course-details-portlet

TKJ4180 - Fysikalsk organisk kjemi

Om emnet

Vurderingsordning

Vurderingsordning: Skriftlig eksamen
Karakter: Bokstavkarakterer

Vurderingsform Vekting Varighet Hjelpemidler Delkarakter
Skriftlig eksamen 100/100 4 timer D

Faglig innhold

Emnet behandler fundamentale prinsipper og metoder i fysikalsk og mekanistisk organisk kjemi:
(i) Beskrivelse av molekylær struktur (inkludert reaktive intermediater som radikaler, karbener, karbokationer og karbanioner) ved hjelp av valensbindingsteori og molekylærorbital teori. (ii) Konformasjonsanalyse av organiske molekyler, studie av hindret rotasjon ved hjelp av NMR (bestemmelse av koalesens og hastighetskonstanter), energi-reaksjonskoordinatdiagram for simultan rotasjon av to C-C enkelt-bindinger og en kort introduksjon i molekylmekanikkberegninger. (iii) Stereokjemi og symmetry. Stikkord: prokiralitet, stereospesifikke og stereoselektive reaksjoner, Crams regel og Felkin-Ahns modell, symmetri-operasjoner, symmetrielementer, symmetripunktgruppe og topologiske sammenhenger relatert til symmetri. (iv) Substituenteffekter: sterisk, resonans, induktiv og felteffekter. (v) Generelt verktøy for studie av reaksjonsmekanismer, eks kryssningsforsøk (intramolekylær eller intermolekylær reaksjon?) og isotopmerkingsforsøk (hvilke bindinger brytes / dannes?). (vi) Energioverflater (2D og 3D) og kinetikkanalyser i studie av reaksjonsmekanismer. Stikkord: More O'Ferral-Jencks diagram (variabel overgangstilstand diagram), hastighets-likninger (reaksjonsorden og reaksjonshastighet), steady-state approksimasjonen i studie av komplekse reaksjoner, kinetisk vis-a-vis termodynamisk kontroll, prinsippet om mikroskopisk reversibilitet, Curtin-Hammett prinsippet, Hammonds postulat. Energifunksjoner fra hastighets-konstanter og reaksjonstemperaturer: Arrheniuslikning (aktiveringsenergi) og Eyringslikning (aktiveringsentalpi og aktiveringsentropi). Kinetisk isotopeffekt (primær, sekundær). (vii) Linjer fri energi sammenhenger (LFERs): (a) Hammett likningen for aromatiske forbindelser, substituent og reaksjonskonstanter, reaksjonskonstantens betydning på strukturen til overgangstilstanden i det hastighets-bestemmende trinnet, avvik fra linearitet - mekanistisk betydning (flertrinnsreaksjoner). (b) Swain-Scott likningen (nukleofilisitet versus basistet). (c) Grunwald-Winstein og Schleyer likningenene (kvantifiserer solventeffekter og nukleofilisitet). (viii) Solvent-klassifisering basert på fysikalske egenskaper: dielektrisk konstant, brytningsindeks, dipolmoment, donornummer, akseptornummer, hydrogen-binding akseptor kapasitet alfa, hydrogenbinding donor kapasitet beta og Reichardts Et skalaer. (ix) Syrer og baser: syrestyrker i gassfase vis-a-vis vandig løsning og i vandig løsning vis-a-vis organiske løsningsmidler, vandig pKa skala (utgjevningseffekt), ikke-vandig syre / base skalaer, kjemi i ekstremt sure media, Ho syre funksjon skala, syre / base katalyse (spesifikk og generell), Lewis syrer og baser ("hard / soft"). (x) Detaljert mekanistisk beskrivelse og diskusjon av grunnleggende organiske reaksjoner ved hjelp av metodene beskrevet over for: (a) nukleofil addisjon til aldehyd / keton (syre og base katalyse); (b) hydrolyse av acetal (syre katalyse); (c) hydrolyse av ester (syre og base katalyse); (d) nukleofil alifatisk substitusjon (SN2 / SN1, nabogruppedeltagelse, ionepar, ikke-klassisk karbokation); (e) eliminasjon (E1 / E2 / E1cb, stereo og regiokjemi). (xi) Perisykliske reaksjoner: elektrosyklisk, sigmatropisk, sykloaddisjon og cheletropisk. Stikkord: Woodward og Hoffmanns "seleksjonsregler" for termiske og fotokjemiske reaksjoner, MO korrelasjonsdiagrammer.

Læringsutbytte

Etter avsluttet kurs studenten har kunnskapet å
- beskrive molekylstrukturer ved hjelp av valensbinding teori og molekylorbital teori
- bestemme stereoselektiviteten ved angrep av nukleofiler på karbonylgruppen ved bruk av modeller (Crams modell og Felkin Ahn)
- foreslå kinetiske metoder for studier av organisk-kjemiske reaksjoner
- dra mekanistiske slutninger fra kinetiske data
- beregne en reaksjons aktiveringsenergi, aktiveringsentalpi og aktiveringsentropi ved hjelp av Arrhenius og Eyrings likninger
- bestemme om en reaksjon er syre eventuelt base katalysert (spesifikk eller generell katalyse) ut fra kinetiske data

Studenene kan også vurdere mekanismen av organiske reaskjoner ved verktøy som
- Hammett likningen
- effekt ved innføring av isotoper
- redegjøre for steriske og elektroniske effekter i reaksjoner av ulik art

I tillegg har de ferdigheter i å
- velge et egnet løsningsmiddel til en reaksjon basert på dets fysikalske egenskaper og kunnskap om reaksjonsmekanismen
- knytte navn til sentrale reaksjoner og reaksjonsmekanismer
- kjenne til ulike typer reaksjonsmekanismer
- forslå en mekanisme ved anvendelse av prinsippene vist over
- komme med forslag hvordan etterprøve en reaksjonsmekanisme
- anvende Woodward og Hoffmanns "seleksjonsregler" for perisyliske reaksjoner
- utlede MO korrelasjonsdiagrammer for perisykliske reaksjoner

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger og øvinger med henholdsvis 4 og 2 timer per uke. Ved utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen) kan skriftlig eksamen bli endret til muntlig eksamen. Undervisningen gis på engelsk ved behov.

Forkunnskapskrav

Det forutsettes at emnene TKJ4102/TKJ4100/KJ1020 Organisk kjemi GK, TKJ4150 Organisk syntese 1 og KJ2022 Spektroskopiske metoder i organisk kjemi eller tilsvarende emner er gjennomført.

Kursmateriell

E. V. Anslyn; D. A. Dougherty: "Modern Physical Organic Chemistry", University Science Books, 2006.
or
F. A. Carey; R. J. Sundberg: "Advanced Organic Chemistry, Part A: Structure and Mechanisms, Fifth edition, Springer US, 2007

Studiepoengreduksjon

Emnekode Reduksjon Fra Til
SIK3064 7.5
Flere sider om emnet

Ingen

Fakta om emnet

Versjon: 1
Studiepoeng:  7.5 SP
Studienivå: Høyere grads nivå

Undervisning

Termin nr.: 1
Undervises:  HØST 2020

Forelesningstimer: 4
Øvingstimer: 2
Fordypningstimer: 6

Undervisningsspråk: Engelsk, Norsk

Sted: Trondheim

Fagområde(r)
  • Organisk kjemi/Bioorganisk kjemi
  • Organisk kjemi
  • Kjemi
  • Teknologiske fag
Kontaktinformasjon
Emneansvarlig/koordinator: Faglærer(e):

Ansvarlig enhet
Institutt for kjemi

Telefon:

Eksamensinfo

Vurderingsordning: Skriftlig eksamen

Termin Statuskode Vurderings-form Vekting Hjelpemidler Dato Tid Digital eksamen Rom *
Høst ORD Skriftlig eksamen 100/100 D 14.12.2020 15:00 INSPERA
Rom Bygning Antall kandidater
  • * Skriftlig eksamen plasseres på rom 3 dager før eksamensdato. Hvis mer enn ett rom er oppgitt, finner du ditt rom på Studentweb.
Eksamensinfo

For mer info om oppmelding til og gjennomføring av eksamen, se "Innsida - Eksamen"

Mer om eksamen ved NTNU