Учебно-методический комплекс по дисциплине: «Элементоорганическая химия» для студентов 2 курса магистратуры очной формы обучения Направление 020100 Химия

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание Практическая работа – 10 баллов Тестовый контроль – 5 баллов Типовые тесты для рубежного контроля Образцы карточек-заданий Перечень вопросов итогового экзамена 3. Различные типы связей в МОС. Понятие об электроотрицательности. Факторы, обусловливающие свойства МОС.4. 9. Ртутьорганические соединения. Типы этих соединений. Номенклатура. Общие методы синтеза.10. 15. Органические производные элементов V группы. Общая характеристика производных P, As, Sb, Bi.16. Образцы экзаменационных билетов Методические рекомендации Возгонка при атмосферном давлении. Возгонка в вакууме. Получение мелкораздробленных (порошков) щелочных металлов. Получение лития в виде мелких кусочков. Получение лития в виде ленты. Ведение записей Образцы и спектры

Подобный материал:

• Учебно-методический комплекс по дисциплине: «Высокомолекулярные соединения» для студентов, 837.59kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине: «Прикладная органическая химия» для студентов, 352.37kb.
• Программа дисциплины опд. Ф. 01 Неорганическая химия для студентов специальности 020101, 373.27kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине цикла гсэ. Ф. 06 Для студентов очной формы, 809.49kb.
• Учебно-методический комплекс для студентов очной формы обучения по специальностям:, 555.7kb.
• Учебно-методический комплекс для студентов очной формы обучения по специальностям:, 805.3kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине цикла опд. Ф. 17 Для студентов очной формы, 350.17kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины цикла ен. Н-в. 00 для студентов очной и заочной, 322.68kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине цикла опд. В. 01а для студентов очной формы, 669.3kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине цикла опд. Ф. 12 Для студентов очной формы, 1316.74kb.

^

Практическая работа – 10 баллов

Домашнее задание – 5 баллов


I контрольная точка – 30 баллов.


2 модуль

Металлоорганические соединения переходных металлов. Особенности химической связи. Методы получения, области применения. Классификация органических лигандов. Классификация -комплексов по типу лиганда. Органические соединения карбонилов металлов. Способы получения карбонилов. -аллильные комплексы и их строение. Сэндвичевые комплексы. Ферроцен и его ароматичность. Методы получения. Ареновые комплексы и их особенности. Применение комплексов переходных металлов в промышленности.
^

Тестовый контроль – 5 баллов

Практическая работа – 10 баллов

Домашнее задание – 5 баллов

Допуск к лабораторным работам – 2 балла

Работа у доски – 3 балла

Контрольная работа – 5 баллов


II контрольная точка – 30 баллов.


Экзамен – 40 баллов


Всего: 100 баллов.

^ ТИПОВЫЕ ТЕСТЫ ДЛЯ РУБЕЖНОГО КОНТРОЛЯ


I Модуль

1. Какой осушитель необходимо использовать для обезвоживания триэтиламина?
   

а) CaCl₂ б) Na₂SO₄ в) P₂O₅ г) NaOH

2. Выберите осушитель для диэтилового эфира
   

а) CaCl₂ б) Na₂SO₄ в) Na г) K₂CO₃

3. Выберите осушитель для бензилхлорида
   

а) NaOH б) P₂O₅ в) Na г) натронная известь

4. К какому виду связи относится связь углерод-магний в магнийорганических соединениях?
   

а) -связь б) -связь в) -связь

5. Какие орбитали атома магния участвуют в образовании связи углерод-магний?
   

а) s- б) p- в) d- г) sp

6. Какую геометрию имеет молекула диметилмагния?
   

а) плоская б) линейная в) угловая г) тетраэдрическая

7. Какие орбитали атома алюминия участвуют в связи углеродом?
   

а) sp² б) s в) sp³ г) p

8. Какую геометрию имеет молекула этилмагнийхлорида?
   

а) плоская б) тетраэдрическая ) угловая г) пирамидальная

9. Какова геометрия молекулы триметилалюминия?
   

а) тетраэдрическая б) плоская в) линейная г) угловая

10. К какому типу связей относится связь углерод-кремний?
    

а) ионная б) ковалентная, неполярная

в) ковалентная, полярная г) донорно-акцепторная

11. Какова валентность фосфора в соединении триметилфосфиноксид?
    

а) 2 б) 3 в) 4 г) 5

12. С какими соединениями может взаимодействовать трифенилфосфин?
    

а) HCl б) NaOH в) NH₃ г) C₅H₅N

13. Выберите название соединения CH₃PHCH₂CH₃
    

а) диметилфосфиноксид б) диметоксифосфин в) метилэтилфосфин

II Модуль

14. Какова дентатность диметиламина как лиганда?
    

а) 2 б) 1 в) 3 г) 4

15. Какова дентатность циклопентадиенил-аниона как лиганда?
    

а) 2 б) 3 в) 4 г) 6

16. Пользуясь правилом Сиджвика, определите ЭАН атома хрома в дибензолхроме
    

а) 10 б) 12 в) 14 г) 16

17. При взаимодействии с каким металлом можно получить бутан из хлористого этила?
    

а) Li б) Mg в) Na г) Al

18. Какой универсальный реактив используется для обнаружения металлоорганических соединений?
    

а) флуорен б) кетон Михлера в) пиридин г) CaCl₂

19. Какой универсальный реактив используется для обнаружения металлоорганических соединений?
    

а) флуорен б) кетон Михлера в) пиридин г) CaCl₂


20. Какой растворитель можно использовать в магнийорганическом синтезе?

а) ацетон б) спирт в) эфир г) пиридин


21. Какова дентантность молекулы бензола как лиганда?

а) 2 б) 3 в) 4 г) 5


22. В присутствии какого катализатора ферроцен взаимодействует с этиленом?

а) Pd б) AlCl₃ в) ZnCl₂ г) Ni


23. Какая связь в молекуле дибензолхрома?

а) трехцентровая б) многоцентровая в) двухцентровая г) -связь


24. К какому типу комплексов принадлежит соль Цейзе?

а) сэндвичевые б) -аллильные в) -олефиновые г) карбонилы


25. Какова формула додекарбонила железа?

а) Fe(CO)₅ б) C₅H₅FeC₅H₅ в) C₅H₅Fe(CO)₃ г) Fe₂(CO)₉


^ ОБРАЗЦЫ КАРТОЧЕК-ЗАДАНИЙ

ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РУБЕЖНОМУ КОНТРОЛЮ


I модуль


Карточка 1.

1. Приведите примеры элементоорганических соединений. Назовите их.
   
2. Из бромистого этил получите: этилнатрий, диэтилцинк, диэтилртуть.
   

Карточка 2.

1. Какую геометрическую форму имеют молекулы органических производных трех-, четырех- и пятиковалентного фосфора? Приведите примеры.
   
2. Напишите уравнение взаимодействия бутилмагнийбромида с водой, этанолом, хлороводородом.
   

Карточка 3.

1. Какие соединения магния относятся к элементоорганическим? Приведите примеры.
   
2. Напишите реакцию получения диэтилртути.
   

Карточка 4.

1. Какие химические связи характерные для соединений бора и алюминия?
   
2. Напишите реакцию взаимодействия этилмагнийбромида с ацетальдегидом?
   

II модуль


Карточка 1.

1. Приведите примеры -комплексов переходных металлов. Назовите их.
   
2. Напишите реакцию получения дихлорфенилстибина, используя диазомед Несмеянова.
   

Карточка 2.

1. Каково общее свойство лигандов, участвующих в образовании связей с переходным металлом?
   
2. Напишите реакцию взаимодействия трифенилвисмута с хлорбензолом. Назовите соединения.
   

Карточка 3.

1. Каковы общие эмпирические закономерности при образовании химической связи углерод-металл переходный?
   
2. Напишите реакцию взаимодействия треххлористого мышьяка с ацетиленом. Назовите соединения.
   

Карточка 4.

1. Перечислите методы получения карбонилов металлов.
   
2. Напишите реакцию взаимодействия бис--аллилпалладийхлорида с трифенилфосфином.
   

^ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ИТОГОВОГО ЭКЗАМЕНА


1. Предмет элементоорганической химии и ее место в ряду других химических дисциплин.


2. Общие способы образования связи углерод–элемент, методы получения: взаимодействие металла с органическим галогенидом, обмен галоида на металл, присоединение МОС и гидридов к непредельным соединениям, диазометод Несмеянова, реакции металлирования.


^ 3. Различные типы связей в МОС. Понятие об электроотрицательности. Факторы, обусловливающие свойства МОС.


4. Ионная связь МОС непереходных металлов, степень ионности (полярности) углерод–непереходный металл. Влияние полярности связи С–Ме на реакционную способность МОС.


5. Ковалентная связь между углеродом и непереходным элементом. Валентные возможности непереходных металлов. Гибридизация орбиталей металла. Участие d-орбителей в гибридизации. Типы гибридных орбиталей и конфигурация комплекса. Правило эффективного атомного номера.


6. Органические соединения щелочных металлов. Общая характеристика МОС группы. Природа связи С–Ме. Строение и реакционная способность. Методы получения. Физические и химические свойства.


7. Органические соединения элементов II группы. Сравнение свойств и реакционной способности МОС подгруппы А и В.


8. Мg-органические соединения. Строение реактивов Гриньяра. Получение алкил, (арил)магнийгалогенидов и диалкил(диарил)магния. Влияние различных факторов на реакционную способность Mg-органических соединений. Реакции реактивов Гриньяра с различными соединениями. Применение магнийорганических соединений в синтезе.


^ 9. Ртутьорганические соединения. Типы этих соединений. Номенклатура. Общие методы синтеза.


10. Органические соединения бора. Типы и номенклатура. Гидриды бора и их строение. Двух- и трехцентровые связи. Получение борорганических соединений. Координационные соединения бора. Гетероциклические соединения с атомом бора в цикле. Строение и получение боразола. Карбораны. Применение борорганических соединений.


11. Алюминийорганические соединения. Природа связи С-Аl. Типы Al-органических соединений. Прямой их синтез, исходя из олефинов (Циглер). Реакции Al-органических соединений. Комплексные Al-органические соединения, их строение. Применение Al-органических соединений в синтезе и промышленности: полимеризиция олефинов, получение высших спиртов и карбоновых кислот, восстановление литий-алюминий гидридом.


12. Кремнийорганические соединения. Природа связи С–Si. Типы и номенклатура. Методы получения, в том числе и в промышленности. Свойства и реакции кремнийорганических соединений. Работы К.А. Андрианова. Получение и применение кремнийорганических сополимеров-силиконов.


13. Органические соединения германия, олова и свинца. Типы и номенклатура. Получение и свойства. Алкилгерманы и алкил(арил)станнаны, дистаннаны. Применение оловоорганических соединений.


14. Способы получения свинецорганических соединений. Свойства и реакции. Тетраэтилсвинец как антидетонатор для моторного топлива. Значение свинецорганических соединений для теоретической органической химии.


^ 15. Органические производные элементов V группы. Общая характеристика производных P, As, Sb, Bi.


16. Фосфорорганические соединения. Типы органических производных трех- и пятивалентного фосфора, номенклатура. Сравнительная характеристика с соединениями азота. Строение фосфорорганических соединений (ФОС) (валентные состояния атома фосфора в органических соединениях). Основные методы синтеза различных ФОС. Прегруппировка Арбузова – получение эфиров фосфиновоых кислот.


17. Органические соединения мышьяка. Типы органических соединений трех- и пятивалентного мышьяка, номенклатура. Способы получения. Работы А. Льюиса. Применение мышьякорганических соединений в химиотерапии (сальварсан, арренал, атокол). Боевые отравляющие вещества (адамсит, люизит).


18. Понятие о типах связи металл-углерод в органических соединениях переходных металлов. -, -, -связи. Донорно-акцепторные, дативные связи. Правило Сиджвика. Классификация органических лигандов. Классификация -комплексов по типу лиганда.


19. Органические соединения карбонилов металлов. Типы карбонилов и номенклатура. Правило ЭАН. Характерные свойства карбонилов. Применение карбонилов.


20. -олефиновые комплексы. Строение комплексов. Концепция Дьюара-Чата-Дункансона. Соль Цейзе. Методы получения. Синтезы Репе.


21. -аллильные комплексы. Аллильный радикал – как одно- и трехэлектронный лиганд. Строение комплексов. «Чистые» и смешанные комплексы. Применение -аллильных комплексов в качестве катализаторов стереоспецифической полимеризации олефинов и диенов.


^ ОБРАЗЦЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ


Билет №

1. Дать определение -связям углерод-элемент непереходный. Особенности связи в зависимости от природы элемента. Приведите примеры.
   
2. Органические соединения фосфора (III). Номенклатура, получение, свойства.
   
3. Напишите реакции в схеме превращений:
   

Билет №

1. Гибридизация орбиталей металла. Типы гибридизации и конфигурация комплекса. Приведите примеры.
   
2. Алюминийорганические соединения. Номенклатура, получение и реакционная способность.
   
3. Получите фенилмеркурхлорид и фенилоловохлорид известными методами.
   

Билет №

1. Общие закономерности при образовании связи углерод-металл переходный. Модель Дьюара-Чатта-Дункансона.
   
2. Кремнийорганические соединения. Номенклатура. Способы получения низко- и высокомолекулярных соединений. Примеры.
   
3. Расшифруйте схему превращений:
   

Билет №

1. Общие способы образования связи углерод-элемент. Привести примеры.
   
2. Карбонилы металлов. Особенности химической связи. Правило ЭАН.
   
3. Допишите уравнений реакций:
   

^ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


Организация работы и основные приемы. Техника экспериментальной работы по синтезу элементоорганических соединений более сложная и требует строгого соблюдения определенных правил. С общими правилами техники безопасности в лаборатории органического синтеза студенты знакомы по большому органическому практикуму.

В данных рекомендациях обращается внимание на особые приемы при работе с металлоорганическими соединениями.

1. Возгонка

Для очистки элементоорганических соединений часто применяется возгонка. Этот метод очистки веществ состоит из двух стадий, одна из которых – испарение твердого вещества, а вторая – конденсация образовавшихся паров в твердое вещество. Метод удобен в том случае, когда возгоняется лишь основной продукт, а примеси не испаряются. Как правило, возгонку ведут при температуре, которая ниже точки возгонки данного вещества. Это обеспечивает получение чистого продукта. Возгонку можно вести при атмосферном давлении (если продукт устойчив на воздухе) или в вакууме. Преимущество возгонки по сравнению с кристаллизацией заключается в том, что в результате возгонки легко провести даже с очень небольшим количеством вещества.

^ Возгонка при атмосферном давлении. В фарфоровую чашку помещают возгоняемое вещество и закрывают широким концом воронки, диаметр которой несколько меньше диаметра чашки. Узкий конец воронки неплотно закрывают ватой, а для того чтобы возгон не попадал обратно в чашку, ее закрывают круглым листком фильтровальной бумаги с несколькими отверстиями. Вещество, подвергаемое возгонке, должно быть мелко раздроблено.

^ Возгонка в вакууме. В стакан помещают возгоняемое вещество, а в пальчиковый холодильник пускают проточную воду. Всю систему подсоединяют к вакуум-насосу и помещают в масляную баню. При нагревании в вакууме вещество возгоняется и оседает на внешних стенках холодильника. После окончания возгонки, чтобы открыть систему, шлиф необходимо нагреть для того, чтобы его было легко открыть, не встряхивая прибор.

2. Фильтрование в инертной атмосфере

При получении металлоорганических соединений, особенно их растворов в случае реакционноспособных алкил- или ариллития, или натрия – в результате реакции, как правило, образуются побочные продукты (литийгалогенид, окись лития, углекислая соль лития или соответствующий нитрид). Грубое отделение от примесей и от частиц лития или натрия, которые обычно берутся в избытке, осуществляют отстаиванием и декантацией раствора либо фильтрованием через стеклянную вату, асбестовую вату и т.п. Более тщательное фильтрование может быть произведено посредством соответствующих приспособлений (пористые пластинки, специальные воронки с впаянными фильтрами Шота).

А. Декантация и фильтрование через стеклянную вату. Для проведения такого фильтрования обычно используют два керна, соединенных между собой резиновым или пластмассовым гибким шлангом. Один из кернов неплотно закрывают кусочком стеклянной или асбестовой ваты, второй остается открытым. Это приспособление предварительно продувают азотом и соединяют им обе колбы: закрытый керн соединяют с колбой, в которой находится фильтруемый раствор, а свободный керн соединяют с приемником (колба или цилиндр с делениями). Раствор медленно переливают через шланг.

Б. Фильтрование под азотом. Фильтрование под азотом удобно проводить под давлением сухого азота (0,1-0,2 атм.) в сосуде, наполненном азотом.

Предварительно реакционную смесь отстаивают. Раствор, подлежащий фильтрованию, переливают порциями (через шланг, заполненный азотом) в фильтр Шота, вставленный в колбу Бунзена. Легкое разряжение в колбе Бунзена достигается с помощью водоструйного насоса (между насосом и краном должна быть сушильная колонка и предохранительные склянки). Фильтрование идет быстро. Сильное отсасывание не должно иметь места, особенно при низкокипящих растворителях. Отфильтрованный раствор может быть перелит (с помощью шланга, заполненного азотом) в соответствующий градуированный сосуд, откуда может быть по мере необходимости взята аликвотная часть.

В. Центрифугирование. Для препаративной работы применяют седиментационные центрифуги со скоростью 2000-3000 об/мин. В большинстве случаев используют модели, имеющие 4 сосуда емкостью не более 150 мл каждый. Суспензию помещают в центрифужные (а не обычные лабораторные) стаканчики и выравнивают их вес. Если после центрифугирования осадок достаточно прочно удерживается на дне пробирки, то жидкость сливают, затем взмучивают осадок с небольшим количеством растворителя и повторно центрифугируют. Большую часть растворителя удаляют кусочком фильтровальной бумаги. Остаток растворителя откачивают, присоединив центрифужную пробирку к вакуумному насосу (осторожно).

^ Получение мелкораздробленных (порошков) щелочных металлов. Порошок лития (и натрия) может быть приготовлен встряхиванием или энергичным размешиванием расплавленного металла в высококипящих инертных растворителях (типа парафинового масла) при 250С. Литий в такой степени измельчения применяют редко, так как в этом случае возможно образование больших количеств нитрида лития Li₃N, чем обычно, за счет реакции с «инертным» азотом. При работе в атмосфере гелия или аргона этого осложнения нет.

^ Получение лития в виде мелких кусочков. Литий завертывают в ткань, слегка смоченную бензолом, толуолом, гексаном или циклогексаном, и ударами молотками сплющивают металл. Эту операцию производят под тягой, так как пыль окиси лития сильно раздражает носоглотку. Полученную таким образом пластинку (толщиной примерно 1 мм) разрезают ножницами на полоски шириной около 1 мм, а эти последние, в свою очередь, измельчают ножницами, кусочки металла попадают прямо в реакционный сосуд через бумажную или стеклянную (при одновременным пропускании встречного тока сухого азота). Литий, приготовленный таким образом имеет блестящую поверхность и вполне пригоден для реакции с большинством галоидных алкилов и арилов.

^ Получение лития в виде ленты. Обычно литий получают в виде ленты шириной 1 см и толщиной 1 мм с помощью пресса для натрия. Эту ленту выдавливают в абсолютный эфир и затем разрезают ножницами на отдельные кусочки, сразу внося их в реакционную массу. Для реакции необязательно применение избытка металла, обычно на 1 моль галогенида берут 2,0-2,2 г-атома лития.

3. Работа с литийалюминийгидридом (алюмогидридом лития)

Алюмогидрид лития является одним из сильнейших восстановителей и работа с ним требует особой осторожности.

• Измельчение гидрида лития проводят под тягой, так как пыль гидрида раздражающе действует на дыхательные пути. Лучше разбивать LiAlH₄ в специальной камере в атмосфере аргона, причем рекомендуется использовать деревянный молоток, а алюмогидрид обернуть фольгой. Работать только в перчатках, ибо при соприкосновении он может загореться.
  
• Остатки, содержащие мелкоизмельченный гидрид, могут через некоторое время воспламениться на воздухе. Поэтому остатки гидрида надо немедленно уничтожить, выбрасывая маленькими порциями в стакан с водяным спиртом под тягой.
  
• Около установки с гидридом не должно быть открытого пламени и включенных приборов с открытыми спиралями.
  
• Пожар необходимо ликвидировать песком и асбестовым одеялом, избегая использования пенными и углекислотными огнетушителями (гидрид реагирует с CO₂).
  
• Твердый гидрид хранят в банках с притертыми пробками, залитыми парафином.
  
• Эфирные растворы гидрида получают при слабом кипячении в инертной атмосфере.
  
• Эфирные растворы гидрида хранят в толстостенных плотно закрытых сосудах, помещенных в металлические ящики для огнеопасных веществ.
  

^ Ведение записей. Приступая к выполнению лабораторной работы, студент обязан знать правила работы в лаборатории, ознакомиться с методикой эксперимента, иметь на рабочем столе все необходимые реактивы и посуду. При проведении эксперимента студент обязан вести соответствующие записи. Умение правильно, точно и корректно вести записи собственных экспериментов – это залог написания будущих статей в научные журналы.

Отчет о проведенной работе должен быть точным, ясным, кратким и содержать такое количество информации, чтобы любой профессиональный химик смог точно повторить работу.

В помощь студенту приводятся общепринятые положения и установившийся порядок ведения рабочего журнала.

1) Запись экспериментальных данных

Ведут все записи в прочном лабораторном журнале. Каждый эксперимент должен иметь номер, заглавие и дату его проведения. По ходу эксперимента все наблюдения, взвешивания, определение температуры и другие данные заносят непосредственно в журнал (не пишут их на клочках бумаги, которые легко потерять).

2) Окончательный отчет

После того как эксперимент завершен, необходимо написать окончательный отчет, который должен включать:

а) Краткую формулировку цели эксперимента.

б) Написанный своими словами сжатый отчет о непосредственно проведенном эксперименте, а не простую копию данной методики. Количества веществ помещают в скобки после их названия.

Пример: Сухие магниевые стружки (0,45 г; 0,018 моль) поместили в высушенную в печи 25-мл трехгорлую колбу, снабженную капельной воронкой, обратным холодильником (и то, и другое с хлоркальциевыми трубками) и магнитной мешалкой. В капельную воронку залили раствор бромбензола (2,65 г; 0,917 моль) в сухом эфире (9 мл) и прикапывали его в течение примерно 5 мин с перемешиванием. После прикапывания первых нескольких капель, раствор помутнел и стал нагреваться. Прикапывание было продолжено с такой скоростью, чтобы эфир спокойно кипел.

Детальные описания стандартных экспериментальных методик, например перегонки или кристаллизации, обычно не требуются (за исключением экспериментов, специально разработанных для обучения этим методам), но они должны включать сведения о любых изменениях, которые важны для данного конкретного эксперимента.

в) Массу каждого продукта и его выход в процентах:



г) Температуру плавления или кипения каждого продукта, а также литературные данные для сравнения [последние можно получить из справочной литературы, имеющейся в лаборатории или библиотеке].

д) Спектроскопические данные о продуктах, если требуется определить их подлинность или чистоту. Известные соединения обычно идентифицируют по их инфракрасным спектрам (ИК) или спектрам ядерного магнитного резонанса (ЯМР); в последнем случае также следует привести литературные данные. Для ИК-спектров обычно достаточно сослаться только на поглощение существенных характеристических групп, но для спектров ЯМР следует привести полный спектр (как химические сдвиги, так и константы расщепления).

е) Заключительную часть, суммирующую результаты и комментирующую их.

^ Образцы и спектры. Сохраните в небольшом количестве образцы всех продуктов, интермедиатов и производных и нанесите на ампулу с образцом ваше имя, номер эксперимента, дату, название соединения и его температуру плавления или кипения. Спектры должны иметь аналогичные пометки, и, кроме того, на них следует указать условия и параметры, при которых они были записаны.