Studenti budou umět:

mechanismy základních typů organických reakcí

popsat stereochemický průběh reakcí

odhadnout reaktivitu vícefunkčních organických sloučenin na základě jejich struktury

navrhnout vícekrokovou syntézu jednoduchých mono- a difunkčních sloučenin

chemické vlastnosti základních prekursorů přírodních látek a heterocyklických sloučenin

Students will be able to:

write mechanisms of reactions in organic chemistry

describe stereochemistry of chemical transformations

estimate reactivity of polyfunctional compounds on the bases of structure

plan two- or three-step synthesis of target compound

know chemical properties of basic building blocks of natural and heterocyclic compounds

Předmět je zakončen zkouškou, která se skládá z písemné a ústní části. Student může přistoupit ke zkoušce z Organické chemie II poté, co získal zápočet na cvičeních z Organické chemie II.

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

Z: J. McMurry: Organická chemie, český překlad 8. vydání, VUT Brno, VŠCHT Praha, 2015. 9788070809303

R: J. McMurry: Organic Chemistry, 8. Edition, Brooks/Cole, Belmont, CA, USA, 2012. 9780840054449

PODROBNÉ SYLABY:

1. Organické reakce. Základní rozdělení reakcí (adice, substituce, eliminace, přesmyky), oxidace a redukce v organické chemii, oxidační čísla, rozdělení činidel, typy štěpení vazeb, reakční mechanismy, reakční meziprodukty, teorie transitního stavu, reakční koordináta, DG a DG# (vliv na rychlost a rovnováhu), acidobazické rovnováhy.

2. Nukleofilní substituce na nasyceném atomu uhlíku. Mechanismus, stereochemie, závislost na struktuře, substrátu, odstupující skupině, rozpouštědle, konkurenční reakce.

Příprava alkoholů, etherů, epoxidů, thiolů, esterů, alkylace amoniaku, aminů a sirných derivátů, Gabrielova syntéza aminů, příprava alkylhalogenidů z alkoholů (s využitím halogenovodíků a halogenidů anorganických kyselin), převedení alkoholů na sulfonáty (mesyláty, tosyláty), sulfonáty jako odstupující skupiny, štěpení etherů, otevírání epoxidů. Tvorba C-C vazby alkylačními reakcemi - příprava nitrilů, reakce organokuprátů s alkyl, alkenyl a arylhalogenidy.

3. Eliminační reakce. E2 a E1 eliminace, vztah k nukleofilní substituci, dehydrohalogenace, Zajcevovo pravidlo, vliv velikosti báze, stereochemie, Hofmannova eliminace, Copeho štěpení, pyrolýza acetátů. Dehalogenace, dehydratace, eliminace při solvolýze (E1), tvorba alkynů, nitrily dehydratací aldoximů. Přesmyky pinakolinový a Beckmanův.

4. Nukleofilní adice k nenasycenému atomu uhlíku. Hydratace karbonylové skupiny, acetaly, ketaly (opakování). Adice amoniaku a aminů, hydroxylaminu a hydrazinu na aldehydy a ketony. Kyanhydriny a aminonitrily. Reakce zahrnující alfa-vodík: Kysele a bazicky katalyzovaná enolizace, stabilita enolů, alfa-halogenace aldehydů a ketonů, haloformová reakce, důsledky enolizace (výměna vodíků v alfa-poloze s rozpouštědlem, racemizace chirálního centra na alfa-uhlíkovém atomu, aldolizace aldehydů, aldolová kondenzace ketonů, smíšená aldolová kondenzace, alkylace enolátů). Redukce aldehydů a ketonů (opakování), reduktivní aminace, Wittigova reakce. Konjugovaná adice na alfa,beta-nenasycené karbonylové sloučeniny - adice halogenovodíků, alkoholů, thiolů a aminů. Michaelova adice, adice organokuprátů.

5. Nukleofilní substituce na nenasyceném atomu uhlíku. Připomenutí transformací funkčních derivátů karboxylových kyselin (acylhalogenidů, esterů, anhydridů), laktony a laktamy. Claisenova kondenzace, smíšená Claisenova kondenzace, kondenzace esterů s ketony, Dieckmannova kondenzace. Acetocetátová a malonátová syntéza.

6. Amidy karboxylových kyselin - Hofmannovo odbourání, heterokumuleny (isokyanáty, keteny) a adice nukleofilů na ně. Reakce funkčních derivátů karboxylových kyselin s organokovovými sloučeninami. Redukce funkčních derivátů karboxylových kyselin komplexními hydridy. Hydrolýza funkčních derivátů karboxylových kyselin, hydrolýza nitrilů - syntéza karboxylových, amino- a hydroxykyselin. Základní funkční deriváty uhličité kyseliny.

7. Nukleofilní substituce aromatických sloučenin. Příprava a reakce diazoniových solí, jejich syntetické využití. Aromatická nukleofilní substituce (adičně-eliminačni a eliminačně-adiční mechanismus).

8. Elektrofilní adice k nenasyceným systémům. Adice halogenovodíků na alkeny a alkyny, hydratace alkenů a alkynů (opakování + rozšíření), hydroxymerkurace, hydroborace, hydroborace/oxidace, adice halogenů, tvorba halogenhydrinů, epoxidace alkenů, dihydroxylace, ozonolýza. Karbeny a cyklopropanace včetně Simmons-Smithovy reakce.

9. Elektrofilní substituce na nenasyceném atomu uhlíku. Aromatická elektrofilní substituce - substituce do druhého stupně (mechanismus), srovnání benzenu, naftalenu, pyrrolu, furanu, thiofenu a pyridinu, kinetické a termodynamické řízení.

10. Radikálové reakce. Tvorba radikálů, struktura, stabilita, radikálová halogenace, selektivita. Halogenace do allylové a benzylové polohy. Radikálové adice HBr (opakování) a RSH.

11. Oxidace a redukce (připomenutí probraného a rozšíření). Oxidace - postranního řetězce aromátů, alkoholů, štěpení 1,2-diolů HIO4, chinony, oxidace sloučenin síry a dusíku, Baeyer-Villigerova oxidace. Redukce alkenů, alkynů, parciální redukce alkynů, Birchova redukce, redukce aldehydů, ketonů, karboxylových kyselin a jejich derivátů (Wolff-Kižněr, Clemmensen, redukční zdvojení - pinakol, acyloinová kondenzace, redukce komplexními hydridy, DIBAH a BH3). Cannizzarova reakce. Redukce nitrosloučenin na aminy, redukce disulfidů a sulfonylchloridů na thioly.

12. Aminokyseliny, peptidy. Typy aminokyselin, kódované aminokyseliny, příklady strukturních typů kódovaných aminokyselin, acidobazické rovnováhy, isoelektrický bod, syntézy (Streckerova syntéza, alkylace acetamidomalonátů). Chemie - chování alfa-aminokyselin při zahřívání, estery, acylace. Analýza peptidů - aminokyselinová analýza, sekvenční analýza (využití Sangerova činidla, dansylace, Edmanovo odbourávání). Syntéza peptidů - chránění (Z, BOC, CH2Ph ester), DCCI, syntéza na pevné fázi.

13. Sacharidy. Struktura, stereochemie, konfigurace, cyklické formy, mutarotace, výstavba a odbourávání sacharidů, oxidace a tvorba laktonů, redukce, epimerizace, estery, ethery, glykosidy, disacharidy - redukující a neredukující, polysacharidy (škrob, celulóza).

14. Heterocykly - základní typy pěti a šestičlenných heterocyklů, aromaticita (opakování). Příprava a reaktivita pětičlenných heterocyklů a indolu. Šestičlenné dusíkaté heterocykly - pyridin, chinolin, isochinolin, principy syntézy. Bazicita, reakce na dusíku, elektrofilní a nukleofilní substituční reakce. Principy struktury nukleových bází, nukleotidů, nukleových kyselin, párování bází.

PODROBNÉ INFORMACE O UKONČENÍ PŘEDMĚTU:

Student může přistoupit ke zkoušce za následujících podmínek:

1. Úspěšně složil zkoušku z Organické chemie I

2. Získal zápočet ze semináře Organické chemie II.

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 minimálně 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 souhrnný zápočtový test, 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 pouze jednou, a to v jednom ze dvou oficiálních termínů vypisovaných ústavem (zpravidla v prvních třech 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 II s větším časovým odstupem, musí zápočet získat znovu podle výše uvedených pravidel.

Zkouška z Organické chemie II se skládá z písemné a ústní části. Zkoušková písemka trvá 120 min. a je klasifikována 100 body. Podmínkou účasti na písemné zkoušce je zápočet zapsaný v indexu. Kontrola zápočtu probíhá před začátkem písemné části zkoušky. Podmínkou postupu k ústní zkoušce je, aby student získal ze zkouškové písemky alespoň 50 bodů. Pokud tuto podmínku student nesplnil, je klasifikován známkou "F". Pokud student neuspěje u ústní zkoušky, musí znovu opakovat i zkouškovou písemku bez ohledu na výsledek té předchozí.

Pokud se student ze závažných důvodů nestihl odhlásit ze zkoušky, může se omluvit bez zbytečného odkladu přímo zkoušejícímu. V tomto případě vždy uvede důvod nepřítomnosti na zkoušce. Neomluvená neúčast nebo neuznaná omluva nepřítomnosti u zkoušky se hodnotí klasifikací "F".

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

Organizace zkoušek:

8:30 - 10:30 Písemná část zkoušky; probíhá ve velké posluchárně. Informace, kdy a kde se bude konat ústní část zkoušky, bývá zveřejněna obvykle předchozí den odpoledne na webové stránce ústavu (http://uoch.vscht.cz).

10:30 - 14:00 Opravování písemné části zkoušky; výsledky jsou postupně zveřejňovány ve studentském informačním systému, případně na nástěnkách ústavu.

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.

1. Organic reactions. Basic classification (addition, substitution, elimination), oxidation and reduction in organic chemistry, oxidation numbers, classification of reagents, the ways of the splitting of chemical bond, reaction mechanism, reaction intermediates, the theory of transition state, reaction coordinate, DG a DG# and their influence on the reaction rate and on the reaction equilibrium.

2. Nucleophilic substitution on saturated carbon atom. Mechanism and stereochemistry and their dependence on the structure of substrate, leaving group and solvent. Competitive reactions. Preparation of alcohols, ethers, thiols, esters, alkylation of ammonia, amines and sulfur derivatives. Gabriel synthesis of amines, preparation of alkylhalides from alcohols using hydrogen halides or halides of inorganic acids, transformation of alcohols to the sulfonates (methanesulfonates and tosylates), sulfonates as the leaving groups, cleavage of ethers, opening of an epoxide ring. Formation of C-C bond by alkylation reactions - preparation of nitriles, reaction of organocooper reagents with alkyl-, alkenyl- and arylhalides.

3. Elimination reactions. E1 and E2 mechanism, relation to the nucleophilic substitution, dehydrohalogenation, Zaitsev's rule, influence of the bulkiness of the base, stereochemistry of the elimination reactions, Hofmann elimination, dehalogenation, dehydration, elimination during the solvolysis (E1), formation of alkynes, nitriles from dehydration of aldoximes, pinakol and Beckman rearrangements.

4. Nucleophilic addition to unsaturated carbon atom. Hydration of carbonyl group in aldehydes and ketones, acetals and ketals (revision). Addition of ammonia, amines, hydroxylamine and hydrazine to the carbonyl group of aldehydes and ketones. Cyanohydrines and aminonitriles. Reactions involving alpha-hydrogen: Acid and base catalyzed enolization, stability of enols, alpha-halogenation of aldehydes and ketones, haloform reaction, consequences of enolization (exchange of alpha-hydrogen atoms with solvent, racemization of chiral centre on the alpha-carbon atom, aldolization of aldehydes , aldol condensation of ketones, mixed aldol condensation, alkylation of enolates). Reduction of aldehydes and ketones (revision), reductive amination, Wittig reaction. Conjugate addition to alpha, beta-unsaturated carbonyl compounds - addition of hydrogen halides, alcohols, thiols and amines, Michael addition, addition of organocooper reagents.

5. Nucleophilic substitution on the unsaturated carbon atom. Revision of the transformations of functional derivatives of carboxylic acids (acylhalides, esters, anhydrides), lactones and lactames. Claisen condensation, mixed Claisen condensation, condensation of esters with ketones, Dieckmann condensation. Malonic ester synthesis and acetoacetic ester synthesis.

6. Amides of carboxylic acids - Hofmann rearrangement, heterocumulenes (isocyanates, ketenes) and addition of nucleophiles on them. Reaction of functional derivatives of carboxylic acids with organometallic compounds. Reduction of functional derivatives of carboxylic acids using complex hydrides. Hydrolysis of functional derivatives of carboxylic acids, hydrolysis of nitriles - synthesis of carboxylic-, amino- and hydroxy acids.

7. Nucleophilic substitution on aromatic compounds. Preparation and reactivity of aromatic diazonium salts, their use in organic synthesis. Aromatic nucleophilic substitution (addition-elimination and elimination-addition mechanism).

8. Electrophilic addition to unsaturated systems. Addition of hydrogen halides to alkenes and alkynes, hydration of alkenes and alkynes (revision and extension), hydroboration, hydroboration/oxidation, addition of halogens, formation of halohydrines, epoxidation, dihydroxylation and ozonolysis of alkenes. Carbenes and cyclopropanation including Simmons-Smith reaction.

9. Electrophilic substitution on unsaturated carbon atom. Aromatic electrophilic substitution - introduction of second substituent (mechanism), comparison of benzene, naphthalene, pyrrole, furan, thiophene and pyridine.

10. Radical reactions. Formation of radicals, structure and stability of radicals. Radical halogenation of alkanes and its selektivity, Halogenation to allylic and benzyl position. Radical addition of HBr (revision) and RSH to alkenes.

11. Oxidation and reduction (revision and extension). Oxidation - oxidation of side chain on the aromatic ring, alcohols, spliting of 1,2-diols with HIO4, quinones. Oxidation of sulphur compounds and amines, Bayer-Villiger oxidation. Reduction - Birch reduction, reduction of alkynes to alkenes. Reduction of aldehydes, ketones, carboxylic acid and their derivatives (Wolff-Kishner, Clemmensen, reductive dimerization - pinacol reaction, acyloin condensation, reduction using complex hydrides, DIBAH and BH3). Cannizzaro reaction. Reduction of nitrogen and sulphur derivatives (nitro compounds, disulfides, sulfonic acids).

12. Amino acids and peptides. Classification of amino acids, coded amino acids, structural types of coded amino acids, acido-basic equilibrium, isoelectric point, synthesis (Strecker synthesis, alkylation of acetamidomalonate). Chemistry of amino acids - behavior of alpha-amino acids on heating, esters of amino acids, acylation of amino acids. Analysis of peptides - amino acid analysis, sequence analysis (Sanger's reagent, dansylation, Edman degradation). Synthesis of peptides - protective groups (Z, Boc, benzyl and t-butyl ester), formation of peptide bond (DCCI, solid phase synthesis).

13. Carbohydrates. Structure, stereochemistry, configuration, cyclic forms, mutarotation, Kiliani–Fischer synthesis, Wohl degradation, oxidation and formation of lactones, reduction and epimerization of carbohydrates, glycosides. Disaccharides - reducing and non-reducing, polysaccharides (starch, cellulose).

14. Heterocycles - basic types of five- and six-membered heterocycles, aromaticity. Preparation and reactivity of five-membered heterocycles and of indole. Six-membered heterocycles containing nitrogen - pyridine, quinoline, isoquinoline, principle of their synthesis. Basicity, reactions on nitrogen, electrophilic and nucleophilic substitution reactions. Principles of nucleobases, nucleotides, nucleic acids; base pairing.

1. Organické reakce, rozdělení, reakční mechanismy, acidobazické rovnováhy.

2. Nukleofilní substituce na nasyceném atomu uhlíku. Mechanismus, stereochemie, využití.

3. E1 a E2 eliminace. Mechanismus, stereochemie, využití.

4. Nukleofilní adice k nenasycenému atomu uhlíku.

5. Nukleofilní substituce na nenasyceném atomu uhlíku.

6. Amidy karboxylových kyselin.

7. Nukleofilní substituce aromatických sloučenin.

8. Elektrofilní adice k nenasyceným systémům.

9. Elektrofilní substituce na nenasyceném atomu uhlíku.

10. Radikálové reakce. Halogenace, adice HBr a thiolů.

11. Oxidace a redukce.

12. Aminokyseliny, peptidy. Struktura, chemické vlastnosti, syntéza.

13. Sacharidy. Struktura, stereochemie, chemické vlastnosti.

14. Heterocykly. Základní typy pěti a šestičlenných heterocyklů, příprava, reaktivita.

1. Organic reactions, types, mechanisms, acid-base equilibrium.

2. Nucleophilic substitution on saturated carbon. Mechanism, stereochemistry, applications.

3. Elimination E1 and E2. Mechanism, stereochemistry, application.

4. Nucleophilic addition on unsaturated carbon.

5. Nucleophilic substitution on unsaturated carbon.

6. Carboxamides.

7. Nucleophilic substitution on aromatic compounds.

8. Electrophilic additions on unsaturated systems.

9. Electrophilic substitution on unsaturated systems.

10. Radical reactions, halogenation, additions of HBr and thiols.

11. Oxidation and reduction.

12. Aminoacids, peptides. Structure, chemical properties, synthesis.

13. Carbohydrides. Structure, stereochemistry, chemical properties.

14. Heterocycles. Basic types of five and six membered heterocycles, synthesis and reactivity.

Elektronická cvičebnice: https://och.vscht.cz

Electronic workbook: https://och.vscht.cz

Organická chemie I

Organic Chemistry I