Nazwa pola Komentarz Nazwa (w języku Chemia organiczna II polskim oraz angielskim) Organic Chemistry II Jednostka oferująca przedmiot CBMiM PAN Liczba punktów ECTS 5 Sposób zaliczenia Egzamin Język wykładowy Polski Określenie, czy przedmiot Zaliczanie jednokrotne może być wielokrotnie zaliczany Skrócony opis W ramach części wykładu, prowadzonego przez zaproszonego gościa zagranicznego, profesora Charlesa Stirlinga z Uniwersytetu w Sheffield, Wielka Brytania, zostaną przedstawione podstawowe zagadnienia dotyczące chemii powierzchni. Dodatkową zaletą tego wykładu będzie fakt jego prowadzenie w języku angielskim, co pozwoli słuchaczom ugruntować wiedzę w dziedzinie sformułowań i definicji w tym języku.. Omówione będą zagadnienia dotyczące samoorganizujących się monowarstw, zachowanie wbudowanych w nieugrupowań oraz wynikające stąd właściwości powierzchni. Omówione zostaną modele tworzenia się dwu- i wielowarstwowych powłok powierzchni. Osobnym tematem będzie opis działania i możliwości badawczych instrumentów i technik stosowanych w analizie powierzchni. Przedstawiony zostanie szereg konkretnych, tworzących odpowiednie warstwy, związków chemicznych i ich zastosowanie w konstruowaniu materiałów o zadanych właściwościach. Badanie i konstruowanie odpowiednich powierzchni jest w chwili obecnej przedmiotem zainteresowania różnych dziedzin przemysłu. Również te aspekty będą przedmiotem prezentacji. W ramach drugiej części wykładu zostaną przedstawione podstawowee aspekty wiedzy o organicznych związkach siarki. Omówione zostaną główne metody otrzymywania związków siarkoorganicznych jak również podstawowe reakcje charakterystyczne dla poszczególnych typów związków siarki. Podkreślone zostaną elementy syntezy asymetrycznej, w której wykorzystuje się optycznie czynne związki siarki, w szczególności sulfotlenki. Zaprezentowane będzie wykorzystanie związków siarkoorganicznych jako ligandów w asymetrycznej katalizie. W ramach trzeciej części wykładu omawiana będzie budowa i nomenklatura organicznych związków fosforu o różnych stopniach koordynacji, ich reaktywność oraz przykłady wykorzystania w syntezie organicznej np. podczas syntezy związków nienasyconych. Na konkretnych przykładach pokazane będą reakcje oraz mechanizmy charakterystyczne dla chemii fosforu. Opierając się na budowie elektronowej atomu fosforu wyjaśniony zostanie specyficzny charakter wiązań tego pierwiastka z tlenem, siarką, azotem i metalami oraz zaprezentowane zostaną podstawowe metody tworzenia tych wiązań. Zaprezentowane będą podstawowe metody syntezy optycznie czynnych fosfin oraz ich wykorzystanie w syntezie asymetrycznej. W czwartej części wykładu przedstawione zostaną enzymatyczne metody syntezy i transformacji związków organicznych, ze szczególnym uwzględnieniem możliwości wykorzystania 1
Pełny opis stereoselektywności enzymów. Omówione będą katalizowane enzymami procesy kinetycznego rozdziału racematów i ich deracemizacji oraz desymetryzacji związków prochiralnych, w tym pochodnych heteroorganicznych (związków siarki, fosforu i krzemu). Podkreślone zostaną elementy zielonej chemii wiążące się z ważną cechą enzymów, jaką jest ich biodegradowalność. Metody enzymatyczne są w chwili obecnej coraz szerzej wykorzystywane w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym i spożywczym. Również te aspekty będą przedmiotem prezentacji. Wykład SURFACES obejmuje opis metod syntezy i transformacji mono- i wielowarstwowych powierzchni opartych na odpowiednich związkach i polega na szczegółowym omówieniu następujących tematów: -wprowadzenie historyczne i teoretyczne -samoorganizujące się monowarstwy (self-assembled monolayers) -kąty zwilżania (contact angles) -kaliksorezorcynoareny (calixresorcinarenes), ich ω-tiolowe pochodne i wiązanie ich monowarstw z różnymi powierzchniami -dwuwarstwowe i wielowarstwowe ω-tiolowe pochodne kaliksorezorcynoarenów związane z powierzchnią złota -zastosowanie różnorodnych metod instrumentalnych do badania powierzchni (NMR, infra-red grazing angle spectrometry, contact angle measurements, neutron refractometry, optical microscopy, etc.) -zastosowania różnorodnych mono- i wielowarstw organicznych do modyfikacji różnych powierzchni przykłady z prac własnych. Część wykładu poświęcona chemii organicznych związków siarki obejmuje metody uzyskiwania organicznych związków, ich przemiany i zastosowanie w syntezie organicznej i obejmuje: - klasyfikację związków siarkoorganicznych - metody otrzymywania głównych związków siarkoorganicznych - podstawowe reakcje charakterystyczne dla poszczególnych typów związków siarki: reakcja Pfitznera-Moffatta, przegrupowanie Pummerera, reakcja Ramberga-Backlunda - metody otrzymywania centrum stereogenicznego na atomie siarki w postaci optycznie czystej -wykorzystanie grupy sulfinylowej w syntezie asymetrycznej (karboanion stabilizowany grupą sulfinylową, addycja Michaela) - zastosowanie ylidów siarkowych w tworzeniu związków cyklicznych - wykorzystanie związków siarkoorganicznych jako ligandów w asymetrycznej katalizie. Trzecia część wykładu dotyczyć będzie chemii organicznych związków fosforu i obejmować nazewnictwo, budowę oraz mechanizmy reakcji z udziałem związków fosforu. Poznanie mechanizmów tych reakcji i wybór właściwych substratów pozwala na zaplanowanie optymalnych syntez pożądanych związków. Szczegółowa zawartość to: - nomenklatura związków fosforu, - podstawowe typy połączeń fosforoorganicznych, - równowagi tautomeryczne związków fosforu trwałość wiązania fosforylowego, - kwasowość wiązania P-H, - metody otrzymywania fosforynów, - przykłady odczynników fosfitylujących, - reakcje estrów H-fosfonianów z zasadami, - synteza fosfonianów dialkilowych reakcja Michaelisa-Beckera, - addycja do wiązania podwójnego C=C reakcja Pudovika, - addycja do wiązania podwójnego C=O reakcja Abramova, 2
Literatura - reakcje fosforynów mono- i dialkilowych, - alkilowanie fosforynów reakcja Michaelisa-Arbuzowa, - tworzenie wiązań P-X (X = halogen, N, S), - synteza enolofosforanów reakcja Perkowa, - reaktywność elektrofilowa związków fosforu P(III), - otrzymywanie i alkilowanie fosfin, - synteza ylidów fosforowych i ich wykorzystanie w syntezie związków nienasyconych (reakcja Wittiga) - reakcja Hornera-Wadswortha-Emmonsa jako modyfikacja fosfonianowa reakcji Wittiga, - deoksygenacja epoksydów i desulfuracja episulfidów za pomocą fosfin, - porównanie zasadowości fosfin i amin, - redonorowy charakter wiązania fosfor-metal, - optycznie czynne fosfiny jako ligandy synteza i przykłady wykorzystania w syntezie asymetrycznej, - mechanizmy podstawienia nukleofilowego przy atomie fosforu (V) (A-E, SN2(P), E-A, SN1(P)), - struktura bipiramidalna pentakoordynacyjnego atomu fosforu omówienie szeregu apikofilowości i zjawisko pseudorotacji. Czwarta część wykładu obejmować będzie zagadnienia biokatalizy w chemii organicznej i zawierać opis metod syntezy i transformacji związków organicznych polegających na zastosowaniu enzymów zarówno w stanie surowym (jako żywe mikroorganizmy, żywe bądź liofilizowane komórki itp.) jak i w postaci wyizolowanych czystych białek i polega na szczegółowym omówieniu następujących tematów: -definicja enzymów i przedstawienia zalet i wad ich stosowania -klasyfikacja enzymów, z bardziej szczegółowym omówieniem enzymów hydrolitycznych -prowadzenie reakcji enzymatycznych w środowisku wodnym oraz w rozpuszczalnikach organicznych i cieczach nadkrytycznych -mechanizmy działania enzymów hydrolitycznych -typy selektywności charakterystyczne dla enzymów, z podkreśleniem enancjoselektywności -zastosowanie enzymów w syntezach steroselektywnych: a) kinetyczny rozdział mieszanin racemicznych b) desymetryzacja substratów prochiralnych (synteza asymetryczna) c) deracemizacja racematów prowadząca do enancjomerycznych produktów -katalityczny promiskuityzm enzymów -enzymy stosowane w reakcjach redoks: a)dehydrogenazy alkoholowe; typy i znaczenie kofaktorów b)oksygenazy c) oksydazy -modyfikacje enzymów poprzez ich chemiczne transformacje -liazy tworzenie wiązań C-C -transferazy, w tym aminotransferazy i ich zastosowanie -cel i techniki immobilizacji enzymów -wybrane przykłady przemysłowych zastosowań biokatalizy J. Drabowicz, P. Kiełbasinski, M. Mikołajczyk, Synthesis of sulfoxides Edited by S. Patai, Z. Rappoport L. Dai, V. K. Aggarwal, Asymmetric Ylide Reactions, Chem. Rev. 1997, 97, 2341 H. Pellissier Chiral sulfur-containing ligands for asymmetric catalysis Tetrahedron 63 (2007) 1297 The Chemistry of Phosphorus J. Emsley, D. Hall, Harper & Row Ltd 1976. A guide to organophosphorus chemistry Quin Louis D., Wiley 3
Efekty uczenia się Metody i kryteria oceniania Praktyki zawodowe w ramach 2000. Handbook of organophosphorus chemistry Engel R., M. Dekker 1992. K. Faber Biotransformations in Organic Chemistry, 6th Edition, Springer 2011. P. Kiełbasiński, M. Mikołajczyk Chiral heteroatom-containing compounds in Future Directions in Biocatalysis, T. Matsuda (Ed.), Elsevier 2007, pp. 159-203. Słuchacz zapoznaje się i uczy metod tworzenia i badania różnych mono i wielowarstw modyfikujących odpowiednie powierzchnie, nadając im pożądane właściwości. Student (doktorant) zapoznaje się z nomenklaturą dotyczącą organicznych związków siarki, poznaje podstawowe metody otrzymywania głównych związków siarkoorganicznych, przyswaja sobie podstawowe reakcje głównych typów organicznych związków siarki, poznaje mechanizmy reakcji, poznaje reguły przewidywania stereochemii w reakcjach z udziałem grupy sulfinylowej. Student (doktorant) przypomina sobie jak i zapoznaje się z podstawowym materiałem dotyczącym reakcji w chemii organicznych związków fosforu.poznaje nowe pojęcia związane z mechanizmami w prezentowanych reakcjach. Poznaje zastosowanie związków fosforu w syntezie organicznej. Słuchacz zapoznaje się i uczy metod biokatalitycznych stosowanych do otrzymywania nowych enancjomerycznie wzbogaconych produktów bądź związków niedających się zsyntetyzować zwykłymi metodami chemicznymi. Weryfikacja uzyskanej wiedzy dokonuje się w wyniku egzaminu Nie dotyczy Nazwa pola Cykl dydaktyczny, w którym przedmiot jest realizowany Sposób zaliczenia w cyklu Forma(y) i liczba godzin zajęć oraz sposoby ich zaliczenia Imię i nazwisko koordynatora/ów cyklu Imię i nazwisko osób prowadzących grupy zajęciowe Atrybut (charakter) Efekty uczenia się, zdefiniowane dla danej formy zajęć w ramach Semestr III Egzamin Prof. W. H. Midura Komentarz 20 Prof. C.J.M. Stirling, Prof. W.H. Midura, Dr K. Owsianik, Prof. P. Kiełbasiński Do wyboru Słuchacz zapoznaje się i uczy metod tworzenia i badania różnych mono i wielowarstw modyfikujących odpowiednie powierzchnie nadając im pożądane właściwości. Zapoznaje się i uczy metod chemicznych stosowanych do otrzymywania nowych materiałów (nanomateriałów) stosowanych we współczesnych technologiach, medycynie, analityce. Poznaje ich szczegółowe kierunki zastosowań oraz metody konstruowania i badań właściwości. 4
Metody i kryteria oceniania danej formy zajęć w ramach Metody dydaktyczne Weryfikacja uzyskanej wiedzy dokonuje się w wyniku egzaminu Wykład 5