НАЦIОНАЛЬIIА АКАДЕМlЯ НАУК УКРАIНИ
IНСТИТУТ БIООРГАНIЧНОi XIMII ТА НАФТОХIМIi

ЗАТВЕРДЖЕНОВченою радоюIнституту бiоорганiчноi xiMii танафтохiмii НАН УкраihипротоколN9 N,О9 20,17 рокувiдк flб >,6-Iв(Вченоi радибiоорганiчноi xiMii

НАНУкраiЪи
Украihинафтохiмi1A.I. ВовкlО,rия,rr 1прогрАмАнавчальноi дисциплiни(ФIЗИКО-ХIМIЧНI МЕТОДИ ДОСЛЦЖЕННЯсТР)rкТУРи МоЛЕкУЛ>)ГАЛУЗЬ ЗНАНЬСПЕЦIАЛЬНIСТЬ
СПЕЦIАЛIЗАЦIЯ

PIBEHь ОСВIТИ

10-природниtII нАуки102 _хIмlяБIооргАцItшА хIмlя,НАФТОХIМIЯ ТА ВУТЛЕХIМIЯ
трЕтIЙ (освIтньо-нАуковиЙ):КиiЪ -2017 р.

РОЗРОБНИК ПРОГРАМИ:Старший науковий спiвробiтник IБОНХ НАН Украiни, докторхiмiчних наук Качковський О. Щ.
(пiдпис)Програму затверджено на засiданнi Вченоi радиIнституту бiоор_ганiчноi xiMii та нафтохiмii НАН Украiнипротокол Дi 8
вtд<<La >> 09

Вчений секретар2017 рокуф

Попiльнiченко С.В.

ВСТУП
Програму обов’язкової навчальної дисципліни «Фізико-хімічні методи
дослідження структури молекул» складено відповідно до освітньопрофесійної програми підготовки «доктор філософії» в галузі природничих
наук спеціальності 102 – «Хімія».
Предметом вивчення навчальної дисципліни є фізико-хімічні методи
дослідження структури молекул, використання оптичних та електрохімічних
методів для формування цілісного уявлення про взаємозв’язок між хімічноюбудовою

молекултаїхнімиелектронними

тафізико-хімічними

властивостями.
Міждисциплінарні зв’язки: Навчальна дисципліна «Фізико-хімічні
методи дослідження структури молекул» згідно з навчальним планом
належить до циклу дисциплін професійної підготовки, яка викладається на 2курсі аспірантури.
Базою для вивчення дисципліни «Фізико-хімічні методи дослідженняструктуримолекул» є курси«Органічна хімія», «Колоїдна хімія»,«Біоорганічна хімія», «Будова речовини», «Фізичні методи дослідження», яківивчаються при підготовці більшості напрямів підготовки бакалавра,спеціаліста та магістра спеціальності «Хімія». Курс «Фізико-хімічні методидослідження структури молекул», в свою чергу, є основою для більш
поглиблених курсів, таких як, «Біоактивні елементорганічні сполуки»,«Основи хімії природних сполук», «Молекулярні механізми в біоорганічній
хімії» та «Новітні методи органічного синтезу біоактивних сполук».
Матеріал курсу слугує теоретичною основою для формування умінь танавичок, необхідних для ефективної дослідницької роботи, формуванняцілісного уявлення про взаємозв’язок між хімічною будовою молекул таїхніми

електроннимита

фізико-хімічнимивластивостями,аналізу

прикладних аспектів в галузі біоорганічної хімії з застосуванням теоретичних
основ для розв’язання практичних задач.

1. МЕТА ТА ЗАВДАННЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ1.1. Мета навчальної дисципліни: формування базових знань про сучасні методи дослідження
хімічної будови різних типів органічних сполук, освоєння їхпрактичного застосування.
1.2. Основні завдання навчальної дисципліни:Формування цілісного уявлення про взаємозв’язок між хімічноюбудовою

молекултаїхнімиелектроннимитафізико-хімічними

властивостями. Важливим є завдання навчитись проводити практичні
дослідження залежності електронних властивостей молекул від їх хімічноїбудови, освоїти новітні методи дослідження.
Підготовка аспірантів як ефективних дослідників і викладачів вищоїшколи,здатниханалізувати

спеціальну

літературу,щостосується

встановлення взаємозв’язку між будовою та властивостями молекул, стежитиза тенденціями в розробці нових методівта застосовувати отриману

інформацію для розв’язання практичних задач.
Сприяння розширенню професійного світогляду, підвищення загальної
освіченості та культури фахівця зі спеціальності 102 – «Хімія».
Згідно з вимогами освітньо-професійної програми студенти після
засвоєння навчальної дисципліни мають продемонструвати такі результати
навчання:Знати:
 Сучаснийстан

методівфізико-хімічнихдослідженьбудови

органічних молекул, предмет, класифікацію методів і специфіку їхзастосування.
 Квантово-хімічні методи розрахунків молекулярної геометрії таелектронної структури органічних молекул. Напів-емпіричні та не-емпіричні методи. Молекулярні орбіталі, оцінка донорних таакцепторних властивостей молекул.
 Стереохімічніособливостібудовинасиченихіспряжених

органічних сполук. Конформаційний аналіз.
 Метод

рентгено-структурногокомірки,далекийаналізу;порядоквкристали,кристалах,елементарнінадмолекулярні

композити;застосування РСА для дослідження біологічно активнихмолекул.
 Метод ядерного магнітного резонансу; хімічні зсуви, спін-спіновавзаємодія,одномірніметодики

ЯМР,двохвимірніспекри.

Інтерпретація спектрів ЯМР та кореляція хімзсувів з розподілом
електронної густини в молекулах.
 Особливості будови спряжених молекул, гетеро ароматичних
сполук, в тому числі – природних. Специфіка застосування методівЯМР для встановлення атомних зарядів у спряжених системах.
 Класифікаціяспектральних

методів:спектри

поглинання,флеоресценції, фото-електронні методи вимірювання потенців
іонізації, часово-роздільні методи із застосування імпульсних
лазерів. Лінійні та нелінійно оптичні методи.
 Особливості спектрів спряжених молекул. Зв'язок молекулярнихрівнів з потенціалами іонізації та спорідненістю до електрона.
 Класифікацію, структурні особливості та хімічні властивостіприродних та синтетичних барвників.
Вміти: Проводити квантово-хімічні розрахунки різних типів органічних
молекул в основу та збудженому станах, моделювати хімічніперетворення, моделювати взаємодію молекул – потенційних
фармакофорів з біологічними полімерами.
 Встановлювати кореляції розрахованих характеристик молекул зекспериментальними даними: оптимізовану молекулярну геометріюз даними РСА; розраховані заряди на атомах з даними ЯМРспектрів.
 Розраховуватиконформаційні

перетвореннямолекул,встановлювати особливості конформацій за допомогою квантовохімічних розрахунків та спектральних методів.
 Орієнтуватися в сучасних методах розрахунків, вмітикорстуватисяпакетами

програм;вмітивстановлюватинадійнікореляції

орозрахованихданих з результатами експериментальних досліджень.
 Оцінювати взаємозв’язок між будовою та властивостями органічних
молекул, вміти прогнозувати властивості нових сполук за їххімічною будовою.
 Самостійно працювати з учбовою, довідковою та науковою
хімічною літературою, проводити літературний пошук в областіфізико-хімічнихдосліджень

органічнихсполук,робитиузагальнюючі висновки.
 Ставити навчально-дослідні експерименти на основі оволодінняосновнимиприйомамипроведенняквантово-хімічного

моделювання та вимірювання експерметальних характеристик
органічних сполук., складати звіт по роботі та оформляти науковістатті, користуватись довідковими матеріалами.
 Застосовувати одержані теоретичні знання та практичні навички вподальшій професійній діяльності.
Мати навички: Проведення квантово-хімічіних розрахунків, встановленнякореляцій з данами рентгенівських та спектральних експериментів іспостережень, висування гіпотез та встановлення меж їхзастосування.
 Прогнозування біологічної активності різних класів фармакофорів.

 Практичного застосування отриманих теоретичних знань зквантової хімії, кореляції з експериментальними результатами
фізичних досліджень органічних сполук для розробки нових
біологічно активних молекул.
В рамках даної дисципліни поглиблюються і розвиваються такікомпетенції: Універсальні компетенції:здатність проектувати і здійснювати комплексні дослідження, в томучисліміждисциплінарні,наоснові

цілісного

системного

наукового

світогляду з використанням знань в області історії і філософії науки; Загальнопрофесійні компетенції:здатність самостійно здійснювати науково-дослідницьку діяльність вбіоорганічній хімії з використанням сучасних методів дослідження таінформаційно-комунікаційних технологій.
 Професійні компетенції:здатність організовувати проведення квантово-хімічних розрахунків таспектральних досліджень, проводити їх обробку, аналізувати їх результати таузагальнювати у вигляді наукових статей для провідних профільнихжурналів; готовність до розробки навчально-методичної документації дляпроведення навчального процесу.

2. СТРУКТУРА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИНа вивчення навчальної дисципліни відводиться 120 годин/4 кредитаECTS.
Модулі дисципліни і види занять.
Обсяг навчальної роботи(в годинах)семінариСамостійна
робота

1. Вступ. Методи дослідженнябудови органічних молекулРазом

практичніКількістькредитів
ЄКТСлекціїМодулі дисциплінизагальний
обсягвсього
аудиторних

№

4120

60

1050-

60

4120601050-60

Видпідсумкового
контролю

ЗалікНавчальна дисципліна містить один кредитний модуль:МОДУЛЬ

1.

ВСТУП.

МЕТОДИДОСЛІДЖЕННЯ

БУДОВИ

ОРГАНІЧНИХ МОЛЕКУЛ.
Тема 1. Вступ. Методи дослідження будови органічних молекул.
Фізико-хімічні методи встановлення будови органічних молекул.
Класифікація.Прилади і вимірювання характеристик.
Тема 2. Квантово-хімічні методи.
Рівняння Шредінгера, ступені наближення: не-емпіричні, напівемпіричні та не-емпіричні методи розрахунків. Розрахунки оптимізованоюмолекулярної геометрії та розподілу електронної густини (зарядів на атомах).
Особливості спряжених молекул. Розрахунки характеристик в основному тазбудженому станах. Радикали як системи з відкритою електронною
оболонкою. Спінова густина. Індекси реакційноїздатності. Відноснерозташування рівнів та донорно-акцепторні властивості.
Тема 3. Метод рентгено-структурного аналізу (РСА).
Кристали, елементарні комірки, далекий порядок в кристалах,надмолекулярні композити, молекулярні агрегати. Конформаційний аналіз.
Кореляції розрахованої молекулярної геометрії з даними РСА. ЗастосуванняРСА для дослідження біологічно активних молекул.

Тема 4. Метод ядерного магнітного резонансу.
Хімічні зсуви, спін-спінова взаємодія, одномірні методики ЯМР,двохвимірні спекри. Інтерпретація спектрів ЯМР та кореляція хімзсувів зрозподілом електронної густини в молекулах.
Особливості будови спряжених молекул, гетеро ароматичних сполук, втому числі – природних. Специфіка застосування методів ЯМР длявстановлення атомних зарядів у спряжених системах.
Тема 5. Спектральні методи.
Класифікаціяспектральних
методів:спектрипоглинання,флеоресценції, збудження та анізотропії збудження флуоресценції, фотоелектронні методи вимірювання потенціалів іонізації, часово-роздільні
методи із застосування імпульсних лазерів. Лінійні та нелінійно оптичніметоди. Кореляціярозрахованих енергетичних характеристик зекспериментальними спектральними даними.

3. РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
Базова:1. Ю.А.Жданов.
Теориястроенияорганическихсоединений.
Москва.Мир. «Высшая школа» 1971, 282 с.
2. Дьюар М., Теория молекулярных орбиталей в органической химии. M.
Мир, 1972. 450 с.
3. Воловенко Ю.М., Туров О.В. Ядерний Магнітний резонанс. Київ. ВТФ«Перун», 2007. 480 с.
4. Valeur B.Molecular fluorescence. Willey-VCH. E-Book, 2001.500 p.

4.ФОРМА ПІДСУМКОВОГО КОНТРОЛЮ УСПІШНОСТІ
НАВЧАННЯ: Залік.

5. ЗАСОБИ ДІАГНОСТИКИ УСПІШНОСТІ НАВЧАННЯ:Діагностика успішності навчання аспірантів під час проведення
лекційних занять:усне опитування, участь в дискусії, виконання практичних вправ.
Діагностика успішності навчання аспірантів під час проведенняпрактичних та індивідуальних занять: усне опитування; участь в обговоренні дискусійних питань за лекційним та практичнимматеріалом.