Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

Биоорганическая химия

Программа курса

для студентов факультета фундаментальной медицины МГУ
по специальности "Лечебное дело"

Данная программа рассчитана на один семестр из расчета 36 ч лекций и 36 ч семинарских и практических занятий. Список литературы содержит названия учебников и учебных пособий, которые могут быть использованы в данном курсе.

Элементы термохимии и химической термодинамики. Химическая система (открытая, закрытая, изолированная). Внутренняя энергия.
Энтальпия вещества. Энтальпия химической реакции. Закон Гесса. Энтальпия образования вещества. Стандартное состояние вещества.
Понятие об энтропии. Энтропия вещества как функция термодинамической вероятности. Изменение энтропии как критерий самопроизвольности процессов.
Изобарно-изотермический потенциал (свободная энергия Гиббса). Изменение энергии Гиббса системы как критерий и движущая сила самопроизвольных процессов в закрытых системах. Законы термодинамики.
Химические равновесия. Термодинамическое равновесие - неустойчивое, метастабильное, стабильное. Константа равновесия химической реакции, ее связь со стандартной свободной энергией реакции. Условия равновесного сосуществования фаз.
Обратимые и необратимые химические реакции. Установление химического равновесия. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье-Брауна.
Многокомпонентные системы. Компонент. Фаза. Фазовые равновесия. Способы выражения состава многокомпонентных систем (концентрации компонентов). Сверхкритическое состояние. Экстракция. Флюидная хроматография
Элементы химической кинетики. Скорость химической реакции. Методы ее наблюдения и измерения. Основной закон химической кинетики. Закон действующих масс в гомогенных и гетерогенных системах. Порядок и молекулярность реакции. Экспериментальное определение порядка реакции. Факторы, определяющие скорость реакции. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Реакции параллельные, последовательные, цепные. Путь реакции. Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Автокатализ. Кислотно-основной катализ. Ферментативный катализ. Ингибирование реакции.
Растворы (твердые, жидкие, газообразные). Влияние условий на взаимную растворимость веществ. Роль сольватации. Особенности растворов высокомолекулярных веществ.
Равновесия в растворах неэлектролитов. Закон Рауля, закон Генри. Закон распределения при экстракции. Осмос. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов в зависимости от их концентрации.
Равновесия в растворах электролитов. Процесс электролитической диссоциации как взаимодействие веществ. Закон действующих масс в растворах электролитов. Термодинамическая активность ионов. Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации. Константа диссоциации слабых электролитов. Протолитические равновесия. Кислоты, основания, амфолиты по Аррениусу, Брёнстеду и Льюису. Вода как растворитель. Дифференцирующие и нивелирующие растворители.
Автопротолиз. Ионное произведение воды. рН. Гидролиз. Буферные растворы, природные буферные системы. Произведение растворимости: образование и растворение осадков.
Окислительно-восстановительные процессы. Электродный потенциал. Водородный электрод. Уравнение Нернста. Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции. Ряд напряжений. Гальванические элементы и аккумуляторы. Окислительно-восстановительные реакции в митохондриях клеток.

Электронное строение атома. Понятие об описании квантовых систем с помощью волновой функции. Электронная плотность вероятности. Радиальная плотность вероятности. Атомные орбитали. s-, p-, d-, f-АО. Узловые структуры атомных орбиталей. Энергетические диаграммы атомов. Заполнение АО электронами. Принцип Паули. Правило Хунда. Правило Клечковского.
Размер атомов и ионов. Орбитальный, кристаллохимический и ковалентный радиусы атома. Ионизационный потенциал. Сродство к электрону. Электроотрицательность.
Периодический закон Д.И. Менделеева, его физическое обоснование.
Химическая связь. Характеристики химической связи: энергия, длина, полярность, валентный угол. Перекрывание АО как условие образования связи. Типы перекрывания: -, -, -МО. Образование связывающих, антисвязывающих и несвязывающих молекулярных орбиталей (МО). Эффективность (плотность) перекрывания в зависимости от симметрии, относительной энергии АО и расстояния между ядрами. Кратные связи. Метод молекулярных орбиталей в форме ЛКАО-МО. Энергетические диаграммы двухатомных гомо- и гетероядерных молекул, образованных элементами 1-го и 2-го периодов. Электронодефицитные и электроноизбыточные связи. Молекулярные вещества. Силы Ван-дер-Ваальса. Особенности межмолекулярного взаимодействия в ВМС. Роль водородных связей в структурировании вещества.
Дипольный момент молекулы. Полярные и неполярные молекулы.
Комплексные соединения. Координационное число и полиэдры. Катионные, анионные и нейтральные комплексы. Номенклатура. Изомерия. Типичные комплексообразователи и лиганды. Моно- и полидентантные лиганды. Комплексы с хелатными и макроциклическими лигандами. Лиганды сильного и слабого поля. Высоко- и низкоспиновые комплексы. Изменение свойств ионов и молекул при вхождении во внутреннюю сферу комплекса (на примере аквакомплексов как кислот). Окислительно-восстановительные свойства комплексов.
Колебательные реакции. Диссипативные системы. Стационарное неравновесное состояние. Нарушение временной и пространственной симметрии системы. Диссипативные структуры, крупномасштабные корреляции. Убыль энтропии системы. Бифуркации. Нелинейность неравновесных систем.
Коллоидные частицы, системы. Поверхностно-активные вещества. Строение коллоидных частиц с двойным электрическим слоем. Коллоиды в природе. Искусственная пища.

Систематическое изложение химии элементов включает общую характеристику группы, сравнение свойств элементов главной и побочной групп. Характеристика элементов включает проявляемые валентности, типы соединений, окислительно-восстановительные и кислотно-основные свойства соединений, в том числе комплексных.

Водород. Строение атома. Изотопы. Нахождение в природе, методы получения в лаборатории и промышленности. Физические и химические свойства. Гидриды металлов (ионные и металлоподобные) и неметаллов (кислотно-основные характеристики). Применение водорода. "Водородная энергетика".

VIIA группа. Электронное строение атомов и молекул. Размеры атомов, ионизационные потенциалы, сродство к электрону. Галогеноводороды. Плавиковая и соляная кислоты, их получение и применение. Галогениды металлов и неметаллов. Оксокислоты хлора брома и иода. Электронное строение анионов, окислительно-восстановительные свойства, кислотные свойства, диспропорционирование.

VIA группа. Электронное строение атомов и молекул. Озон, "озоновый щит Земли". Свойства воды и пероксида водорода. Получение и применение сероводорода. Сульфиды и полисульфиды. Клатраты. Супрамолекулярная химия. Оксиды металлов (основные, амфотерные и кислотные) и неметаллов. Получение и применение оксидов. Оксокислоты халькогенов в степенях окисления +4 и +6. Кислотные и окислительно-восстановительные свойства. Свойства, получение и применение серной и сернистой кислот. Тиосоединения.

VA группа. Строение атомов и молекул. Нахождение в природе, получение и применение азота и фосфора. Их биогенность. Водородные соединения. Строение молекул. Получение, свойства и применение аммиака. Гидрат и соли аммония. Оксиды азота. Строение молекул. Свойства, определяющие экологическую роль оксидов азота (II) и (IV). Свойства, получение и применение азотной и азотистой кислот и их солей. Оксокислоты фосфора (фосфорноватистая, фосфористая, фосфорная). Строение анионов. Кислотные и окислительно-восстановительные свойства. Получение, свойства и применение фосфорной кислоты и фосфатов. Полифосфорные кислоты и полифосфаты.

IVA группа. Строение атомов и молекул простых веществ. Нахождение в природе, получение и применение углерода и кремния. Адсорбционные свойства углей и силикагеля. Молекулярные сита. Стекло. Водородные соединения углерода и кремния. Оксиды углерода. Строение молекул, получение, свойства, применение. Угольная кислота и ее соли. Карбонатные буферные системы в природе.

IIIA группа. Соединения бора: бориды, бораны, борный ангидрид, борная кислота, бура. Нахождение в природе, получение и применение алюминия. Положение в ряду напряжений, коррозионная стойкость. Катионные и анионные комплексы в водных растворах (амфотерность).

IIA группа. Свойства оксидов, гидроксидов и солей. Нахождение в природе и применение магния и кальция. Временная и постоянная жесткость воды, цели и методы ее устранения. Биогенная роль магния и кальция.

IA группа. Нахождение в природе, получение и применение соединений щелочных металлов. Оксиды, гидроксиды, пероксиды. Биогенная роль натрия и калия.

IIIB группа. Оксиды и гидроксиды. "Лантаноидное сжатие". Понятие о радиационно-химических реакциях. Радиолиз воды. Биологически допустимая доза облучения. Особенности химии радиоактивных элементов. Реакции с участием меченых атомов. Применение в медицинской диагностике.

IVB группа. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Диоксид циркония как твердый электролит. Применение титана и циркония.

VB группа. Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Оксиды и гидроксиды. Катионные и анионные комплексы.

VIB группа. Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Оксиды и гидроксиды. Применение хрома, молибдена и вольфрама. Изо- и гетерополикислоты. Хроматы и дихроматы. Катионные и анионные комплексы хрома. Биогенная роль молибдена.

VIIB группа. Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Оксиды и гидроксиды марганца, реакции их получения и кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства. Высоко- и низкоспиновые катионные и анионные комплексы марганца.

VIIIB группа. Семейство железа. Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность в зависимости от лигандов. Оксиды и гидроксиды. Биогенная роль железа. Благородные металлы VIIIB группы. Физико-химические свойства платины. Физиологически активные комплексы платины, их изомерия.

IB группа. Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их относительная стабильность. Оксиды и гидроксиды. Катионные и анионные комплексы. Соединения меди (I) и (II). Биогенная роль меди.

IIB группа. Строение атомов. Амальгамы. Экологическая роль ртути.

Рекомендуемая литература

Основная

Дополнительная