Studenti budou umět:

Nomenklaturu organických sloučenin

Stereochemii organických sloučenin, znázorňování struktur organických sloučenin.

Základní typy reakcí organických sloučenin a jejich mechanismy.

Základní pojmy z chemické kinetiky a chemických rovnováh.

Strukturu a reaktivitu uhlovodíků a jejich derivátů.

Z: Svoboda a kol.: Organická chemie I, Nakladatelství VŠCHT, 2005. 8070805617

Z: J. McMurry: Organická chemie, český překlad 6. vydání, VUT Brno, VŠCHT Praha, 2007. 9788070806371

Elektronická cvičebnice: http://ich.vscht.cz/projects/och

1. Úvod do organické chemie. Teorie vazeb: základní pojmy: orbitaly, valenční teorie (hybridizace sp3: methan, ethan, sp2: ethen, sp: ethyn), základy teorie MO. Znázorňování chemické struktury (vzorce rozvinuté, racionální, čárové, perspektivní). Hlavní třídy organických sloučenin. Základy nomenklatury. Acidobazická teorie (Bronstedt, Lewis). Odvození pKa, acidita organických sloučenin.

2. Elektronegativita atomů. Formální oxidační číslo v organických sloučeninách. Dipólový moment. Druhy vazeb: kovalentní, polární kovalentní, iontová. Homolytické a heterolytické štěpení vazeb. Karbokation, karbanion, radikál. Stabilita karbokationtů a radikálů. Hyperkonjugace, elektronové efekty: induktivní a rezonanční. Vliv substituentů na polarizaci dvojné vazby (vysvětlení z hlediska induktivního a resonančního efektu). Rezonance, zobrazování rezonančních struktur. Rozdělení a způsoby zakreslování mechanismů organických reakcí.

3. Alkany a cykloalkany. Struktura, fyzikální vlastnosti, syntézy z alkenů, arenů, acylarenů a halogenalkanů. Isomerie, rozdělení isomerů, konstituční isomerie. Konformace alkanů (ethan, butan, perspektivní vzorce a Newmanova projekce) a cykloalkanů (cyklohexan � perspektivní vzorce). Cyklopropan, cyklobutan: torzní pnutí; cyklohexan: sterické pnutí, židličková a vaničková konformace. Konformační rovnováha monosubstituovaných a 1,2-, 1,3- a 1,4-disubstituovaných derivátů cyklohexanu, role cis/trans konfigurace. Další způsoby zakreslování cyklických sloučenin (Haworthova projekce). Reaktivita alkanů - radikálová substituce (chlorace a bromace): mechanismus reakce, vznik radikálů, regioselektivita halogenace).

4. Halogenalkany: struktura, fyzikální vlastnosti, syntézy z alkanů a alkoholů. Nukleofilní substituce - mechanismus SN1 a SN2. Energetický průběh reakce. Vliv substrátu (struktura), nukleofilu (pojem nukleofilita), odstupující skupiny a rozpouštědla (protické/aprotické) na mechanismus. Příklady využití SN v syntéze (příklady O-nukleofilů: voda, hydroxid, alkoholy, alkoxidy, N-nukleofilů: amoniak, aminy, azid, C-nukleofilů: kyanid, acetylid).

5. Stereochemie, chiralita: sekvenční pravidla, R/S nomenklatura, perspektivní vzorce, Fischerova projekce (obousměrné překreslování). Optická aktivita, enantiomer, diastereoisomer, racemát, mesoforma. Absolutní a relativní konfigurace (erythro/threo). Stereochemický průběh SN reakcí. Eliminace jako konkurenční reakce SN, mechanismus E1 a E2, vztah mezi bazicitou a nukleofilitou. Dehydrohalogenace a dehalogenace. Regioselektivita dehydrohalogenačních reakcí (Zajcevovo pravidlo).

6. Organokovové sloučeniny: organohořečnatá (Grignardova) a organilithná činidla. Příprava z halogenderivátů - přepólování („umpolung“). Struktura a vlastnosti. Organokovy jako báze (soli alkanů) - reakce se sloučeninami s kyselým vodíkem. Organokovy jako nukleofily - adiční reakce na karbonylovou skupinu. Komplexní hydridy jako vodíkové analogy organokovových sloučenin (LiAlH4, NaBH4).

7. Alkeny � struktura, fyzikální vlastnosti, syntézy z halogenalkanů a alkoholů. E/Z nomenklatura. Elektrofilní adice na dvojnou vazbu: adice halogenvodíku, H2SO4 a vody za katalýzy H2SO4 (regioselektivita � Markovnikovovo pravidlo), adice halogenu (stereoselektivita) a halogenu s participací rozpouštědla (voda, alkoholy). Relativní a absolutní konfigurace (erythro/threo), diastereisomer, racemát, mesosloučenina. Radikálové reakce: adice HBr (Kharash), hydrogenace, radikálové halogenace do allylové polohy (NBS). Příklady vinylových polymerů.

8. Alkyny � struktura, fyzikální vlastnosti, syntézy z dihalogen- a tetrahalogenalkanů, terminálních alkynů a ethynu. Acidita terminálních alkynů. Příprava a alkylace acetylidů. Reakce na trojné vazbě: hydrogenace (H2 na Pd/C a na Lindlarově katalyzátoru). Adice elektrofilů: halogenu (1, resp. 2 moly), halogenvodíku (1, resp. 2 moly). Adice vody - oxo-enol tautomerie.

9. Konjugace, konjugované systémy. Allylový a benzylový radikál a kation, stabilita, rezonanční struktury, reaktivita (SR, SN). Dieny - struktura: kumulované (allen) a konjugované (stereochemie, S-cis/S-trans). Fyzikální vlastnosti, syntézy z dihalogenalkanů. Kinetické a termodynamické řízení reakce (mechanismus pouze u adice halogenvodíků). Dielsova-Alderova cykloadiční reakce. Příklady dienofilů (E a Z). Příklady dienových polymerů.

10. Areny, nomenklatura. Struktura a fyzikální vlastnosti. Podmínky aromaticity, Hückelovo pravidlo. Rezonanční struktury. Aromatické elektrofilní substituce � obecný mechanismus, energetický průběh reakce. Halogenace, nitrace, sulfonace. Friedelova-Craftsova alkylace (přesmyk karbokationtu) a acylace. Direktivní vlivy substituentů na benzenu, vysvětlení na základě elektronových efektů. Reakce v postranním řetězci - radikálová halogenace, oxidace na karboxylovou kyselinu, redukce (acyl na alkyl - Clemmensen, acyl na hydroxyderivát) a redukce nitrobenzenu na anilin.

11. Alkoholy a fenoly: struktura, fyzikální vlastnosti, syntézy z halogenalkanů, alkenů, aldehydů, ketonů, karboxylových kyselin a jejich derivátů, pomocí organokovových činidel. Acidobazické vlastnosti - srovnání acidity. Alkoholy jako kyseliny, příprava alkoxidů. Alkoxidy jako nukleofily (SN - Williamsonova syntéza etherů) a báze (E). Alkoholy jako báze - protonizace (reakce s halogenvodíky a H2SO4), dehydratace alkoholů, jednoduché přesmyky karbokationtů (neopentylový typ). Oxidace alkoholů na aldehydy a ketony (PCC, PDC), primárních alkoholů na karboxylové kyseliny (KMnO4, H2CrO4). Ethery: struktura, fyzikální vlastnosti, syntézy z alkoxidů a halogenalkanů, oxoniové soli, štěpení etherů. Epoxidy - pouze struktura.

12. Karbonylové sloučeniny - aldehydy a ketony, struktura a fyzikální vlastnosti, syntézy z alkoholů a arenů. Místo ataku kyseliny, báze a nukleofilu. Nukleofilní adice na karbonylovou skupinu - organokovové sloučeniny, redukce komplexními hydridy (LiAlH4, NaBH4). Kysele katalyzovaná adice alkoholů - poloacetaly a acetaly (podrobný mechanismus reakce). Enolizace, vznik enolátu reakcí s bázemi (LDA).

13. Karboxylové kyseliny: struktura, fyzikální vlastnosti, acidita - vliv substituentů na aciditu. Syntézy kyselin (oxidace alkoholů a aldehydů, nitrilová a Grignardova syntéza). Funkční deriváty karboxylových kyselin: chloridy, anhydridy, estery, amidy a nitrily. Syntéza acylchloridů. Fischerova esterifikace a kyselá hydrolýza esteru - podrobný mechanismus. Vzájemné transformace funkčních derivátů - vysvětlení a mechanismus (tetraedrický meziprodukt). Bazická hydrolýza funkčních derivátů. Příprava nitrilů dehydratací amidů.

14. Aminy - struktura, fyzikální vlastnosti, syntéza redukcí azidů, amidů a nitrilů; využití kalium-ftalimidu. Bazicita (srovnání s amoniakem), reakce aminů jako bází. Aminy jako nukleofily - alkylace a acylace aminů.

1. Úvod. Základní pojmy teorie vazeb. Znázorňování chemické struktury. Hlavní třídy organických sloučenin, základy nomenklatury.

2. Oxidační číslo. Vazby a částice v organické chemii. Elektronové efekty. Rezonance. Způsoby zakreslování mechanismů organických reakcí.

3. Alkany a cykloalkany, struktura, konstituční isomerie. Konformace a konfigurace alkanů a cykloalkanů. Radikálová substituce alkanů.

4. Halogenalkany. Fyzikální a chemické vlastnosti, nukleofilní substituce, vliv struktury substrátu a nukleofilu.

5. Organická stereochemie. Stereochemie SN substitučních reakcí. Dehydrohalogenace, dehalogenace. Eliminační reakce.

6. Organokovové sloučeniny (pouze Mg a Li). Struktura a vlastnosti organokovů. Alkylační a adiční reakce organokovových sloučenin.

7. Alkeny - struktura, fyzikální vlastnosti, E/Z-nomenklatura. Elektrofilní adice na dvojnou vazbu a jejich stereochemie. Radikálové adice. Polymerace.

8. Alkyny � struktura a vazba, kyselost, alkylace aniontu. Adice elektrofilů, oxo-enol tautomerie. Kyseliny a báze. Acidita organických sloučenin.

9. Konjugované systémy vazeb. Dieny, typy, stereochemie. Konjugované dieny, 1,2- a 1,4-adice HX a X2. Diels-Alderova reakce. Polymerace dienů.

10. Areny, aromaticita. Aromatická elektrofilní substituce, direktivní vlivy substituentů. Reakce v postranním řetězci, radikálová halogenace.

11. Alkoholy a fenoly - struktura, acidobazické vlastnosti. Reakce alkokolů halogenovodíky, dehydratace a oxidace alkoholů. Ethery a jejich reaktivita.

12. Karbonylové sloučeniny. Adice na karbonylovou skupinu - organokovy, redukce hydridy, adice nukleofilů - acetaly. Enolizace, enoláty.

13. Karboxylové kyseliny, struktura, acidita. Nukleofilní acylová substituce � transformace kyselin, chloridů, anhydridů a esterů kyselin.

14. Aminy jako substituční deriváty amoniaku - struktura, bazicita, nukleofilita. Reakce aminů jako bází a nukleofilů.

1. Introduction, main classes of organic compounds, principles of the systematic nomeclature.

2. Constitutional, conformational and configurational isomerism. Optical isomerism, types of projections, principles of nomenclature, stereodescriptors.

3. Types of bonding in organic compounds. Reactive particles in organic chemistry: carbocations, radicals, their stabilization. Acidity and basicity.

4. Alkanes, cycloalkanes. Physical and chemical properties (homolytic substitution reactions, halogenation, nitration, sulfochlorination, partial oxidation).

5. Alkenes. Physical and chemical properties. Electrophilic and radical addition reactions, regioselectivity and stereochemistry of.

6. Dienes, structural types, conformational and optical isomerism. Electrophilic and radical addition reactions, kinetic and thermodynamic controll. Cycloaddition reactions, principles. Alkynes, structure, acidity, addition reactions.

7. Arenes. Structure, aromaticity. Physical properties. Electrophilic substitution, mechanism and types of reaktion (deuteration, halogenation, nitration, sulfonation, Friedel-Crafts reaktions. Regioselectivity of SE, influence of substituents. Oxidation and reduction of arenes.

8. Haloalkanes a hydroxy derivátives. Physical properties. Nucleophilic substitution SN1 and SN2, stereochemical consequences, factors influencing the course of SN reactions.

9. The side reactions during SN reactions - elimination reactions (Saytzeff´s rule, dehydrohalogenation, dehalogenation), stereochemistry of, the context of SN and E reactions.

10. Organometallic compounds of Mg, Li, Zn, and Cu. Structure, Umpolung. Formation and application of organometallic compounds in addition and alkylation reactions. Principles of retrosynthetic analysis.

11. Alcohols, phenols, structure physicla properties. Oxo-enol tautomerism, acidity of alcohols and phenols. Dehydration of alcoholů and diols, molekular rearrangements. Formation of ethers and esters. Phenols, SE. Sulphur analogues of alcohols and ethers.

12. Aldehydes and ketones. Structure, physical properties. Nucleophilic addition reactions (addition of O, N, a S-nucleophiles; acetals, imines, oximes, hydrazones.

13. Acidity of carbonyl compounds, enolisation, enolates: SE, aldolization and aldol condensation.

14. Carboxylic acids. Structure, acidity. Salts of acids. Principles of nuclephilic acyl substitution, esterifiction. Decarboxylation. Functional derivatives of carboxylic acids, structure and reactivity.

Obecná a anorganická chemie I

Předmět je zakončen zkouškou. Student může přistoupit ke zkoušce z Organické chemie I po splnění následujících podmínek:

1. Úspěšně složil zkoušku z Obecné a anorganické chemie I nebo z Obecné a anorganické chemie pro bakaláře

2. Získal zápočet ze semináře z Organické chemie I.

Zápočet uděluje vyučující na semináři na základě výsledků práce studenta během semestru. Ta se kontroluje dvěma průběžnými testy zaměřenými na probranou látku (test T1 a T2, délka trvání testu je 50 minut, každý je hodnocen maximálně 100 body). Testy se píší na semináři během semestru (zpravidla 7. a 13. týden) a zadává je vyučující. Průběžné testy se nenahrazují. K udělení zápočtu je zapotřebí získat v součtu obou testů (T1 + T2) alespoň 100 bodů. V případě, že student tato kritéria pro udělení zápočtu nesplnil, může napsat zápočtový test (test T), který zahrnuje látku za celý semestr. Zápočtový test trvá 100 minut a hodnotí se maximálně 100 body, z nichž student musí získat alespoň 50 bodů. Zápočtový test může student psát maximálně dvakrát a to pouze v oficiálních termínech (zpravidla v prvních dvou týdnech zkouškového období). Dříve získaný zápočet se uznává, ale pouze jednou a pouze v následujícím semestru (zápočet je zapotřebí nechat si znovu zapsat u svého bývalého vyučujícího na semináři nebo u nového vyučujícího, pokud student navštěvuje seminář i v probíhajícím semestru). Pokud student opakuje předmět Organická chemie I s větším časovým odstupem, musí zápočet získat znovu podle výše uvedených pravidel..

Zkouška se skládá z písemné a ústní části. Podmínkou účasti na písemné zkoušce je zápočet zapsaný v indexu. Kontrola zápočtu probíhá před začátkem písemné části zkoušky. Písemná část zkoušky trvá 120 min. a je klasifikována 100 body. Písemná zkouška má dvě části: část A, v níž lze dosáhnout 50 bodů a která obsahuje otázky ze základů organické chemie; část B, v níž lze rovněž dosáhnout 50 bodů a která obsahuje otázky odpovídající vyšší úrovni pochopení organické chemie. Je-li výsledek písemné zkoušky v části A alespoň 35 bodů a celkový součet výsledků v částech A a B dohromady alespoň 50 bodů, může student skládat ústní zkoušku. Pokud tuto podmínku student nesplnil, je klasifikován známkou "F". Pokud student neuspěje u ústní zkoušky, musí znovu opakovat i písemnou část zkoušky bez ohledu na výsledek té předchozí.

Sylaby, vzorové písemky a další materiály jsou umístěny na stránkách ústavu: http://uoch.vscht.cz.

Organizace zkoušek:

8:30 � 10:30 Písemná část zkoušky; probíhá ve velké posluchárně. Během písemné části zkoušky se studenti dozví, kdy a kde se bude konat ústní část zkoušky

10:30 � 14:00 Opravování písemné části zkoušky; výsledky jsou postupně zveřejňovány na nástěnkách ústavu a ve studentském informačním systému

13:00 � 14:00 Obvyklý začátek ústní zkoušky; pořadí studentů si určuje zkoušející. V případě, že je zkoušející zaneprázdněn, ústní zkouška se koná druhý den.