрофильный катализ (“внутримолекулярная сольватация”). Индуктивный эффект (эффект электроотрицательности), эффект поля. 4.2. Структура лабораторных занятий
5. Образовательные технологии Наряду с традиционными, широко используются инновационные образовательные технологии, предусматривающие использование современных информационных средств и развитие творческих способностей студентов: - технология решения исследовательских задач (ТРИЗ); - технология решения исследовательских и проектных задач; - технология проведения ролевых игр. В процессе освоения дисциплины студент готовит и по завершении - защищает индивидуальный проект (инновационный отчет). Содержание индивидуального проекта Постановка цели, выбор стратегии и методов решения научной задачи в области исследования реакционной способности веществ и механизмов химических реакций на основе реферата оригинальной публикации или серии публикаций Студенту необходимо выбрать оригинальную публикацию или серию публикаций (из числа работ последних 10 лет), посвященную исследованию реакционной способности веществ или механизмов химических реакций. Студент должен проанализировать суть решаемой проблемы, цель работы, постановку задач, методы исследования, основные результаты, выводы. На базе проведенного критического анализа студенту следует самостоятельно поставить цель и задачи будущего оригинального исследования в области химии (текущая научно-исследовательская или квалификационная (выпускная) работа бакалавра). Далее нужно представить реферат оригинальной публикации или серии публикаций, выводы, прогнозы, постановку цели и задач, вытекающие из этого реферата, в виде отчета и защитить этот индивидуальный проект. Если студент имеет собственные научные результаты по названным или смежным аспектам, возможно оформление и защита работы по данным своих исследований. 6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины амостоятельная работа студентов включает - изучение основной и дополнительной литературы; - поиск в сети Интернет Web-ресурсов с применением поисковых систем, электронных библиотек, информационных сетей, баз данных, серверов издательств научной литературы (прежде всего поиск информации по методологии изучения реакционной способности и установления механизмов химических реакций, в основном аналитических, а также сведений о конкретных реакционных механизмах); - самостоятельное изучение методологии исследования реакционной способности и механизмов экспериментальными и теоретическими методами; - оформление результатов лабораторных работ, подготовку к отчетам по лаб. работам; - выполнение индивидуальных заданий по интерпретации электронных, колебательных, ЯМР спектров; - подготовку к защите индивидуального проекта с представлением презентаций, раскрывающих основные научные результаты исследования реакционной способности веществ и механизмов химических реакций, прежде всего в аналитической химии; Для самостоятельной работы студентов в Зональной научной библиотеке им. В.А. Артисевич СГУ имеется современная учебно-методическая литература, отраженная в электронном каталоге библиотеки, доступном в сети Интернет. Самостоятельная работа студентов предполагает освоение теоретического материала, подготовку к лабораторным занятиям, подготовку к текущему и итоговому контролю, подготовку индивидуального проекта. Форма итогового контроля - зачет (билеты прилагаются). Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины включают: - устные отчеты по методологии и конкретным сведениям о механизмах, отчеты по лабораторным работам; - тестирование и контрольные работы по отдельным аспектам изучения реакционной способности веществ и выяснения механизмов химических реакций; - три коллоквиума, в которых суммируются теоретические и практические знания по теории жестких и мягких кислот и оснований, механизмам аналитических реакций в неорганической и органической химии; - выставление оценок “отлично”, “хорошо”, “удовлетворительно” за отдельные виды работы (“рейтинговая система”). - подготовку и защиту индивидуальных проектов с представлением презентации, иллюстрирующей методологию и результаты изучения реакционной способности и механизмов. Форма итогового контроля - зачет (билеты прилагаются). Ниже приведены вопросы по учебной дисциплине, предназначенные для самостоятельной работы студентов, текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины. Вопросы для самостоятельной работы студентов и текущего контроля
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) Основная литература1. Цирельсон В.Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 496 с. 2. Ли Дж.Дж. Именные реакции. Механизмы органических реакций. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. 456 с. б) Дополнительная литература1. Панкратов А.Н. Кислоты и основания в химии. Саратов: Изд-во Саратовск. ун-та, 2006. 196 с. 2. Панкратов А.Н. Избранные главы электрохимии органических соединений. Ионные жидкости. Саратов: Изд-во Саратовск. ун-та, 2011. 124 с. в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы1. Pankratov A.N. Electronic Structure and Reactivity of Inorganic, Organic, Organoelement and Coordination Compounds: An Experience in the Area of Applied Quantum Chemistry // Quantum Chemistry Research Trends / Editor: Mikas P. Kaisas. New York: Nova Science Publishers, Inc., 2007. P. 57-125. (Электронный вариант). 2. Панкратов А.Н. Диспропорционирование органических соединений. Реакции, протекающие с переносом “гидрид-иона”. Ионное гидрирование. Суперкислоты и супероснования. Метатезис алкенов. Саратов, 2010. 20 с. // Зональная научная библиотека им. В.И. Артисевич Саратовского государственного университета. Web: www.sgu.ru/library. Электронная библиотека учебно-методической литературы. 3. Панкратов А.Н. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Саратов, 2010. 22 с. // Зональная научная библиотека им. В.И. Артисевич Саратовского государственного университета. Web: www.sgu.ru/library. Электронная библиотека учебно-методической литературы. 4. Информационные ресурсы по естественным наукам и по экологии. Web: www.sgu.ru/faculties/chemical/pankratov. 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины 1. Оверхед-проектор и прозрачные пленки. 2. Мультимедийный проектор и ноутбук. 3. Поисковые системы, электронные библиотеки, информационные сети, базы данных, сервера издательств научной литературы и другие информационные ресурсы. 4. Оттиски и ксерокопии научных статей. 5. Рисунки электронных, ИК, ЯМР спектров, масс-спектров. 6. Программное обеспечение. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки “Химия”. Автор, д.х.н., профессор________________ А.Н. Панкратов Программа одобрена на заседании кафедры аналитической химии и химической экологии от 2011 года, протокол № ______. Подписи: Зав. кафедрой, д.х.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ Р.К. Чернова Директор Института химии д.х.н., профессор О.В. Федотова |
Институт химии утверждаю Дисциплина «Мембранные процессы в технологии, анализе и медицине» относится к вариативным дисциплинам профессионального цикла ооп... | Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Дисциплина «Безопасность жизнедеятельности» относится к базовой части профессионального цикла Б3+. Б. 3 | ||
Институт химии утверждаю «Аналитическая химия» и выполнения профессиональных задач по выбору конкретных методов и методик анализа реальных объектов окружающей... | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники Целью дисциплины является изучение общих законов и принципов химии для последующего использования в межпредметных дисциплинах и специальных... | ||
Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Дисциплина «Концепции современного естествознания» относится к вариативной части цикла общих математических и естественнонаучных... | Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... Целью освоения дисциплины «Синтез и свойства водорастворимых полимеров» является формирование у обучающихся компетенций, связанных... | ||
Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... К настоящему времени исследования, связанные с применением полимеров в медицине и фармакологии, сложились в новое самостоятельное... | Институт химии утверждаю Солнечной системы и Земли, процессах, происходящих в них, и факторами, обусловливающими природных катастроф космического и земного... | ||
Институт химии утверждаю Ооп. Для успешного усвоения дисциплины студент должен иметь знания, приобретенные им в результате освоения дисциплин «Математика»,... | Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность», а также формирования рационального мышления, направленного... | ||
Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... Дисциплина «Природные полисахариды и их производные» ( дв2) является вариативной профильной дисциплиной профессионального (специального)... | Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... Они даже дали названия целым этапам развития человечества: каменный век, бронзовый век, железный век. С некоторой долей пристрастности... | ||
Приложение 3 Федеральное агентство научных организаций России Федеральное... Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева | Российской Федерации Негосударственное образовательное учреждение... Багрова А. Я., канд пед наук, доцент, факультета иностранных языков ноу впо «Новый гуманитарный институт» | ||
Институт химии Аналитическая химия”. Материал дисциплины базируется на знаниях по элементарной и высшей математике, информатике, физике, неорганической,... | Рабочая программа по химии 9 класса «Неорганическая химия» Рассмотрено Согласовано: Утверждаю: на заседании мо зам директора по увр директор |