Szerves kémiai alapok (MSc)

1. Elméleti kémiai alapok

A kémiai szerkezet leírása és megjelenítése. Szerves kémiai alapismeretek, szénvegyületek szerkezete. Molekulaszerkezet: a kovalens kötés elmélete, a kémiai kötés értelmezése a VSEPR és a VB módszerrel, illetve molekulapályákkal. Molekulapályák származtatása az atompályákból. A hidridizáció, konjugáció, hiperkonjugáció (σ-konjugáció), az induktív és mezomer effektusok értelmezése. A határmolekulapályák.

2. Sztereokémiai alapok

Konstitúciós izoméria. Sztereoizoméria: C.I.P.-konvenció (R/S), geometriai izoméria (E/Z), kiralitás, enantiomerek és diasztereomerek. Inverzió, retenció és racemizáció. Nyíltláncú és gyűrűs szénhidrogének konformációja. Szimmetriaelemek. A kiralitás és következményei, az optikai forgatás, ORD. Az Emil Fischer-féle D/L konvenció. Több aszimmetrikus szénatomot tartalmazó vegyületek, mezovegyületek, pszeudoaszimmetria. Abszolút és relatív konfiguráció.

3. Reakcióelmélet, a szerves reakciók termodinamikája és kinetikája

A szerves reakciók típusai: szubsztitúciós, addíciós, eliminációs és átrendeződéses reakciók; a szerves reakciók jellege: többlépéses és összehangolt, ionos és gyökös reakciók. Reakciók energiaprofilja: átmeneti állapot, aktivált komplexek és intermedierek. A kinetikus és termodinamikus kontroll fogalma, példák. A katalízis fogalma.

4. Sav–bázis-, HSAB- és FMO-elméletek

A Brønsted- és Lewis-féle sav–bázis elméletek. Sav–bázis egyensúlyok, pK_a és pK_b érték, a saverősséget és a báziserősséget befolyásoló tényezők. Alkoholok és fenolok saverőssége, alifás és aromás aminok báziserőssége. Karbonsavak szerkezetének és savasságának összefüggése. Az elektrofilitás és a nukleofilitás fogalma. Kemény és lágy nukleofilek és elektrofilek.

5. Alifás szubsztitúciós és eliminációs reakciók

Paraffinok gyökös szubsztitúciós (S_R) reakciói és regioszelektivitása. Az alifás nukleofil szubsztitúciós (SN₁ és SN₂) és eliminációs (E₁, E₂ és E₁cB) reakciók mechanizmusa, regio- és sztereokémiája. A reakciókat befolyásoló tényezők. Az ambidens nukleofilitás értelmezése az FMO- és a HSAB-elmélet alapján. Pálya- és töltéskontrollált reakciók. A Kornblum-szabály.

6. Aromás szubsztitúciós reakciók, olefinek és acetilének addíciós reakciói

Az aromaticitás és az aromás jelleg. Kondenzált és izolált policiklusos aromás vegyületek. Az aromás elektrofil szubsztitúció (S_EAr) mechanizmusa. Az aromás gyűrűben lévő szubsztituens, illetve szubsztituensek hatása a reakciósebességre, a szubsztituensek irányító hatásának értelmezése az FMO-elmélet és a Hammond-elv alapján. Az aromás nukleofil szubsztitúció (S_NAr).

7. Olefinek és acetilének reakciói

Olefinek és acetilének elektrofil addíciós és gyökös reakciói. A Markovnyikov-szabály elméleti értelmezése. A Hammond-elv. Regio- és sztereoszelektivitás. A diolefinek elektrofil addíciós reakcióinak értelmezése a termodinamikus és a kinetikus kontroll alapján. Olefinek oxidációja. Olefinek cikloaddíciós reakciói.

8. A karbonilcsoport reaktivitása

A karbonilcsoportot tartalmazó vegyületek reaktivitásának áttekintése. Nukleofil addíciós (Ad_N) és nukleofil addíciós–eliminációs (Ad_N–E) reakciók karbonilcsoporton és konjugált oxovegyületeken. A reaktivitást befolyásoló tényezők. Oxo–enol tautoméria. Az oxo–enol tautomerek reaktivitásának összehasonlítása. Enolokon és enolátokon mint intermediereken keresztül végbemenő reakciók. Dioxo-vegyületek reaktivitása. Inverz reakciókészség és a Cannizzaro-reakció értelmezése.

9. Karbonsavak- és származékaik, illetve szénsavszármazékok reaktivitása

A karbonsavak és karbonsavszármazékok (ketén, savkloridok, anhidridek, savazidok, észterek, amidok, nitrilek, imidsav-észterek) reaktivitása. Karbonsavszármazékok acilezési készségének összehasonlítása. Acilezési mechanizmusok (A_Ac1, A_Ac2, A_Al1, B_Ac2). A Mensutkin-szabály értelmezése. A szénsavszármazékok (szénsav-kloridok, -észterek, uretánok, karbamid és származékai; szén-diszulfid, xantogenátok, a tiokarbamid és származékai; izociánsav, izotiociánsav és származékaik; cián-amid, karbodiimid, guanidin és származékaik) előállítása és reakcióinak értelmezése.

10. Redoxreakciók a szerves vegyületek körében

Az oxidációs szám értelmezése. Oxidáló- és redukálószerek. Redoxreakciók értelmezése a SET mechanizmus alapján. Paraffinok és cikloparaffinok redukciós előállításai. Nitrovegyületek redukciója. Alkoholok, oxovegyületek és karbonsavszármazékok redukciója és oxidációja. Grignard-reakciók mint reduktív alkilezések.