Кировское областное государственное автономное образовательное учреждение
«ЦЕНТР ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОДАРЕННЫХ ШКОЛЬНИКОВ»
УТВЕРЖДАЮ
_________________
директор ЦДООШ
« ___ » _____________20___г
Дополнительная образовательная программа кружка
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
10 – 11 класс
(Профильный уровень)
Срок реализации – 1 год
Составители:
,
методист ЦДООШ
студент III курса МГУ им.
г. Киров
2015
I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Направленность данной программы – естественно-научная.
Актуальность. Идущая в настоящее время модернизация образования, переход на профильное обучение в старших классах средней школы ставят перед педагогической наукой новые сложные задачи, требующие неотложного решения. Это проблемы повышения доступности, качества и эффективности химического образования; перевод процесса обучения на технологии личностно-ориентированного обучения, усиление практической направленности и компьютеризации процесса обучения.
В системе естественнонаучного образования химия как учебный предмет занимает важное место, определяемое ролью соответствующей науки в познании законов природы, в материальной жизни общества, в решении глобальных проблем человечества, в формировании научной картины мира.
В новых социально-экономических условиях именно система дополнительного образования способна не только адаптироваться к рыночным отношениям, но и предложить многообразие образовательных услуг, создающих условия для личностного, профессионального, творческого развития детей.
Цель и задачи кружка. Цель дополнительного образования детей - развитие интересов и познавательных потребностей каждого ребенка, формирование духовно богатой, свободной, творчески мыслящей, социально активной личности, обладающей прочными знаниями, ориентированной на высокие нравственные ценности, способной впоследствии на участие в социальном и духовном развитии общества.
Эта цель может быть реализована следующим образом:
- обеспечение необходимых условий для интеллектуального и личностного развития, профессионального самоопределения и творческого труда детей;
- адаптация их к жизни в обществе;
- формирование общей культуры;
- организация содержательного досуга.
Цель программы кружка – развитие познавательного интереса учащихся к химии, формирование научной картины мира.
Задачи
- образовательные: способствовать углублению и расширению знаний о химическом элементе и формах его существования, веществе и его строении, о системах веществ и закономерностях лежащих в основе их существования, способствовать формированию специальных знаний и умений по химии;
- воспитательные: продолжить формирование элементов диалектико-материалистического мировоззрения (научной картины мира), продолжить воспитание таких качеств личности как ответственность, аккуратность, патриотизм и т. д.
- развивающие: способствовать развитию познавательного интереса и стремления к самообразованию, способствовать развитию, логического мышления и других психических процессов, способствовать развитию самостоятельности и творческих способностей учащихся.
Особенности программы. Кружок «Органическая химия» предназначен для учащихся 10 – 11 класса средней общеобразовательной школы (16 – 18 лет).
Программа предполагает проведение комбинированных занятий, в которых первая половина занятия – теоретическая, а вторая – практическое применение полученных теоретических знаний для решения типовых и нестандартных задач. Все изучаемые разделы химии будут снабжены кроме теоретического материала примерами решения задач, а также задачами для самостоятельного решения.
Такая структура занятий позволит учащимся узнать и освоить те разделы химии, которым недостаточно внимания уделяется в школьном курсе или которые не рассматриваются в нем вовсе. К таким разделам, в первую очередь, следует отнести теорию строения и свойства комплексных соединений, химическую термодинамику, кинетику и химическое равновесие, гидролиз солей, способы выражения концентрации растворов, окислительно-восстановительные реакции и их практическое применение, качественные реакции катионов и т. д. При изучении органической химии большое внимание будет уделено типам, механизмам и закономерностям протекания химических реакций с участием органических веществ.
Формы и режим занятий. Занятия рассчитаны на 2 часа, один раз в неделю. Инвариантная часть 34 часа, вариативная часть 10 часов в год.
II. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№ п/п | Разделы и темы | Кол-во часов | |
Инвариантная часть | Вариативная часть | ||
1 | Химические реакции с участием органических веществ | 2 | |
2 | Основы стереохимии | 2 | 2 |
3 | Диеновые углеводороды | 2 | |
4 | Механизмы реакций в ароматическом ряду | 4 | 2 |
5 | Фенолы | 4 | |
6 | Простые эфиры | 2 | |
7 | Ангидриды | 2 | |
8 | Амиды, нитрилы, производные угольной кислоты | 2 | |
9 | Многоосновные и непредельные карбоновые кислоты | 4 | |
10 | Хиноны | 2 | |
11 | Нитросоединения | 2 | |
12 | Диазосоединения | 2 | |
13 | Гетероциклические соединения | 4 | 2 |
14 | Высокомолекулярное соединения | 4 | |
Итого: | 34 | 10 |
III. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
Химические реакции с участием органических веществ
Классификация реагентов и реакций. Электронные эффекты заместителей. Индуктивный и мезомерный эффекты и способы изображения этих эффектов. Примеры групп с + I, – I, + M и – М эффектами. Эффект гиперконьюгации (сверхсопряжения). Влияние электронных эффектов заместителей на стабильность и реакционную способность органических соединений и промежуточных частиц. Резонансные структуры, правила их построения.
Основы стереохимии
Геометрическая изомерия соединений с двойной связью. Цис, транс изомеры. Способы изображения пространственного строения молекул с sр'-гибридизованным углеродом: клиновидные проекции, "лесопильные козлы", проекции Ньюмена. Конформации, конформеры.
Асимметрический атом углерода. Хиральность, условия, необходимые для возникновения хиральности. Конфигурация, отличие от конформации. Оптическая изомерия, оптическая активность. Энантиомеры. Рацематы.
Принцип R, S номенклатуры. Определение порядка старшинства заместителей у хирального центра (правило Кана-Ингольда-Прелога). Абсолютная и относительная конфигурации. Проекционные формулы (Э. Фишер). Их построение, правила пользования ими (для соединений с одним асимметрическим атомом углерода). Способы разделения рацематов. Соединения с двумя хиральными центрами. Построение проекций Фишера. Диастерео-меры. Мезоформы. Эритро - и трео-номенклатура. Представление об оптической изомерии соединений, не содержащих асимметрического атома углерода. Z-, Е - и син-, анти - номенклатура.
Диеновые углеводороды
Бутадиен-1,3, особенности строения. Химические свойства 1,3-Диенов. Галогенирование, гидрирование и гидрогалогенирование 1,3-диенов. 1,2- и 1,4-присоединение.
Типы диенов. Изолированные, кумулированные и сопряженные диены. Изомерия и номенклатура. Методы синтеза 1,3-диенов: дегидрирование алканов, получение бутадиена по Лебедеву.
Реакция Дильса-Альдера с алкенами и алкинами, стереохимия реакции и ее применение в органическом синтезе.
Механизмы реакций в ароматическом ряду
Электрофильное замещение
Нитрование. Нитрующие агенты. Нитрование бензола и его производных. Галогенирование. Галогенирующие агенты. Сульфирование. Сульфирующие агенты. Алкилирование аренов по Фриделю Крафтсу. Алкилирующие агенты. Ацилирование аренов по Фриделю Крафтсу. Ацилирующие агенты. Общие представления о механизме реакций электрофильного замещения (Se). Представление о σ-комплексах. Влияние природы заместителя на ориентацию и скорость реакции электрофильного замещения. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители. Согласованная и несогласованная ориентация двух или нескольких заместителей в ароматическом кольце.
Нуклеофильное замещение
Общие представления о механизмах нуклеофильного замещения (SN).
Механизм присоединения и отщепления SNAr, примеры реакций и активирующее влияние электроноакцепторных заместителей. Анионные комплексы Мейзенгеймера и их строение.
Методы генерирования и фиксации дегидробензола.
Реакции элиминирования
Направление элиминирования. Правила Зайцева и Гофмана.
Классификация механизмов элиминирования: Е1, E2 и Е1cb. Влияние природы основания и уходящей группы на направление отщепления. Конкуренция процессов Е2 и SN2, E1 и SN1.
Карбены – частицы с двухкоординированным атомом углерода. Понятие о карбеноидах.
Металлоорганические соединения
Литий и магнийорганические соединения. Методы синтеза: взаимодействие металла с алкил или арилгалогенидами. Протолиз алкил– и арилмагний галогенидов. Представление о шкале СН–кислотности углеводородов.
Литий и магнийорганические соединения в синтезе углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот. Диалкил– и диарилкупраты. Получение и применение этих комплексных соединений, в том числе, в ароматическом синтезе.
Фенолы
Фенолы. Кумольный способ получения фенола в промышленности. Получение фенолов методами щелочного плавление аренсульфонатов, замещения галогена на гидроксил, гидролизом солей арилдиазония. Свойства фенолов. Фенолы как ОН-кислоты. Сравнение кислотного характера фенолов и спиртов, влияние заместителей на кислотность фенолов. Образование простых и сложных эфиров фенолов. Реакции электрофильного замещения в ароматическом ядре фенолов.
Перегруппировка сложных эфиров фенолов в 2- и 4-ацилфенолы (перегруппировка Фриса). Карбоксилирование фенолятов щелочных металлов диоксидом углерода (реакция Кольбе-Шмитта). Формилирование фенолов: действие хлороформом в щелочной среде (реакция Реймера-Тимана), действие диметилформамида в присутствии РОCl3 (реакция Вильсмайера-Хаака). Перегруппировка аллиловых эфиров фенолов (реакция Кляйзена).
Простые эфиры
Простые эфиры. Получение эфиров методом межмолекулярной дегидратации спиртов. Свойства простых эфиров: образование оксониевых солей, расщепление кислотами.
Получение эфиров по реакции Вильямсона и алкоксимеркурированием алкенов.
Циклические эфиры. Оксираны. Способы получения. Раскрытие оксиранового цикла под действием электрофильных и нуклеофильных агентов.
Гидропероксиды. Виниловые эфиры их получение. Диоксаны. Получение, расщепление. Краунэфиры. Получение и применение в синтетической практике.
Галогенангидриды
Получение галогенангидридов с помощью галогенидов фосфора, тионилхлорида, оксалилхлорида. Свойства: взаимодействие с нуклеофильными реагентами (вода, спирты, аммиак, амины, гидразин, металлоорганические соединения). Восстановление до альдегидов по Розенмунду и комплексными гидридами металлов. Взаимодействие диазометана с галогенангидридами карбоновых кислот – гомологизация карбоновых кислот (реакция Арндта-Айстерта).
Ангидриды
Методы получения: дегидратация кислот с помощью Р2О5; ацилирование солей карбоновых кислот хлорангидридами. Реакции ангидридов кислот с нуклеофилами. Реакция Перкина.
Дегидратация кислот с помощью фталевого ангидрида.
Кетен. Получение и свойства.
Амиды
Строение карбамоильной группы. Методы получения: ацилирование аммиака и аминов, пиролиз карбоксилатов аммония, гидролиз нитрилов, перегруппировка оксимов по Бекману. Свойства: гидролиз, восстановление до аминов, дегидратация амидом. Понятие о секстетных перегруппировках.
Нитрилы
Методы получения нитрилов: дегидратация амидов кислот (с помощью Р2О5, SOCl2, РОСl3), алкилирование цианид-иона. Свойства: гидролиз, аммонолиз, восстановление до аминов, взаимодействие с магний и литийорганическими соединениями. Реакция Риттера.
Производные угольной кислоты
Фосген, мочевина и ее производные, эфиры угольной кислоты, изоцианаты, уретаны, семикарбазид, ксантогенаты. Получение и основные свойства.
Двухосновные кислоты
Методы синтеза: окислительное расщепление циклоолефинов и циклических кетонов, окисление полиалкилбензолов. Щавелевая кислота, диэтилоксалат в сложноэфирной конденсации. Малоновая кислота: синтезы с малоновым эфиром, реакция Михаэля, конденсации с альдегидами (Кнёвенагель). Янтарная кислота, ее ангидрид, имид, N-бромсукцинимид. Адипиновая кислота. Конденсация Дикмана. Ацилоиновая конденсация эфиров дикарбоновых кислот как метод синтеза средних циклов и макроциклов. Фталевая и терефталевая кислоты, промышленные методы получения. Фталевый ангидрид, фталимид и его использование в синтезе.
Непредельные кислоты
Методы синтеза: дегидратация оксикислот, реакция Кнёвенагеля, реакция Виттига, реакция Перкина.
Фумаровая и малеиновая кислоты. Ацетилендикарбоновая кислота.
Хиноны
Получение о - и п-бензо - и нафтохинонов. Свойства хинонов: получение моно и диоксимов, присоединение хлористого водорода, анилина, уксусного ангидрида, спиртов, реакция с диенами. Восстановление хинонов. Хлоранил, его использование для окисления и получение. Хингидрон. Комплексы с переносом заряда (КПЗ). Семихиноны. Понятие об анион-радикалах. Гидрохинон как ингибитор свободнорадикальных реакций. Антрахинон: получение, представление о свойствах и применение. Ализарин.
Нитросоединения
Нитроалканы. Методы синтеза из алкилгалогенидов (амбидентный характер нитрит-нона), нитрование алканов по Коновалову.
Строение нитгрогруппы. Свойства нитроалканов: кислотность и таутомерия нитроалканов, реакции нитроалканов с азотистой кислотой, галогенами, конденсация с карбонильными соединениями, восстановление в амины. Ароматические нитросоединения. Восстановление нитроаренов в кислой и щелочной среде. Промежуточные продукты восстановления нитрогруппы (иитрозосоединения, арилгидроксиламины, азокси-, азо- и гидразосоединения). Бензидиновая перегруппировка.
Диазосоединения
Общие представления об алифатических диазосоединениях. Диазометан, диазоуксусный эфир. Ароматические диазосоединения. Реакции диазотирования первичных ароматических аминов. Реакции диазосоединений с выделением азота: замена диазогруппы на гидроксил, галоген, циан, нитрогруппу и водород. Реакции диазосоединений без выделения азота: восстановление до арилгидразинов, азосочетание. Азокрасители.
Гетероциклические соединения
Классификация гетероциклов, номенклатура.
Пятичленные ароматические гетероциклы с одним гетероатомом. Фуран, тиофен, пиррол. Синтез из 1,4-дикарбонильных соединений (Пааль-Кнорр), синтез пирролов по Кнорру, взаимные переходы (реакция Юрьева). Ароматичность. Реакции электрофильного замещения в пятичленных ароматических гетероциклах: нитрование, сульфирование, галогенирование, формилирование, ацилирование. Ориентация электрофильного замещения. Реакции, характеризующие фуран как диен.
Индол. Синтез производных индола из фенилгидразина и кетонов (Фишер). Реакции электрофильного замещения в пиррольном кольце индола: нитрование, формилирование, галогенирование.
Шестичленные ароматические гетероциклы с одним гетероатомом. Пиридин, хинолин и изохинолин. Синтез хинолина и замещенных хинолинов из анилинов по Скраупу и Дёбнеру-Миллеру. Ароматичность пиридина. Пиридин и хинолин как основания. Реакции пиридина и хинолина с алкилгалогенидами. Окисление и восстановление пиридина и хинолина. Реакции электрофильного замещения в пиридине и хинолине: нитрование, сульфирование, галогенирование. N-окись пиридина и хинолина и их использование в реакции нитрования. Нуклеофильное замещение атомов водорода в пиридине и хинолине в реакциях с амидом натрия (Чичибабин) и фениллитием. Активация метильной группы в 2- и 4-метилпиридинах и хинолинах. 2-Метилпиридины и хинолины как метиленовые компоненты в конденсациях с альдегидами.
Высокомолекулярные соединения
Общая характеристика высокомолекулярных соединений. Общая формула. Средняя молекулярная масса. Структура полимеров: линейная, разветвленная и сетчатая, регулярная и нерегулярная. Получение полимеров. Мономер, структурные звенья, полимер. Катионная, анионная, радикальная полимеризация и поликонденсация. Степень полимеризации. Пластмассы. Получение, химические и физические свойства полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, полиметилметакрилата, фенолформальдегидной смолы. Синтетические волокна: лавсан, капрон, нейлон, нитрон, энант. Каучуки: получение, химические и физические свойства. Природные волокна.
Стереорегулярность. Синдиотактические, изотактические и атактические полимеры. Гомополимеры, сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры. Гомоцепные и гетероцепные полимеры. Аморфные и кристаллические полимеры. Степень кристалличности.
Конформационная изомерия, конформация, внутримолекулярное вращение и гибкость макромолекулы.
Ионообменные смолы: получение и свойства. Полиэлектролиты – ионогенные макромолекулы, их физико-химические характеристики, сила поликислот и полиоснований. Специфическое связывание противоионов. Изоэлектрическая и изоионная точка. Амфотерные полиэлектролиты.
IV. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Занятия в кружке должно быть многообразно, разнонаправлено, вариативно: дети выбирают то, что им близко, что отвечает их потребностям, удовлетворяет интересы. И в этом - ценность дополнительного образования: оно помогает самоопределению, дает возможность развивать способности к самообразованию и самовоспитанию.
Дети занимаются в кружке, не потому что "надо", а потому что есть интерес, спрос, цель. И выстраивается это образование в соответствии с потребностями тех, кто пришел. Занятия в кружке отличаются от занятий в школе, здесь нет жестких рамок, нет жесткой оценки, нет стандарта, зато есть возможность для творчества, главное здесь - не научить (передать определенные знания, умения, навыки), а открыть ребенка, развить его потенциал, включить внутренние импульсы к последующему развитию.
V. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Органическая химия
1. Артеменко химия. М.: Высшая школа, 1998.
2. Грандберг химия. М.: Высшая школа, 1980.
3. От простого к сложному. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983.
4. , Татаринчик химия. М.: Химия, 1980.
5. Современная органическая химия. В 2-х томах. М: Мир, 1981.
6. Тюкавкина химия. М: Медицина, 1998.
7. , Мищенко реакции в органической химии. М.: Химия, 1976.
8. . Органическая химия. М.: Химия, 1979.
9. Углубленный курс органической химии: В 2-х кн. М.: Химия. 1981.
10. , , Применение УФ-, ИК - и ЯМР-спектроскопии в органической химии. М.: Химия. 1979.
11. Марч Дж. Органическая химия. В 4-х т. М.: Мир, 1985.
12. Органическая химия. М.: Мир, 1974.
13. Нейланд химия. М.: Высшая школа, 1990.
14. , Несмеянов органической химии. В 2-х кн. М.: Химия, 1974.
15. Потапов . М.: Химия, 1978. 695 с.
16. Робертc Дж., Основы органической химии. М.: Мир, 1978. т. 1 и 2.
17. Механизмы реакции в органической химии. М.: Химия, 1991.
18. , Органическая химия. В 2-х т. М.: Химия, 1994.
