Альтернатива - это всегда хорошо!

Для желающих почувствовать себя студентами МГУ к просмотру предлагается лекция "Введение в химию высокомолекулярных соединений" профессора кафедры высокомолекулярных соединений МГУ, д.х.н. Аржакова Максима Сергеевича.

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! 

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 и 2 контрольных работы, оцениваемых по 5 баллов. 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.

Вопросы к экзамену (ХЭБ-001-О)

1. Органическая химия как теоретическая база экологии. Сырьевые источники органических соединений. Классификация органических соединений.

2. Основные положения теории строения органических соединений. Изомерия.

3. Типы химических связей в молекулах органических соединений: ковалентные, ионные, донорно-акцепторные, водородные. Простые и кратные связи, гибридизация.

4. Механизмы реакций органических соединений. Гомолитический и гетеролитический разрыв связи.

5. Гомологический ряд алканов, номенклатура и изомерия. Построение названий органических соединений в соответствии с правилами номенклатуры ИЮПАК. Строение алканов.

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

7. Химические свойства алканов. Реакции радикального замещения SR. Относительная стабильность алкильных радикалов. Индуктивный эффект. Галогенирование (фторирование, хлорирование, бромирование, иодирование).

8. Сульфохлорирование, сульфоокисление и нитрование алканов.  Окисление алканов. Термический и каталитический кренинг. Дегидрирование алканов. Применение алканов.

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

10. Методы получения алкенов: термический крекинг, дегидрирование алканов, дегидрогалогенирование алкилгалогенидов, дегидратация спиртов, дегалогенирование виц-дигалогеналканов, восстановление алкинов. Физические свойства алкенов.

11. Химические свойства алкенов. Гомогенное и гетерогенное гидрирование. Реакции электрофильного присоединения АdЕ. Правило Марковникова. Галогенирование, сопряженное присоединение, гидрогалогенирование.

12. Окисление алкенов до диолов (реакция Вагнера), эпоксидов, карбонильных соединений, карбоновых кислот. Радикальные реакции алкенов: присоединение бромоводорода по Харашу, галогенирование в аллильное положение. Аллильный радикал. Мезомерный эффект.

13. Полимеризация алкенов. Радикальная, ионная и металлокомплексная полимеризация. Применение алкенов.

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

15. Способы получения 1,3-алкадиенов. Физические свойства 1,3-алкадиенов.

16. Химические свойства 1,3-диенов. 1,2- и 1,4-присоединение. Гидрирование. Галогенирование и гидрогалогенирование, кинетический и термодинамический контроль.

17. Реакция Дильса-Альдера (диеновый синтез). Полимеризация 1,3-алкадиенов, сополимеризация диенов с другими мономерами — стиролом, акрилонитрилом. Натуральный и синтетический каучуки.

18. Гомологический ряд алкинов, номенклатура и изомерия. Строение алкинов, sp-гибридизация. Методы синтеза алкинов: получение ацетилена пиролизом метана, алкилирование ацетилена, из дигалогенпроизводных. Физические свойства алкинов.  

19. Химические свойства алкинов. Гидрирование. Реакции электрофильного присоединения: галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация (реакция Кучерова), присоединение спиртов и  карбоновых кислот.

20. СН-кислотность терминальных алкинов. Ди-, три- и тетрамеризация ацетилена. Применение алкинов.

21. Гомологический ряд бензола. Номенклатура. Строение бензола  Понятие об ароматичности. Правило Хюккеля. Критерии ароматичности.

22. 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, дегидрирование циклоалканов). Физические свойства аренов. Токсичность и канцерогенность аренов.

23. Каталитическое гидрирование аренов. Фотохимическое хлорирование бензола.  Окисление алкилбензолов. Радикальные реакции замещения в боковой цепи алкилбензолов (галогенирование, нитрование).

24. Реакции электрофильного замещения в аренах. Общие представления о механизме реакции. Влияние природы заместителя на направление и скорость реакций электрофильного замещения (ориентанты I и II рода).

25. Согласованная и несогласованная ориентация двух или нескольких заместителей в ароматическом ядре.

26. Реакции ароматического электрофильного замещения: нитрование, сульфирование, галогенирование.

27. Реакции ароматического электрофильного замещения: алкилирование и ацилирование по Фриделю-Крафтсу.

28. Гидроксипроизводные углеводородов. Гомологический ряд, классификация, номенклатура и изомерия. Физические свойства спиртов.

29. Методы синтеза спиртов (из алкенов,  галогеналканов, карбонильных соединений, карбоновых кислот). Методы синтеза этанола (оксосинтез, гидролиз целлюлозы, спиртовое брожение) и метанола (окисление метана, оксосинтез).

30. Химические свойства спиртов. Спирты как ОН-кислоты. Спирты как основания Льюиса (образование оксониевых солей). Нуклеофильное замещение гидроксильной группы на галоген. Этерификация. Дегидратация спиртов. Окисление спиртов. Важнейшие представители одноатомных спиртов. Применение.

31. Двухатомные и трехатомные спирты. Номенклатура и изомерия. Физические свойства. Химические свойства: кислотность, образование хелатов, замещение гидроксильных групп на галоген, образование сложных эфиров с неорганическими и органическими кислотами. Применение.

32. Фенолы. Номенклатура. Гомологический ряд фенола. Методы синтеза фенолов (щелочное плавление солей сульфокислот, кумольный  способ получения фенола). Физические свойства.

33. Фенолы как ОН-кислоты, сравнение с алифатическими спиртами, влияние заместителей в бензольном ядре на кислотность фенолов. Получение простых и сложных эфиров фенолов.

34. Реакции электрофильного замещения в ароматическом ядре фенолов: галогенирование, нитрование, сульфирование, алкилирование и ацилирование фенолов.

35. Карбоксилирование фенолятов щелочных металлов. Конденсация с альдегидами. Фенолформальдегидные смолы. Окисление фенолов. Гидрирование.

36. Альдегиды и кетоны.  Изомерия и номенклатура. Методы получения альдегидов и кетонов (окисление спиртов, пиролитическая кетонизация солей карбоновых кислот, гидролиз геминальных дигалогенпроизводных, гидратация алкинов, оксосинтез). Получение ароматических альдегидов и кетонов окислением алкилбензолов, реакциями ацилирования. Физические свойства альдегидов и кетонов.

37. Химические свойства. Строение карбонильной группы. Влияние строения углеводородного радикала на активность карбонильной группы. Реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе: взаимодействие с водой, спиртами, бисульфитом натрия, пятихлористым фосфором, аминами, гидроксиламином, гидразином, фенилгидразином, образование циангидринов.

38. Одноосновные  карбоновые кислоты. Номенклатура и изомерия. Способы получения: окисление первичных спиртов и альдегидов, гидролиз нитрилов. Промышленные методы получения: окисление парафиновых и ароматических углеводородов.  Физические свойства карбоновых кислот.

39. Химические свойства. Строение карбонильной группы и карбоксилат-иона. Ассоциация и диссоциация карбоновых кислот. Влияние на кислотность строения углеводородного радикала и заместителей в бензольном ядре.

40. Галогенангидриды и ангидриды кислот. Строение, методы получения. Взаимодействие с нуклеофильными реагентами (вода, спирты, амины, карбоновые кислоты).

41. Сложные эфиры. Строение и методы получения (этерификация, ацилирование спиртов и алкоголятов). Свойства сложных эфиров: гидролиз, перэтерификация, амминолиз.

42. Амиды кислот. Свойства амидов: гидролиз, дегидратация.

43. Нитрилы. Строение и методы получения. Химические свойства: гидролиз, алкоголиз, восстановление до аминов.

44. Амины. Классификация, номенклатура и изомерия. Методы синтеза: алкилирование аммиака и аминов алкилгалогенидами, восстановление нитросоединений и нитрилов.

45. Алифатические амины. Физические свойства. Строение аминогруппы. Основность аминов. Сравнение основности первичных, вторичных и третичных аминов. Протонирование алифатических аминов.

46. Ароматические и алкилароматические амины. Сравнение основности с алифатическими аминами. Влияние на основность заместителей в ароматическом ядре. Образование солей.  

Производные карбонильных соединений

Направляющий эффект заместителей в реакциях электрофильного замещения в ароматическом ряду

Арены и их производные

Реакция Дильса-Альдера