Synteza organiczna (blok specjalnościowy)

W skład tego bloku wchodzą zajęcia dotyczące nowoczesnych metod separacji (zaawansowane metody separacyjne - aplikacje HPLC, struktura związków heterocyklicznych, zaawansowane metody NMR i MS w chemii organicznej, budowa a barwa związków organicznych) i określania struktury związków organicznych oraz przedmioty związane z nowoczesną chemią organiczną (mechanizmy reakcji w chemii organicznej, chemia leków, podstawy metod chromatograficznych w chemii orgicznej)

Wykład ,,Mechanizmy reakcji w chemii organicznej''. Opis mechanizmów reakcji związków organicznych, stan przejściowy, profile reakcji, parametry aktywacji, mapy reakcji. Badanie mechanizmów reakcji, rząd reakcji i szybkość reakcji, pomiary kinetyczne, efekty rozpuszczalnikowe, określanie parametrów aktywacji, kinetyczne efekty izotopowe, kontrola kinetyczna i termodynamiczna, analiza stechiometrii i liniowe zależności swobodnej energii. Zastosowania izotopów do badania mechanimów reakcji. Reaktywne produkty pośrednie - wolne rodniki, karbokationy, nieklasyczne karbokationy, karboaniony, karbeny, nitreny - tworzenie, identyfikacja, struktury, przemiany. Metody spektroskopowe w badaniu mechanizmów reakcji. Steryczne utrudnienie delokalizacji. Reakcje podstawienia nukleofilowego, addycji do wiązania podwójnego C=C, C=O i C=N. Reakcje eliminacji. Przegrupowania molekularne. Kwasowość i zasadowość związków organicznych.

,,Zawansowane metody NMR i MS w chemii organicznej'': Spektroskopia masowa. Metody jonizacji stosowane w aparatach MS (FAB, LSIMS, MALDI, metody desorpcyjne np. PD, LD, FD; termo- (TSP) i elektro- (ES, ESI)spray; jonizacja chemiczna pod ciśnieniem atmosferycznym (APCI)), analizatory (zalety i wady), sposoby wprowadzania próbki (techniki łączone: LC-, GC-MS). Spektroskopia tandemowa (MS-MS). Teorie rządzące reakcjami fragmentacji.

Magnetyczny rezonans jądrowy. Zaawansowane jedno- i dwuwymiarowe metody otrzymywania widm (TOCSY, efekt NOE, ROESY, INADEQUATE), dynamiczna spek¬tro¬skopia NMR (DNMR), odczynniki przesuwające pasma - wykorzystanie tych metod do określania struktury związków organicznych. Magnetyczny rezonans jąder 14N, 15N, 31P i 19F.

,,Analiza retrosyntetyczna w chemii organicznej'': Przedmiot obejmuje następujące treści: wprowadzenie podstawowych pojęć z zakresu analizy retrosyntetycznej. Zapoznanie z fundamentalnymi regułami dyskonekcji związków organicznych (analiza struktury docelowej cząsteczki), syntonami generowanymi w procesie analizy retrosyntetycznej i ich syntetycznymi odpowiednikami. Porównanie syntez zbieżnych i liniowych. Omówienie wybranych metod tworzenia wiązań C-C i przekształceń grup funkcyjnych, i reakcji chemio-, regio- i stereoselektywnych. Zaprezentowanie na przykładach wieloetapowych syntez związków organicznych zasad rządzących retrosyntezą.

,,Chemia leków'': wykład: Rys historyczny chemii leków. Nazewnictwo leków. Farmakologiczna i chemiczna klasyfikacja leków. Wpływ czynników fizykochemicznych na trwałość, wchłanianie i dystrybucję leków. Teoria receptorów. Mechanizm działania leków na enzymy. Biotransformacja leków. Budowa chemiczna a działanie leków. Wyodrębnianie leków z substancji naturalnych. Projektowanie leków – SAR i QSAR. Synteza leków. Testowanie leków. Omówienie wybranych klas leków – leki znieczulające; leki przeciwbólowe i przeciwzapalne; leki przeciw drobnoustrojom; leki anty-AIDS; leki przeciwnowotworowe.

laboratorium: Wykonanie pięciu zadań związanych z wydzielaniem substancji z materiału biologicznego i syntezą prostych strukturalnie leków. Analiza i ocena czystości syntezowanych oraz będących w sprzedaży leków.

,,Struktury związków heterocyklicznych'': Nomenklatura związków heterocyklicznych. Niearomatyczne związki heterocykliczne o małych (trój- i czteroczłonowych), średnich (pięcio- i sześciochłonowych) oraz dużych pierścieniach - struktura, właściwości fizyczne, metody syntezy, reaktywność, znaczenie biologiczne, zastosowanie w technice. Teoretyczne podstawy chemii związków heteroamatycznych - aromatyczność związków heterocyklicznych, ich struktura elektronowa a właściwości, ocena reaktywności. Struktura, właściwości fizyczne, metody syntezy, reaktywność, zastosowanie w technice i znaczenie biologiczne następujących układów: a) sześcioczłonowe pierścienie heteroaromatyczne z jednym heteroatomem (pirydyny i ich analogi, sole piryliowe, pirony i ich analogi), , b) sześcioczłonowe pierścienie heteroaromatyczne z dwoma i trzema atomami azotu (diazyny, triazyny i ich analogi, puryny i pterydyny), c) pięcioczłonowe pierścienie heteroaromatyczne z jednym heteroatomem (pirol. furan, tiofen i ich analogi, porfiryny, ftalocyjaniany), d) pięcioczłonowe pierścienie heteroaromatyczne z dwoma heteroatomami (azole, związki mezojonowe), e) dwupierścieniowe związki heterocykliczne (indol, benzofuran, chinolina).

Przedmiot : „Podstawy metod chromatograficznych w chemii organicznej” obejmuje dwie techniki chromatografii cieczowej: wysokosprawną chromatografię cieczową (HPLC) i chromatografię cienkowarstwową (TLC), a ponadto technikę chromatografii gazowej: chromatografię gazową typu gaz-ciecz (GLC lub GC). Zajęcia składają się z 20h wykładu oraz 50h laboratorium. W ramach laboratorium wykonuje się zadania laboratoryjne z HPLC (30h, 6 zadań), TLC (10h, 2 zadania) i Flash-Chrom (1 zadanie) oraz z GC (10h, 3 zadania).

Sesje laboratoryjne obejmują pojedyncze zadania i składają się z omówienia podstaw teoretycznych, celów, sposobu wykonania i omówienia wyników.

Wykład ma za zadanie przedstawić podstawy teoretyczne procesów zachodzących podczas rozdziałów chromatograficznych z charakterystyką podobieństw i różnic pomiędzy HPLC i TLC z jednej strony a chromatografią cieczową(LC) i GC z drugiej strony. Laboratorium nastawione jest na przekazanie umiejętności praktycznych związanych z zastosowaniem sprzętu chromatograficznego w analizie i preparatyce. Celem laboratorium jest m.in. praktyczne przedstawienie niektórych fundamentalnych zależności występujących w chromatografii. Ponadto przekazuje się umiejętności praktyczne z zakresu wy¬bo¬ru i oceny kolumn HPLC, identyfikacji związków organicznych, oznaczeń ilościowych oraz preparatyki metodą Mikro-Prep-TLC i Mikro-Prep-HPLC.

Przedmiot : „Zaawansowane metody separacyjne – aplikacje HPLC” obejmuje technikę wysokosprawnej chromatografii cieczową (HPLC). Zajęcia składają się z 15h wykładu oraz 50h laboratorium. W ramach laboratorium wykonuje się 5 złożonych zadań laboratoryjnych z HPLC połączonych z syntezą organiczną.

Sesje laboratoryjne obejmują pojedyncze zadania i składają się z omówienia podstaw teoretycznych, celów, sposobu wykonania i omówienia wyników.

Wykład ma za zadanie przedstawić podstawy teoretyczne procesów zachodzących podczas rozdziałów chromatograficznych. Laboratorium nastawione jest na przekazanie umiejętności praktycznych związanych z zastosowaniem sprzętu chromatograficznego w analizie i preparatyce. Celem laboratorium jest m.in. praktyczne przedstawienie niektórych fundamentalnych zależności wystę¬pujących w chromatografii w aspekcie praktycznym. W ramach laboratorium przekazuje się umiejętności praktyczne z zakresu wybo¬ru, oceny i testów kolumn HPLC, preparatyki, identyfikacji związków organicznych, oznaczeń ilościowych równolegle kilkoma metodami oraz preparatyki metodą Mikro-Prep-HPLC. Wykonuje się również rozdziały z udziałem kolumn chiralnych oraz bada się przebieg złożonych reakcji chemicznych w czasie.

Wykład ,,Mechanizmy reakcji w chemii organicznej'': P. A. Sykes, Guidebook to Mechanism in Organic Chemistry, Longman Scientific & Technical, Harlow 1986.

M. G. Moloney, Structure and Reactivity in Organic Chemistry, Blackwell Publishing, Oxford, 2008.

Richard A. Jackson, Mechanizmy reakcji organicznych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.;

R. A. W. Johnstone, M. E. Rose, Spektrometria mas, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa, 2001;

F. W. McLafferty, Interpretation of Mass Spectra, University Science Books, Mill Valey, 1993;

R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa, 2007;

A. S. Płaziak, Wprowadzenie do spektroskopii masowej związków organicznych, UAM, Poznań, 1997;

H. Friebolin, Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy, VCH, Weinheim, 1993;

E. Breitmaier, Structure Elucidation by NMR in Organic Chemistry, J. Wiley, New York, 1993.

J. W. Hennel, J. Klinowski, Podstawy magnetycznego rezonansu jądrowego, Wydawnictwo naukowe UAM, Poznań, 2000;

J. H. Gross, Mass Spectrometry, Springer, Berlin, 2004.

1. S. Warren, P Wyatt, Organic Synthesis: The Disconnection Approach, Wiley, Chichester, 2008.

2. J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, P. Wothers, Organic Chemistry, Oxford University Press, Oxford, 2001.

3. Ch. Willis, M. Willis, Synteza organiczna, WUJ, Kraków 2004.

4. J. Skarżewski, Wprowadzenie do syntezy organicznej, PWN, Warszawa, 1999.

5. J. Gawroński, K. Gawrońska, K. Kacprzak, M. Kwit, Współczesna synteza organiczna, PWN, Warszawa, 2004.

G. L. Patrick, Chemia leków. Krótkie wykłady, PWN, Warszawa, 2004;

R. B. Silverman, Chemia organiczna w projektowaniu leków, WNT, Warszawa, 2004;

G. L. Patrick, Chemia medyczna. Podstawowe zagadnienia, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2003;

G. Thomas, Medicinal Chemistry – An Introduction, John Wiley and Sons Ltd., Chichester, 2000;

A. Zejc, M. Gorczyca, Chemia leków, PZWL, Warszawa, 1999;

Wilson and Gisvold’s Textbook of Organic Medicinal and Pharmaceutical Chemistry, wyd. J. H. Block, J. M. Beale, Jr, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, 2004.

T. Eichler, S. Hauptmann, The Chemistry of Heterocycles, Wiley-VCH, Weinheim 2003,

J. Młochowski, Chemia związków heterocyklicznych, PWN, Warszawa, 1994.

J.K.Rumiński, HPLC Wysokosprawna chromatografia cieczowa, wyd. 1 (wydanie autorskie), Toruń, 2005;

J.K.Rumiński, Podstawy chromatografii cienkowarstwowej, autorski maszynopis skryptu, Toruń, 1995;

G.Matysik, Problemy optymalizacji chromatografii cienkowarstwowej, wyd. 1, Lublin 1007;

W.Roedel, G.Wolem, Chromatografia gazowa, Wyd. Naukowe PWN, (tłumacz. z jęz. niem.), Warszawa 1992;

Z.Witkiewicz, Podstawy chromatografii, wyd. 3, WNT, Warszawa 2000;

J.Góra, A.Lis, Najcenniejsze olejki eteryczne, wyd. 1, UMK, Toruń 2005.

J.Sherma (Editor), Handbook of Thin-layer Chromatography, 2nd ed., Marcel Dekker, New York 1996.

J.K.Rumiński, HPLC Wysokosprawna chromatografia cieczowa, wyd. 1 (wydanie autorskie), Toruń, 2005;

J.K.Rumiński, Podstawy chromatografii cienkowarstwowej, autorski maszynopis skryptu, Toruń, 1995;

G.Matysik, Problemy optymalizacji chromatografii cienkowarstwowej, wyd. 1, Lublin 1007;

W.Roedel, G.Wolem, Chromatografia gazowa, Wyd. Naukowe PWN, (tłumacz. z jęz. niem.), Warszawa 1992;

Z.Witkiewicz, Podstawy chromatografii, wyd. 3, WNT, Warszawa 2000;

J.Góra, A.Lis, Najcenniejsze olejki eteryczne, wyd. 1, UMK, Toruń 2005.

J.Sherma (Editor), Handbook of Thin-layer Chromatography, 2nd ed., Marcel Dekker, New York 1996.

J.K.Rumiński, HPLC - Aplikacje, wydanie autorskie, Toruń 2006;

J.K.Rumiński, HPLC Wysokosprawna chromatografia cieczowa, wyd. 1 (autorskie), Toruń 2005;

U.Neue, HPLC Columns: Theory, Technology, and Practice, Wiley-VCH, New York 1997;

M.C.McMaster, HPLC, A Practical User’s Guide, VCH, New York 1994.

Po wysłuchaniu wykładu student rozpoznaje podstawowe mechanizmy reakcji związków organicznych i wyjaśnia sposoby ich określania. Porównuje kwasowość i zasadowość różnych typów połączeń organicznych. Wyjaśnia różnice i przyczyny różnego przebiegu reakcji podstawienia, addycji, eliminacji i przegrupowań związków organicznych. Interpretuje wyniki badań kinetycznych związków organicznych.

Po ukończeniu zajęć student: .

Student analizuje i interpretuje otrzymane widma MS i NMR. Na podstawie tych widm identyfikuje związki organiczne.

Student analizuje strukturę docelową cząsteczki i projektuje syntezy prostych struktur organicznych

Student definiuje podstawowe pojęcia z zakresu chemii medycznej. Dobiera właściwe metody wytwarzania leków oraz techniki analizy i oceny ich czystości. Korzysta ze źródeł literaturowych w pozyskiwaniu i weryfikacji wiedzy z zakresu chemii medycznej. Student analizuje czystość leków. Student rozpoznaje podstawowe typy związków heterocyklicznych i powiązuje ich właściwości chemiczne z budową.

Po odbyciu zajęć studenci powinien posiadać orientację (wiedzę) w wyborze właściwych określonych technik chromatograficznych do rozwiązywania zadań praktycznych spotykanych w syntezie organicznej. Studenci powinni nabyć praktyczne umiejętności prawidłowej obsługi sprzętu chromatograficznego. Studenci powinni umieć dobrać odpowiednie kolumny chromatograficzne i warunki instrumentalne do wykonywania wcześniej określonych celów. Studenci powinni umieć praktycznie ocenić sprawność systemów chromatograficznych oraz umieć rozwiązywać niektóre problemy związane z niesprawnością układów chromatograficznych

Po odbyciu zajęć studenci powinien posiadać orientację (wiedzę) w wyborze właściwych określonych technik chromatograficznych do rozwiązywania zadań praktycznych spotykanych w syntezie organicznej. Studenci powinni ugruntować praktyczne umiejętności prawidłowej obsługi sprzętu chromatograficznego. Studenci powinni umieć dobrać odpowiednie kolumny chromatograficzne i warunki instrumentalne do wykonywania wcześniej określonych celów. Studenci powinni umieć praktycznie wybrać i ocenić kolumny chromatograficzne do wykonania określonych zadań. Studenci powinni umieć interpretować otrzymane wyniki chromatograficzne i wyciągać wnioski przydatne podczas syntezy organicznej, zwłaszcza dotyczące składu i struktury produktów syntezy.

Podczas zajęć ocenia się w sposób ciągły, bezpośrednio przed zajęciami, przygotowanie teoretyczne studentów do wykonywania konkretnych zadań w ramach laboratorium.

Każde zadanie kończy się sporządzeniem Raportu z wykonania zadania, w którym przedstawione są cele wykonywania zadania, procedura i szczegółowy sposób wykonywania zadania, podstawy teoretyczne, otrzymane wyniki, ich interpretacja oraz odpowiedzi na pytania zadane na piśmie i zawarte w materiałach dostarczonych studentom. Laboratorium kończy się końcowym zaliczeniem pisemnym, obejmującym 8 pytań i zadań typu obliczeniowego, opisowego, testów wyboru otwartych i zamkniętych. Zajęcia kończą się egzaminem pisemnym, składającym się z 18 pytań. Raporty, wyniki końcowego zaliczenia laboratorium oraz wyniki egzaminu pisemnego omawiane są po ich przeprowadzeniu w celu korekty i eliminacji błędów.

Egzamin pisemny.

Wykład - egzamin pisemny

Laboratorium – końcowe zaliczenie pisemne

Podczas zajęć ocenia się w sposób ciągły, bezpośrednio przed zajęciami, przygotowanie teoretyczne studentów do wykonywania konkretnych zadań w ramach laboratorium.

Każde zadanie kończy się sporządzeniem Raportu z wykonania zadania, w którym przedstawione są cele wykonywania zadania, procedura i szczegółowy sposób wykonywania zadania, podstawy teoretyczne, otrzymane wyniki, ich interpretacja oraz odpowiedzi na pytania zadane na piśmie i zawarte w materiałach dostarczonych studentom. Laboratorium kończy się końcowym zaliczeniem pisemnym, obejmującym 18 pytań i zadań typu obliczeniowego, opisowego, testów wyboru otwartych i zamkniętych. Zajęcia kończą się egzaminem pisemnym, obejmującym wszystkie 3 techniki chromatograficzne, składającym się z 98 pytań. Raporty, wyniki końcowego zaliczenia laboratorium oraz wyniki egzaminu pisemnego omawiane są po ich przeprowadzeniu w celu korekty i eliminacji błędów.