C5880 Základy stereochemie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2009
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
RNDr. Miloš Černík, CSc. (přednášející)
doc. RNDr. Jiří Toužín, CSc. (přednášející)
Garance
doc. RNDr. Jiří Toužín, CSc.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Absolvování základních přednášek z anorganické, organické a fyzikální chemie, znalost základů vektorové a maticové algebry
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Přednáška je věnována popisu chemické vazby a základů stereochemie anorganických, koordinačních a organokovových sloučenin. Symetrické vlastnosti molekul, řetězovitých a vrstevnatých polymerů a krystalů jsou popisovány na základě bodových i prostorových grup symetrie. Zahrnuty jsou rovněž konformace cyklických i acyklických molekul, isomerie u sloučenin hlavních podskupin PS i koordinačních sloučenin, chiralita a stereochemicky nerigidní a "fluxní" molekuly. Po ukončení tohoto kurzu by studenti měli být obeznámeni se základními pojmy a modely stereochemie a měli by být schopni:
* určit symetrii jednoduchých molekul a koordinačních polymerů
* předpovědět geometrii molekuly s využitím modelů VSEPR a LCP
* rozpoznat a nakreslit všechny izomery, jež jsou možné pro danou molekulu.
Osnova
  • Symetrické vlastnosti molekul: geometrické transformace, prvky a operace symetrie, ekvivalentní prvky symetrie a ekvivalentní atomy, maticový popis operací symetrie, transformační matice a jejich charaktery. Základní pojmy teorie grup: definice grupy, řád grupy, hierarchie grup,odgrupy a nadgrupy, podobnostní transformace, konjugované prvky, třídy konjugovaných prvků, izomorfie grup. Bodové grupy symetrie: operace symetrie jako prvky bodových grup, součiny operací symetrie, systematika bodových grup symetrie. Maticové reprezentace bodových grup symetrie: redukovatelné, neredukovatelné a plně redukované reprezentace, tabulky charakterů neredukovatelných reprezentací a jejich použití, sestavení a redukce redukovatelných reprezentací, direktní součiny neredukovatelných reprezentací, korelační vztahy. Elektronová struktura volných atomů a iontů: symetrické vlastnosti atomových orbitalů, parametry kovalentní chemické vazby, iontový charakter kovalentní vazby. Valenčně-vazebná (VV) teorie: valenční stavy, hybridizace, hybridizační schemata pro sigma- a pí-vazby, hybridní orbitaly jako lineární kombinace atomových orbitalů. Teorie ligandového pole (LP): štěpení degenerovaných energetických hladin chemickým okolím (Oh, Td, D4h), konstrukce diagramů energetických hladin, Jahn-Tellerův efekt, spektrální a magnetické vlastnosti komplexů, iontové poloměry přechodných kovů, termodynamické a kinetické důsledky štěpení d-orbitalů. Teorie molekulových orbitalů (MO): sekulární rovnice, Hückelova aproximace, homocyklické a řetězovité pí-systémy, třícenterní vazby, MO v metalocenech, aplikační možnosti a oblast použití VV, LP a MO teorií. Symetrie řetězovitých a vrstevnatých polymerů: šroubové osy a skluzné roviny, jednorozměrná mřížka, grupa translací, symetrie řetězců a přímkové grupy, faktorové grupy, symetrie dvojrozměrných útvarů, rovinné grupy. Symetrie krystalů: trojrozměrné mřížky a krystalografické soustavy, primitivní buňka, 14 Bravaisových mřížek, 32 krystalografických tříd, trojrozměrné prostorové grupy a jejich podgrupy, ekvivalentní pozice a polohová symetrie, orientačně neuspořádané struktury, hypersymetrie. Izomerie chemických sloučenin: definice izomerie a její význam v chemii, klasifikace jednotlivých typů izomerie, strukturní izomerie a stereoizomerie, izomerie koordinačních sloučenin, izomerizační reakce, stereospecifická substituce, trans-efekt. Optická izomerie: asymetrie a dissymetrie, chiralita, enantiomerie a optická aktivita, racemizace, molekuly s více než jedním centrem chirality, diastereoizomery, absolutní konfigurace, optická rotační disperze a cirkulární dichroismus. Konformace: rotační izomerie acyklických sloučenin, gauche-efekt, atropoizomerie, konformace cyklických sloučenin. Tvar a geometrie molekul: model VSEPR a konfigurace molekul prvků hlavních podskupin, přednostní obsazování poloh jednotlivými typy ligandů, geometrie molekul s násobnými vazbami, geometrické důsledky nevazebných interakcí, stereochemicky nerigidní a fluxní molekuly, struktura molekul ve volném a krystalickém stavu. Stereochemie složitých sloučenin: geometrie molekul koordinačních sloučenin, struktura anorganických polymerů, geometrie polyedrických molekul, struktura boranů, klastery.
Literatura
  • MORRIS, David G. Stereochemistry [Morris, 2001]. Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 2001, vii, 170 s. ISBN 0-85404-602-X. info
  • GILLESPIE, Ronald J. a Paul L. A. POPELIER. Chemical bonding and molecular geometry : From Lewis to Electron Densities. Edited by Petr C. Ford. Oxford: Oxford University Press, 2001, 267 s. ISBN 0-19-510496-X. info
  • ZELEWSKY, Alexander von. Stereochemistry of coordination compounds. Chichester: John Wiley & Sons, 1995, x, 254 s. ISBN 0-471-95057-2. info
  • TOUŽÍN, Jiří a Miloš ČERNÍK. Základy stereochemie anorganických sloučenin. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1985, 246 s. info
  • FIŠER, Jiří. Úvod do molekulové symetrie : aplikace teorie grup v chemii. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1980, 287 s. URL info
  • Úvod do stereochemie anorganických sloučenin. Edited by Lubor Jenšovský. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1979, 165 s. URL info
Výukové metody
Přednáška
Metody hodnocení
ústní zkouška
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2013, jaro 2017.