Тема 2.2. Механизмы ионных реакций
Интермедиаты ионного типа: электрофилы и нуклеофилы. Генерирование ионов. Строение ионов и их реакционная способность по отношению к органическим субстратам различных классов. Типы ионных механизмов: электрофильные и нуклеофильные, последовательные и цепные, ассоциативные и диссоциативные. Ионные механизмы в различных типах органических реакций: замещения, присоединения-элиминирования, изомеризации. Ионные реакции в промышленной химии: изомеризация алканов, каталитический крекинг, алкилирование, конденсация и др. Селективность в ионных реакциях, способы ее оценки и регулирования. Кислотно-основной катализ в ионных реакциях.
Тема 2.3. Синхронные реакции
Специфика синхронных реакций как процессов «без механизма». Электроциклические реакции, закономерности их протекания. Причины высокой селективности синхронных реакций. Правила отбора: метод корреляционных диаграмм Вудворда-Хоффмана, метод граничных орбиталей Фукуи и др.
Модуль 3
Тема 3.1. Механизмы гетерогенно-каталитических реакций
Основные стадии гетерогенно-каталитической реакции: диффузия (типы диффузии, кинетические области и кривая Зельдовича, переходы между кинетическими и диффузионными областями), адсорбция (адсорбционно-десорбционное равновесие, его параметры — адсорбционные коэффициенты, теплота адсорбции и др., физическая и химическая адсорбция, конкурентная адсорбция, адсорбированное состояние вещества и его реакционная способность), химические превращения на поверхности (латеральная диффузия и столкновения, типы кинетических механизмов на поверхности, ударные механизмы), принципы соответствия в гетерогенном катализе. Промышленные гетерогенно-каталитические реакции: дегидрирование, риформинг, окисление и др.
Тема 3.2. Механизмы металлокомплексного катализа
Металлокомплексный катализ. Комплексы переходных металлов, особенности их состава и строения. Стадии каталитического процесса с участием КПМ: замещение лиганда, внутримолекулярная перегруппировка, диссоциация и лигандный обмен. Каталитические циклы. Принципы соответствия в металлокомплексном катализе. Примеры реакций: гидрирование, окисление, гидроформилирование, изомеризация. Промышленные процессы с участием металлокомплексных катализаторов: селективное гидрирование, окисление алкенов (Вакер-процесс), гидроформилирование и гидрокарбоксилирование и др.
Тема 3.3. Механизмы межфазного и мицеллярного катализа
Мицеллярный катализ. Поверхностно-активные вещества. Мицеллообразование в водных и органических средах. Распределение реагентов в мицеллярном растворе. Природа каталитического эффекта. Межфазный катализ. Особенности химических реакций в многофазных системах. Процессы переноса через поверхности раздела фаз. Катализаторы-переносчики, механизм их действия. Перспективы комплексного использования эффектов межфазного, мицеллярного и металлокомплексного катализа в органических реакциях. Реакции эмульсионного окисления углеводородов. Механизм совместного действия поверхностно-активных веществ и комплексов переходных металлов.
6. Планы семинарских занятий.
Тема 1.2. Методы формального описания механизмов реакций (2 час.) Методы теории топологических графов. Линейные и разветвленные схемы механизмов. Цепные механизмы и циклические схемы. Количественные характеристики. Классификационные схемы.
Тема 1.3. Методы экспериментального исследования механизмов реакций (2 час.) Экспериментальные методы обнаружения интермедиатов с различным типом строения: количественный химический анализ, электрохимические методы, спектральные методы, химические ловушки. Другие методы: поляриметрия, методы изотопных меток радиоактивных индикаторов. Косвенные методы обнаружения интермедиатов по анализу интегральных кинетических уравнений.
Тема 2.1. Механизмы радикальных реакций (2 час.) Строение свободных радикалов и их реакционная способность по отношению к органическим субстратам различных классов. Типы свободнорадикальных механизмов: последовательные и цепные, линейные и разветвленные. Свободнорадикальные механизмы в различных типах органических реакций: замещения, присоединения-элиминирования, изомеризации.
Тема 2.2. Механизмы ионных реакций (4 час.) Строение ионов и их реакционная способность по отношению к органическим субстратам различных классов. Типы ионных механизмов: электрофильные и нуклеофильные, последовательные и цепные, ассоциативные и диссоциативные. Ионные механизмы в различных типах органических реакций: замещения, присоединения-элиминирования, изомеризации.
Тема 3.1. Механизмы гетерогенно-каталитических реакций (3 час.) Основные стадии гетерогенно-каталитической реакции: диффузия (типы диффузии, кинетические области и кривая Зельдовича, переходы между кинетическими и диффузионными областями), адсорбция (адсорбционно-десорбционное равновесие, его параметры — адсорбционные коэффициенты, теплота адсорбции и др., физическая и химическая адсорбция, конкурентная адсорбция, адсорбированное состояние вещества и его реакционная способность), химические превращения на поверхности (латеральная диффузия и столкновения, типы кинетических механизмов на поверхности, ударные механизмы), принципы соответствия в гетерогенном катализе.
Тема 3.2. Механизмы металлокомплексного катализа (3 час.) Стадии каталитического процесса с участием КПМ: замещение лиганда, внутримолекулярная перегруппировка, диссоциация и лигандный обмен. Каталитические циклы. Принципы соответствия в металлокомплексном катализе. Примеры реакций: гидрирование, окисление, гидроформилирование, изомеризация.
Тема 3.3. Механизмы межфазного и мицеллярного катализа (2 час.) Мицеллообразование в водных и органических средах. Распределение реагентов в мицеллярном растворе. Природа каталитического эффекта. Межфазный катализ. Особенности химических реакций в многофазных системах. Процессы переноса через поверхности раздела фаз. Катализаторы-переносчики, механизм их действия.
7. Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).
Лабораторный практикум учебным планом ООП не предусмотрен.
8. Примерная тематика курсовых работ.
Курсовые работы учебным планом ООП не предусмотрены.
9. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Самостоятельная работа студентов направлена на развитие и закрепление знаний, умений и навыков.
Виды СРС | Формы контроля СРС |
Работа с учебной и методической литературой, электронными источниками данных (списки рекомендованной литературы в разделе 11) | Проверка и анализ конспектов лекций и учебной литературы Письменные опросы (тесты) Подготовка к контрольным работам и тестам |
Подготовка к семинарам (тематика в разделе 6) | Заслушивание и обсуждение устных докладов, сообщений, выступлений |
Перечень контрольных вопросов для зачета
1. Химические процессы и химические реакции. Простые и сложные реакции. Понятие «механизм» как совокупность элементарных стадий химического превращения.
2. Интермедиаты. Последовательные и параллельные стадии. Пути и маршруты.
3. Связь между механизмом и внешними условиями. Способы влияния на механизм..
4. Проблема управления протеканием химической реакции в отношении путей и селективностей и подходы к ее решению.
5. Методы теории топологических графов. Линейные и разветвленные схемы механизмов. Цепные механизмы и циклические схемы. Количественные характеристики.
6. Экспериментальные методы обнаружения интермедиатов с различным типом строения: количественный химический анализ, электрохимические методы, спектральные методы, химические ловушки поляриметрия.
7. Методы изотопных меток радиоактивных индикаторов. освенные методы обнаружения интермедиатов по анализу интегральных кинетических уравнений.
8. Строение свободных радикалов и их реакционная способность по отношению к органическим субстратам различных классов.
9. Типы свободнорадикальных механизмов: последовательные, цепные, разветвленные.
10. Свободнорадикальные механизмы в различных типах органических реакций: замещения, присоединения-элиминирования, изомеризации.
11. Селективность в свободнорадикальных реакциях, способы ее оценки и регулирования. Ингибирование свободнорадикальных реакций.
12. Строение ионов и их реакционная способность по отношению к органическим субстратам различных классов. Генерирование ионов.
13. Типы ионных механизмов: электрофильные и нуклеофильные, последовательные и цепные, ассоциативные и диссоциативные.
14. Ионные механизмы в различных типах органических реакций: замещения, присоединения-элиминирования, изомеризации.
15. Селективность в ионных реакциях, способы ее оценки и регулирования. Кислотно-основной катализ в ионных реакциях.
16. Специфика синхронных реакций как процессов «без механизма». Электроциклические реакции, закономерности их протекания.
17. Основные стадии гетерогенно-каталитической реакции
18. Химические превращения на поверхности (латеральная диффузия и столкновения, типы кинетических механизмов на поверхности, ударные механизмы).
19. Стадии каталитического процесса с участием КПМ: замещение лиганда, внутримолекулярная перегруппировка, диссоциация и лигандный обмен. Каталитические циклы.
20. Примеры реакций с участием КПМ: гидрирование, окисление, гидроформилирование, изомеризация.
21. Мицеллярный катализ, природа каталитического эффекта.
22. Особенности химических реакций в многофазных системах. Процессы переноса через поверхности раздела фаз. Катализаторы-переносчики, механизм их действия.
Типовые задания для самостоятельной работы
1. Для заданной реакции описать ее механизм: элементарные стадии и интермедиаты.
2. Охарактеризовать изменения в механизме реакции при указанном изменении внешних условий: температуры, растворителя, облучения, рН среды.
3. Для заданной реакции указать возможные экспериментальные методы установления механизма.
4. По заданной схеме механизма составить кинетическое уравнение.
5. Указать способы регулирования химической реакции по ее механизму.
6. Оценить селективность указанной реакции по ее механизму.
7. Перечислить потенциальные катализаторы для указанной реакции.
8. Дать сравнительный анализ различных типов механизмов в отношении селективностей и скоростей указанных типов химических реакций.
9. Охарактеризовать связь между строением молекул органического соединения и потенциальными механизмами реакций с его участием.
10. Образовательные технологии.
Виды учебной работы | Образовательные технологии |
Аудиторные занятия | а) Чтение лекций (мультимедийные и видео-демонстрации, письменное тестирование по каждой теме пройденного материала. б) Проведение семинарских (подготовка сообщений, решение типовых задач, групповое обсуждение и анализ проблем, мультимедийные демонстрации, заслушивание и обсуждение устных докладов, сообщений, выступлений, встречи с преподавателями других дисциплин). в) Интерактивные технологии (групповые дискуссии, разбор конкретных ситуаций). г) Модульно-рейтинговая технология контроля успеваемости. |
Самостоятельная работа | а) Изучение учебной и методической литературы, т. ч. поиск информации в электронных сетях, подготовка презентаций. б) Подготовка презентаций к докладам |
11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
11.1. Основная литература:
1. Шабаров химия. М.: Химия, 2002.
2. , , Бутин химия. М.: Бином. Лаборатория знаний. 2005. Т. 1-4.
3. , Паничев в органическую химию. Тюмень: ТюмГУ, 2007.
11.2. Дополнительная литература:
1. , Паничева катализ. Тюмень: ТюмГУ, 2007.
2. Межфазный катализ: Химия, катализаторы и применение / Под ред. . М.: Химия, 19с.
3. , Мастрюкова катализ в фосфорорганической химии. М.: Наука, 20 с.
11.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
http://*****
http://*****
http://*****/books/books. htm;
http://*****.
12. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Все лекции и семинарские занятия обеспечены мультимедийными презентациями. Для лекционных и семинарских занятий имеется мультимедийная аудитория и переносной мультимедийный комплект (проектор, ноутбук, экран).
Для самостоятельной работы студентов необходим доступ в компьютерный класс, имеющий выход в Интернет.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
