Программа коллоквиума № 1 по ВМС

         Основные понятия и определения: полимер, олигомер, составное структурное звено, степень полимеризации. Важнейшие свойства полимерных веществ, обусловленные большими размерами, цепным строением и гибкостью макромолекул. Роль полимеров  в живой природе и их значение как промышленных материалов (пластмассы, каучуки, волокна и пленки, покрытия, клеи). Место науки о полимерах как самостоятельной фундаментальной области знания среди других фундаментальных химических дисциплин.

Классификация полимеров в зависимости от происхождения, химического состава и строения основной цепи. Природные, искусственные и синтетические полимеры. Органические, неорганические и элементоорганические полимеры. Линейные, разветвленные, лестничные и сшитые полимеры. Гомополимеры, сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры. Гомоцепные и гетероцепные полимеры.

Полидисперсность полимеров. Виды распределений: молекулярно-числовое и молекулярно-массовое, интегральная и дифференциальная кривые, уни- и мультимодальные. Усредненные молекулярные массы (среднечисловая, средневесовая, средневязкостная, z-средняя), экспериментальные методы их определения. Методы оценки полидисперсности полимеров.

Конфигурация макромолекулы и конфигурационная изомерия. Конфигурационные изомеры в макромолекулах полимеров монозамещенных этиленов и диенов. Стереоизомерия и стереорегулярные макромолекулы. Изотактические и синдиотактические полимеры.

Конформационная изомерия и конформация макромолекулы. Внутримолекулярное вращение и гибкость макромолекулы. Свободно-сочлененная цепь как идеализированная модель гибкой макромолекулы. Среднее расстояние между концами цепи и радиус инерции макромолекулы как характеристики чувствительные к конформационному состоянию цепи. Функция распределения расстояний между концами свободно-сочлененной цепи. 
    Термодинамическая и кинетическая гибкости. Понятие о статистическом сегменте. Количественные характеристики гибкости (параметр жесткости, длина термодинамического, кинетического и механического сегментов, параметр гибкости Флори). Связь гибкости макромолекул с их химическим строением. Факторы, влияющие на гибкость реальных цепей. Пластификация полимеров.

Надмолекулярная организация аморфных полимеров.

Надмолекулярная структура кристаллических полимеров. Степень кристалличности. Виды кристаллических структур: кристаллиты, монокристаллы, фибриллы, сферолиты.

Фазовые состояния полимеров: аморфное (жидкое) и кристаллическое. Физические состояния аморфных полимеров: стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее. Температура стеклования и текучести. Термомеханические кривые аморфных полимеров. Зависимость формы термомеханической кривой от молекулярной массы полимера. Термомеханические кривые кристаллических и кристаллизующихся аморфных полимеров.

Образец проверочной работы № 1 (ВМС)

1. Напишите структурные формулы следующих мономеров:
     а) изопрен; б) винилиденхлорид; в) адипиновая кислота; г) метилакрилат; д) этиленгликоль.
2. Напишите структурные формулы следующих полимеров:
     а) полистирол; б) поливинилацетат; в) полиизобутилен; г) полиметилметакрилат; 
     д) политетрафторэтилен.

Желаю всем только отличных результатов!

Вопросы к коллоквиуму № 1 по органической химии для студентов группы ХТБ-801-О

1. Предмет органической химии, ее место среди других естественнонаучных дисциплин. Органическая химия  как теоретическая база химической технологии. Сырьевые источники органических соединений. Классификация органических соединений.

 2. Основные положения теории строения органических соединений. Изомерия. Типы химических связей в молекулах органических соединений: ковалентные, ионные, донорно-акцепторные, водородные. Простые и кратные связи, гибридизация. Характеристики связей: длина, полярность, поляризуемость, дипольный момент, валентный угол, энергия. Механизмы реакций органических соединений. Гомолитический и гетеролитический разрыв связи. Интермедиаты: радикалы, карбокатионы, карбанионы. Индуктивный и мезомерный эффекты. Классификация реагентов и реакций в органической химии.

3. Гомологический ряд алканов, номенклатура и изомерия. Построение названий органических соединений в соответствии с правилами номенклатуры ИЮПАК. Строение алканов. Природа С-С и С-Н связей, sp³-гибридизация. Изображение пространственного строения молекул алканов с помощью проекций Ньюмена. Конформации и конформеры, конформационный анализ.

4. Природные источники алканов. Методы синтеза алканов: промышленные (процесс Фишера-Тропша) и лабораторные (реакции Вюрца, Кори-Хауса, гидрирование непредельных углеводородов, реакция Кольбе). Физические свойства алканов.

5. Химические свойства алканов. Реакции радикального замещения S_R. Относительная стабильность алкильных радикалов. Индуктивный эффект. Галогенирование (фторирование, хлорирование, бромирование, иодирование). Селективность радикальных реакций.

6. Сульфохлорирование, сульфоокисление и нитрование алканов.  Окисление алканов. Термический и каталитический кренинг. Конверсия метана. Дегидрирование алканов. Применение алканов.

7. Гомологический ряд алкенов. Номенклатура. Природа двойной связи, sp²-гибридизация. Строение алкенов, геометрическая изомерия (цис-, транс- и Z-, Е-номенклатура).

8. Методы получения алкенов: термический крекинг, дегидрирование алканов, дегидрогалогенирование алкилгалогенидов, дегидратация спиртов, дегалогенирование виц-дигалогеналканов, Гофмана, восстановление алкинов. Присутствие алкенов в некоторых нефтях. Физические свойства алкенов. УФ-спектры.

9. Химические свойства алкенов. Гомогенное и гетерогенное гидрирование. Реакции электрофильного присоединения Аd_Е. Механизм реакций, p- и s-комплексы, ониевые ионы. Правило Марковникова. Галогенирование, сопряженное присоединение, гидрогалогенирование, гидратация. Алкилирование (получение изооктана).

10. Окисление алкенов до спиртов, диолов (реакция Вагнера), эпоксидов, карбонильных соединений, карбоновых кислот. Вакер-процесс. Радикальные реакции алкенов: присоединение бромоводорода по Харашу, галогенирование в аллильное положение, синтез винилхлорида. Аллильный радикал. Мезомерный эффект.

11. Метатезис алкенов. Теломеризация и полимеризация алкенов. Радикальная, ионная и металлокомплексная полимеризация. Применение алкенов.

12. Типы диенов: кумулированные, сопряженные изолированные. Номенклатура и изомерия. Аллены, строение. 1,3-Алкадиены, особенности строения.

13. Способы получения 1,3-алкадиенов: синтез дивинила и изопрена дегидрированием соответствующих фракций крекинга нефти, дегидратация гликолей, синтезы Лебедева и Фаворского-Реппе. Физические свойства 1,3-алкадиенов, особенности УФ-спектров.

14. Химические свойства 1,3-диенов. 1,2- и 1,4-присоединение. Гидрирование. Галогенирование и гидрогалогенирование, кинетический и термодинамический контроль. 15. Реакция Дильса-Альдера (диеновый синтез). Теломеризация и полимеризация 1,3-алкадиенов, сополимеризация диенов с другими мономерами — стиролом, акрилонитрилом. Натуральный и синтетический каучуки.

16. Гомологический ряд алкинов, номенклатура и изомерия. Строение алкинов, sp-гибридизация. Методы синтеза алкинов: получение ацетилена пиролизом метана, алкилирование ацетилена, из дигалогенпроизводных. Физические свойства алкинов.   Химические свойства алкинов. Гидрирование. Реакции электрофильного присоединения: галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация (реакция Кучерова), присоединение спиртов и  карбоновых кислот.

17. СН-кислотность терминальных алкинов. Ацетилениды натрия, меди, комплекс Иоцича. Конденсации терминальных алкинов с карбонильными соединениями (реакции Фаворского и Реппе). Присоединение синильной кислоты. Тримеризация и тетрамеризация ацетилена. Синтез винил- и дивинилацетилена. Изомеризация алкинов. Важнейшие представители и применение алкинов.

18 Циклоалканы. Номенклатура, изомерия и классификация. Типы напряжения в циклоалканах. Циклопропан, особенности строения. Строение циклобутана и циклопентана.

19. Конформации циклогексана. Аксиальные и экваториальные связи, цис- и транс- изомерия в циклоалканах. Относительная устойчивость моно- и дизамещенных циклогексанов.

20. Способы получения циклоалканов. Синтез циклопропанов: дегалогенирование 1,3-дигалогенпроизводных. Методы синтеза циклобутанов, циклопентанов и циклогексанов.  Циклоалкановые фрагменты в природных соединениях, гомологи циклопентана и циклогексана в нефтяных фракциях. Физические свойства циклоалканов.

 21. Гидрирование циклоалканов.. Особенности химических свойств циклопропанов.

 22. Свойства 5- и 6-членных циклов. Окисление. Непредельные алициклы. Важнейшие представители. Реакции изомеризации и диспропорционирования. Применение циклоалканов. Полициклоалканы. Каркасные соединения: адамантан, призман, кубан, додекаэдран.

 23. Гомологический ряд бензола. Номенклатура. Строение бензола  Понятие об ароматичности. Правило Хюккеля. Критерии ароматичности. Ароматические углеводороды с неконденсированными циклами (бифенил, ди- и трифенилметаны) и с конденсированными циклами (нафталин, антрацен, фенантрен, высшие полициклические ароматические углеводороды, инден и флуорен).

24. Получение ароматических углеводородов в промышленности (каталитический риформинг, переработка коксового газа и каменноугольной смолы, алкилирование). Лабораторные методы получения (сухая перегонка солей бензойной кислоты, реакция Вюрца-Фиттига, алкилирование по Фриделю-Крафтсу, восстановление кетонов по Клеменсену, дегидрирование циклоалканов). Физические свойства аренов. Токсичность и канцерогенность аренов.

 25. Каталитическое гидрирование аренов. Фотохимическое хлорирование бензола.  Окисление алкилбензолов и конденсированных ароматических углеводородов (нафталин, фенантрен, антрацен). Радикальные реакции замещения в боковой цепи алкилбензолов (галогенирование, нитрование). Реакции присоединения конденсированных ароматических углеводородов.

 26. Реакции электрофильного замещения в аренах. Общие представления о механизме реакции, p- и s-комплексы. Энергетический профиль реакции. Влияние природы заместителя на направление и скорость реакций электрофильного замещения. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители, влияние электронных и структурных факторов на направление замещения. Согласованная и несогласованная ориентация двух или нескольких заместителей в ароматическом ядре. Влияние температуры и природы реагента на направление реакций замещения.

 27. Реакции ароматического электрофильного замещения: нитрование (механизм, нитрующие агенты, ипсо-замещение);  сульфирование (сульфирующие агенты, механизм, обратимость реакции, влияние температуры); галогенирование (механизм, галогенирующие агенты).

 28. Реакции ароматического электрофильного замещения: алкилирование по Фриделю-Крафтсу (алкилирующие агенты, механизм, особенности реакции алкилирования, синтез диарил- и триарилметанов); ацилирование по Фриделю-Крафтсу (ацилирующие агенты, механизм, формилирование по Гаттерману-Коху).

29. Реакции электрофильного замещения в бифенилах и конденсированных ароматических углеводородах.

30. Ароматические углеводороды с кратными связями в боковой цепи: стирол, дивинилбензол, фенилацетилен. Получение. Физические и химические свойства. Реакции полимеризации и сополимеризации стирола и дивинилбензола.

Радикалы в ряду алканов

Домашнее задание (ХТБ-801-О)

Регламент балльно-рейтинговой системы по ВМС

1. Максимальная оценка по дисциплине ­– 100 баллов. За семестр студент может получить до 55 баллов, экзамен оценивается в 45 баллов.
2. Баллы в семестре начисляются в полном объеме только при условии вовремя пройденной аттестации, в другом случае максимально возможное количество баллов уменьшается на 20% (для коллоквиумов и контрольных работ).
3. В течение семестра по основным темам дисциплины в начале практических занятий проводится 10 пятнадцатиминутных проверочных работ, каждая из которых оценивается в 1 балл. Максимальное количество баллов, которое можно получить за данную текущую форму контроля, равно 10.
4. Выполнение домашних заданий контролируется постоянно, но 5 раз в течение семестра оценка (максимально 1 балл за работу) засчитывается в рейтинг. Время проверки выбирается на усмотрение преподавателя. Студенты о предстоящей проверке не предупреждаются.
5. В течение семестра проводятся 4 коллоквиума, оцениваемых по 5 баллов, и 1 контрольная работа, оцениваемая 10 баллами. Максимальное количество баллов за данные формы контроля равно 30.
6. В конце семестра студенты сдают зачет в форме тестирования. В тесте 20 вопросов, за каждый правильный ответ по 0,5 балла, всего на зачетном тестировании можно получить 10 баллов.
7. Активная работа на практическом занятии, посещение всех лекций поощряются 1 дополнительным баллом. Пропуски лабораторных и практических занятий без уважительных причин наказываются (минус 1 балл за каждый пропуск).
8. Для зачета необходимо выполнить и сдать все лабораторные работы, а также иметь не менее 28 баллов в сумме: зачетное тестирование и баллы, полученные в семестре. Набравшим в семестре более 50 баллов автоматически выставляется оценка «отлично».
9. Экзамен проводится в форме устного собеседования. В экзаменационном билете 3 теоретических вопроса и задача. За вопросы можно получить по 10 баллов, а за задачу 15 баллов.
10. Экзаменационная оценка является суммой итоговой аттестации за семестр и баллов, полученных на экзамене. При этом академическая оценка «удовлетворительно» выставляется за 55 включительно – 70 баллов, «хорошо» – за 70 включительно – 85 баллов, «отлично» – за 85 включительно – 100 баллов.

Список рекомендуемой литературы по дисциплине "Высокомолекулярные соединения"

1. Семчиков Ю. Д. Высокомолекулярные соединения, М.: «Академия», 2005.
2. Кулезнев В. Н., Шершнев В. А. Химия и физика полимеров, М.: «КолосС», 2007 .
3. Тагер А.А. «Физико-химия полимеров», М.: «Химия», 1978.
4. Шур А. М. Высокомолекулярные соединения, М.: «Высш. шк.», 1981.
5. Практикум по высокомолекулярным соединениям. Учеб. пособие / Под ред. Кабанова В. А. М.: «Химия», 1987.
6. Высокомолекулярные соединения. Практикум (часть 1), сост. Глиздинская Л.В., Омск: изд-во ОмГУ им. Ф.М. Достоевского, 2012.
7. Высокомолекулярные соединения. Практикум (часть 2), сост. Глиздинская Л.В., Омск: изд-во ОмГУ им. Ф.М. Достоевского, 2014.
8. Энциклопедия полимеров: в 3 т. М.: БСЭ, 1972-1977.
9. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров: в 2-х частях. М.: "Мир", 1983.