Química Orgánica II - Universidad de los Andes

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES - FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
AGOSTO DE 2009
PROGRAMA DE: Química Orgánica II
CÓDIGO: QUIM2312 CRÉDITOS: 3
PRERREQUISITO: Química Orgánica I
INTENSIDAD HORARIA: 4 horas/semana
PROFESOR: Jaime Antonio Portilla Salinas. OFICINA: Q832
CORREO ELECTRÓNICO: [email protected]
HORARIO DE ATENCIÓN: lunes de 8 a 10:00 am.
1. RESUMEN.
Continuando con el estudio de los compuestos de carbono y la importancia en las
aplicaciones que ellos presentan, es necesario entender el principio fundamental de estas
sustancias en cuanto a reactividad y estructura cuando se introducen nuevas
funcionalidades, desde los hidrocarburos aromáticos, pasando pos derivados oxigenados
de menor oxidación como los alcoholes, hasta los que presentan mayor oxidación como
los ácidos carboxílicos. Debido a la complejidad estructural que se va introduciendo con
los nuevos conocimientos en Química Orgánica, se hace necesario introducir algunas
nociones de espectroscopia, ya que es la herramienta analítica más importante para la
identificación y caracterización estructural de compuestos orgánicos.
2. OBJETIVOS
GENERALES. Continuar con la formación del estudiante en Química Orgánica con
base a la teoría estructural moderna, brindarle una formación integral en mecanismos de
reacción con el objetivo de que comprenda el comportamiento de las distintas clases de
compuestos y relaciones de tipo cualitativo entre estructura y reactividad, expandirle el
pensamiento científico aplicado en la solución de problemas que se presenten en sus
actividades académicas y profesionales.
ESPECÍFICOS. Se pretende que el curso permita a los alumnos: manejar
satisfactoriamente los conceptos sobre estructura y nomenclatura de las clases de
compuestos cubiertos durante el mismo, planear síntesis aceptables y mecanismos de
reacción para compuestos tratados en el curso, relacionar cualitativamente la estructura
y reactividad de estos compuestos, aplicar los conceptos de sustitución electrofílica
aromática, eliminación, sustitución y adición nucleofilica a reacciones de compuestos
orgánicos oxigenados. También se pretende que el estudiante aprenda a utilizar lo
conceptos de espectroscopia molecular en la identificación y caracterización estructural
de compuestos orgánicas sencillos.
3. CONTENIDO
1ª Semana. Presentación del programa. Química del benceno: Estructura molecular,
resonancia y estabilidad del benceno. Reacciones. Concepto de aromaticidad. Regla de
Hückel. Reacciones de sustitución electrofilica aromática (SEAr). Mecanismo general
de la SEAr: efectos de los grupos sustituyentes. Determinación de la orientación y
reactividad relativa en bencenos sustituidos.
2ª Semana. Continuación: Mecanismos para nitración, sulfonación, halogenación y
alquilación de Friedel-Crafts en el anillo bencénico. Arenos y derivados: El anillo
aromático como sustituyente, hidrocarburos aromáticos-alifaticos. Estructura y
nomenclatura de Arenos y sus derivados. Propiedades físicas, fuente industrial y
preparación del alquil bencenos. Reacciones de los alquil y alquenil bencenos. Análisis
químico de arenos.
3ª Semana. Alcoholes: Estructura, clasificación, nomenclatura, propiedades físicas,
preparación en la industria y en el laboratorio. Propiedades químicas de los alcoholes.
Reacciones que implican ruptura del enlace C-OH: formación de haluros de alquilo y
deshidratación; mecanismos.
4ª Semana. Continuación: Reacciones que implican ruptura del enlace RO-H: Acidez y
formación de alcóxidos, formación de éteres y de ésteres, oxidación. Planeamientos
sintéticos a partir de alcoholes mediante la aplicación de las reacciones estudiadas.
Análisis de alcoholes, solubilidad, pruebas coloreadas, distinción entre clases de
alcoholes y entre los alcoholes y otros compuestos.
5ª Semana. Éteres y epóxidos: Estructura, nomenclatura, propiedades físicas,
preparación industrial y de laboratorio. Reacciones de los éteres: reacciones con ácidos,
sustituciones nucleofílicas. Métodos de preparación y reacciones de los epóxidos;
ruptura catalizada por ácidos, ruptura catalizada por bases, mecanismos y orientación.
Análisis químico de éteres.
6ª Semana. Sinforia: Efectos de grupos vecinos y catálisis por complejos de metales de
transición. Significado de "sinforia". Descubrimiento de los efectos de grupos vecinos.
Ayuda anquimérica. Complejos de metales de transición en la hidrogenación
homogénea y su estereoquímica. Proceso oxo para la obtención de alcoholes. Acción
enzimática.
7ª Semana.
Aldehídos y cetonas: Estructura, nomenclatura, propiedades físicas y
métodos de preparación de aldehídos y cetonas. Reacciones de compuestos carbonílicos.
Adición nucleofílica: mecanismo, adiciones de reactivos de Grignard, de cianuro, de
bisulfito, de derivados del amoníaco, de alcoholes (formación de acetales), reacción de
Cannizaro.
8ª Semana. Continuación: Oxidación de compuestos carbonílicos: diferenciación entre
aldehídos y cetonas, reacción halofórmica. Reducción de compuestos carbonílicos a
alcoholes y a hidrocarburos. Análisis químico de aldehídos y cetonas.
9ª Semana. Aldehidos y cetonas en biología. Carbohidratos: Definición clasificación,
formación de glicósidos. Aldosas y cetosas. Reacciones de los monosacáridos síntesis y
degradación de los monosacáridos. Prueba de Fisher. Disacáridos y polisacáridos.
10ª Semana. Ácidos carboxilicos: Estructura, nombres, propiedades físicas. Acidez y
formación de sales. Fuente industrial y preparación en el laboratorio. Reacciones de los
ácidos carboxílicos. Acidez y su relación con la estructura. Conversión en derivados:
cloruros de ácido, ésteres, amidas. Reducción. Halogenación en carbono. Sustitución
electrofilica en ácidos carboxílicos aromáticos. Compuestos dicarboxílicos: estructuras,
nombres, propiedades y preparación. Análisis químico de ácidos carboxílicos.
11ª Semana. Derivados funcionales de ácidos carboxílicos y Lípidos: Cloruros de
ácido, anhídridos, amidas y ésteres. Nomenclaturas. Propiedades físicas. Sustitución
nucleofílica en el grupo acilo. Mecanismo, aplicaciones y comparación con la
sustitución nucleofilica en el grupo alquilo. Preparación y reacciones principales de
cloruros de ácidos, de anhídridos, de amidas y de ésteres. Mecanismos. Análisis
químico de ácidos carboxílicos y de sus derivados.
12ª Semana. Lípidos y Nociones de espectroscopia: Existencia y composición de las
grasas: Ceras y triglicéridos. Saponificación de grasas y aceites: jabones y detergentes.
Fosfolípidos, esteroides y prostaglandinas. Espectroscopia de masas. Espectro de masas:
obtención, instrumentación, ion-molecular, fragmentaciones y su uso en la
determinación de estructuras orgánicas. Aplicaciones de la espectrometría de masas.
13ª Semana. Nociones de espectroscopia: Espectro electromagnético. Espectroscopia
infrarroja: origen del espectro, clases de vibraciones en los distintos grupos funcionales
orgánicos y su asignación a bandas de absorción. Aplicaciones. Espectroscopia
ultravioleta: origen del espectro y tipos de transiciones electrónicas. Espectroscopia de
resonancia magnética nuclear (RMN). Instrumento, núcleos detectables.
14ª y 15ª Semana. Continuación: Desplazamientos químicos y su relación con la
estructura molecular. Integración y conteo de protones en RMN 1H. Acoplamientos
spin-spin y multiplicidad de señales. Constantes de acoplamiento. Aplicaciones a la
determinación de estructuras. RMN 13C. Bases elementales y su uso en la determinación
de estructuras. Aplicaciones de la espectroscopía al análisis de compuestos orgánicos.
4. EVALUACION: Cuatro exámenes (tres parciales de 15 puntos y un final de 20
puntos), tres exámenes cortos (5 puntos cada uno) y cuatro talleres o tareas (5 puntos
cada uno).
5. BIBLIOGRAFIA
1. Solomons, T. “Organic Chemistry” 9ª Ed. (2007); John Wiley & Sons. Inc.
2. Morrison, R.T. y Boyd, R. N. “Química Orgánica” 5ª Ed. (1989); Pearson Educación.
3. Wade, L. “Química Orgánica” 5ª Ed. (2007); Pearson Prentice Hall.
4. Sorrell, T. “Organic Chemistry” 2ª Ed. (2006); University Science Books.
5. Vollhardt, K. “Organic Chemistry” 5ª Ed. (2006); W. H. Freeman and Company.
6. Pine, S.; Hendrichkson, J. “Química Orgánica “4ª Ed. (1982), McGraw Hill.
7. Fox, MA y Whitesell, J.K. “Química Orgánica” 2ª Ed. (2000); Pearson Education,
8. Carey, F. “Química Orgánica” 3ª Ed. (1999); McGraw-Hill.
9. Neckers, D. C.; Doyle, M. P., “Organic Chemistry” (1977); John Wiley & Sons.
10. Pine, S. H.; Hendrickson, J. B.; Cram, D. J. “Organic Chemistry” (1999); McGraw
Hill.