Escuela de Química Universidad Industrial de Santander

Química Orgánica II – 24721 - Docente encargado: Juan Manuel Urbina G.
Escuela de Química
Universidad Industrial de Santander
Ciudad Universitaria, Calle 9 Carrera 27 – 680002, Bucaramanga
QUÍMICA ORGÁNICA II
Profesor: Juan Manuel Urbina G. (correo e-: [email protected])
(http://ciencias.uis.edu.co/~jurbina)
Teléfono (+57 7) 6344000 Ext. 2783
INTENSIDAD HORARIA SEMANAL:
CÓDIGO:
NUMERO DE CRÉDITOS:
TAD:
Tipo:
TAI:
5 horas
24721
5
5
Teoría
10
REQUISITOS
Química Orgánica I (24714)
JUSTIFICACIÓN
Al entrar al tercer milenio, la química como ciencia natural que es, le aporta a la humanidad resultados
muy valiosos y considerables. Su poder e impacto sobre el desarrollo común de la sociedad moderna son
indiscutibles, y su propio desarrollo, a su vez, depende de las investigaciones tanto experimentales como
teóricas. A diferencia de las demás ciencias naturales, la química orgánica crea su materia, -moléculas
orgánicas- y creándolas, las estudia y trata de entenderlas. Este curso constituye para los estudiantes de
pregrado una etapa más avanzada de su aprendizaje sobre los procesos de la química orgánica y tiene la
tarea principal de organizar y ampliar sus conocimientos en el comportamiento de moléculas orgánicas a
través de sus transformaciones químicas, aplicando el criterio de la comprensión de los mecanismos de
reacción propios. El conocimiento de los mecanismos de las reacciones orgánicas ayuda a tener una visión
más completa de química orgánica y será útil para entender mejor otros procesos, por ejemplo, los
bioquímicos, los de la química medicinal, los de los productos naturales y los biotecnológicos, entre otros.
El estudio serio y concienzudo de los mecanismos de las reacciones orgánicas se justifica en por lo menos,
cuatro razones de peso: 1. Optimización de los procesos de obtención de moléculas que tienen
propiedades útiles; 2. Sistematización de toda la información sobre el comportamiento de moléculas
orgánicas; 3. Predicción y mejoramiento de los procesos químicos; 4. Satisfacción de la curiosidad
científica de los estudiantes que se están formando como investigadores.
En consecuencia, durante este Curso se presta mucha atención a los aspectos mecanísticos de las
reacciones orgánicas más generales, buscando un mejor entendimiento de los procesos propios de la
Química Orgánica y enfocando los temas de modo que den respuesta a preguntas tales como: ¿De qué
manera ocurren estas transformaciones?, ¿Cómo se pueden confirmar nuestras suposiciones de posibles
mecanismos?
II semestre 2016
Química Orgánica II – 24721 - Docente encargado: Juan Manuel Urbina G.
OBJETIVOS EN TÉRMINOS DE COMPETENCIAS
• Identificar y describir las reacciones típicas de preparación de los nitrocompuestos, aminas,
compuestos carbonílicos y dicarbonílicos, carbohidratos y aminoácidos y su rol en la formación de
macromoléculas orgánicas.
• Estudiar los conceptos básicos de basicidad, acidez y su intrínseca semejanza-diferencia con la
nucleofilicidad y electrofilicidad.
• Reforzar el conocimiento que se tiene sobre las diferentes clases de reacciones orgánicas, mediante la
explicación detallada del más probable mecanismo de reacción.
• Resaltar la relación existente entre las características nucleofílicas y/o electrofílicas de un determinado
sustrato con el tipo de reacción a que es susceptible.
Competencias a desarrollar en la asignatura
Al final del curso el estudiante:
•
Reconoce y diferencia los tipos generales de mecanismos de reacciones orgánicas de acuerdo con
las estructuras de compuestos participantes en una reacción orgánica bajo ciertas condiciones de
reacción, realizando análisis estructural de un (unos) producto(s) obtenido(s) durante una reacción y luego
aplicando los criterios básicos en la investigación de un mecanismo.
•
Aplica los conocimientos del curso de Química Orgánica I en el estudio de los mecanismos, desde
la perspectiva de los fenómenos químicas moleculares que sufren todas las moléculas orgánicas,
recordando la noción del enlace químico.
•
Adquiere una consistente formación en los aspectos mecanísiticos de reacciones orgánicas típicas
que conforman la química orgánica, realizando análisis de los datos experimentales (cinéticos,
termodinámicos, espectrales etc.) de la reacción concreta.
•
Plantea y analiza posibles situaciones con sus correspondientes soluciones en el entendimiento de
los mecanismos desde la perspectiva de las propiedades estructurales de los sustratos, reactivos y
disolventes empleados.
•
Crea la capacidad de extrapolación a problemas que puedan presentarse durante el estudio de los
mecanismos, analizando los casos diferentes entre las clases distintas de compuestos orgánicos.
•
Predice algunos mecanismos de reacciones orgánicas, basándose en la premisa de que la estructura
molecular determina el comportamiento químico.
•
Fomenta la capacidad crítica para la consideración de problemas en la investigación científica de los
aspectos mecanísticos de reacciones orgánicas típicas, a partir de análisis detallado de cada componente y
cada factor que interviene en la reacción orgánica.
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
Clasificación de las reacciones orgánicas: Sistemas de clasificación: según la ruptura de enlaces (Homólisis
y Heterólisis), según la naturaleza de los intermediarios (Reacciones polares y reacciones no polares),
según las estructuras de los compuestos participantes en la reacción [Sustitución, Eliminación, Adición
(Cicloadición), Transposición]. Reacciones pericíclicas.
Criterios en el estudio de un mecanismo y clasificación de los reactivos e intermediarios: Métodos para
determinar los mecanismos de reacción orgánica. Demostración de la existencia de productos
intermedios. Identificación de los productos intermedios y los productos finales de una reacción. Empleo
II semestre 2016
Química Orgánica II – 24721 - Docente encargado: Juan Manuel Urbina G.
de isótopos. Nucleófilos y Electrófilos. Fuerza de los ácidos y de las bases. Nucleofilia y basicidad.
Radicales libres. Algunos estados intermedios. Iones carbonio. Carbaniones. Radicales de carbono.
Carbenos y nitrenos.
TRANSPOSICIONES.
Transposiciones moleculares (Tr). Tr con la participación del ión carbonio: transposiciones de Beckmann,
Schmidt, Hofmann, Baeyer-Villiger. Tr con la participación de carbaniones: transposiciones de Stevens,
Wittig, Favorskii, Transposición bencílica. Tr sigmatrópicas: transposición de Claisen, de Fries,
transposición bencidínica.
QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS ALIFÁTICOS.
Sustitución.
Sustitución nucleófila SN. Concepto de Nucleofilia relativa. Constante de Nucleofilia (Swain y Scott).
Mecanismos de la SN alifática: Sustitución nucleófila a bimolecular SN2. Características cinéticas.
Características estéricas. Sustitución nucleófila unimolecular SN1. Características estéricas. Factores que
determinan el mecanismo de las reacciones SN: 1) La estructura del substrato; 2) Papel del disolvente; 3)
La estructura del nucleófilo. Criterios para distinguir mecanismos SN1 y SN2. Mecanismo SNi. Mecanismo
SN2 contra mecanismo SN1. Uso práctico de estas reacciones. Reacciones competitivas en la sustitución
nucleofílica: eliminaciones y transposiciones.
Eliminación.
Eliminaciones. Reglas de Saytzeff y Hofmann. Regla de Bredt. Mecanismos de eliminación E1, E2 y E1cB:
efectos de temperatura, disolvente y base. Estereoquímica del mecanismo E2.
QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS OLEFÍNICOS Y DE LOS COMPUESTOS CARBONÍLICOS.
Adición electrófíla y cicloadición.
Mecanismos de adición a dobles y triples enlaces carbono-carbono. Regla de Markovnikov.
Estereoquímica de la adición. Efecto de Karasch. Hidroboración-oxidación (método de Brown). Adición a
sistemas conjugados (1,3-Dienos). Productos de adición 1,2- y 1,4-. Reacción de cicloadición [4+2]
(reacción de Diels-Alder): mecanismo, reglas de Alder, estereoquímica de la cicloadición. Reacción de
cicloadición dipolar [3+2]. Aplicación en la síntesis orgánica fina. Noción de metátesis. Su uso sintético
moderno.
Adición nucleófíla a los compuestos carbonílicos.
Adición nucleófília al grupo carbonilo. Mecanismos. AdN de nucleófilos nitrogenados (aminas, oximas etc)
y oxigenados (agua, alcoholes), de carbaniones (compuestos organometálicos) e hidruros. Estereoquímica
de la adición. Reglas de Cram. Reacción de Cannizzaro como ejemplo de la adición del hidruro.
Reacciones de condensación aldólica: regioselectividad, catalizadores, complicaciones. Condensación
crotónica. Adición a las α,β-enonas. Quinonas en reacciones de AdN. Uso práctico de estas reacciones.
QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS.
Sustitución nucleófília sobre núcleos aromáticos.
Sustitución del hidrógeno. Compuestos de diazonio aromático. Sustitución de halógenos sobre núcleo
aromático. Mecanismos SN2Ar y SN1, mecanismo “bencínico”. La estructura y estabilidad de los complejos
de Meizenheimer. Uso práctico de estas reacciones.
Sustitución electrófílica sobre carbonos núcleos aromáticos.
Mecanismo SE2Ar. Estructura y estabilidad de los complejos de Wheland. Nitración. Sulfonación.
Halogenación. Reacciones de Friedel-Crafts. Formilación. Efecto de los sustituyentes presentes sobre una
nueva substitución en el núcleo: grupos del primer género, grupos del segundo género. Uso práctico de
estas reacciones.
II semestre 2016
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ESTRATEGIAS PEDAGÓGICAS Y CONTEXTOS POSIBLES DE APRENDIZAJE PARA HORAS TIPO
TAD Y TI.
Conscientes de la necesidad de promover sanos hábitos de estudio, al comenzar el curso se le recuerda al
estudiante que el profesor será su guía en este proceso de aprendizaje, resolverá sus dudas y aclarará
conceptos que presenten mayor grado de dificultad, pero se enfatiza en que cada uno es el responsable
de la construcción de sus propios conocimientos y de las competencias que le permitirán desenvolverse
exitosamente en el mundo académico y posteriormente en el laboral.
Así mismo, se le recomienda al estudiante que, con base en el programa entregado, antes de comenzar
cada tema realice la revisión del capítulo y en particular le será útil leer la introducción y el resumen, para
enterarse de la organización del mismo y relacionar con sus conceptos previos.
Se aconseja igualmente, conformar grupos pequeños de trabajo que discutan el material de estudio,
realicen los ejercicios, resuelvan los problemas planteados en el texto e identifiquen las áreas que
requerirán una mayor dedicación por su parte, o una explicación adicional por parte del profesor, y
además se recomienda repasar cada día los temas vistos en clase y no dejar acumular materia, sobre todo
cuando no se haya logrado plena comprensión del tema, puesto que todos ellos están interrelacionados.
El curso se desarrollará a partir de las siguientes estrategias, que cada profesor pondrá en acción de
acuerdo al desenvolvimiento propio de la asignatura y de los temas:
Exposición del profesor
Estudio de casos y discusión de los mismos
Desarrollo de ejercicios prácticos
Demostraciones experimentales en el aula
Resolución de problemas
Exposiciones de los estudiantes como producto de su TAI
Trabajos colaborativos y puesta en común
EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA
Las actividades de evaluación, entre otras, corresponden a las siguientes:
Evaluaciones formativas sobre algunos temas, con el fin de determinar los preconceptos que traen los
estudiantes y la orientación que deberá dársele a tales temas (no computable)
Exámenes parciales acumulativos
Trabajo de Investigación Personal (TIP) sobre un tema de aplicación
Tareas, consultas y trabajos tanto personales como en grupo
Una coevaluación, donde se tiene en cuenta el esfuerzo personal, la responsabilidad y el compromiso
mostrado por el estudiante durante el semestre.
Propuesta y desarrollo del TIP – Durante el semestre, el estudiante irá preparando un Trabajo de
Investigación Personal relacionado con el uso de la síntesis orgánica y su aplicación en la preparación de
antibióticos, defensa química en la naturaleza, principios de síntesis asimétrica y estereoselectividad de
algunos fármacos importantes, reacciones involucrando metales como cierre de anillo por metátesis y
química de catalizadores de paladio (reacción de Suzuki, Heck, Sonogashira, etc).y otras reacciones de
importancia sintética, determinación experimental del mecanismo de determinada reacción, etc.
II semestre 2016
Química Orgánica II – 24721 - Docente encargado: Juan Manuel Urbina G.
La calificación de la asignatura se llevará a cabo de la siguiente manera:
Tareas, exámenes cortos, trabajos (20%)
Cuatro exámenes realizados a lo largo del semestre (70%) [la distribución de la calificación como sigue:
exámenes 1 (10%), 2 (15%), 3 (20%) y 4 (25%)]
Trabajo de Investigación Personal (+ socialización) (10%) [trabajo escrito (7%) y exposición (3%)]
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Y COMPLEMENTARIA
John McMurry. Química Orgánica, 8va ed. Cengage Learning Editores. México. 2012.
Francis A. Carey. Química Orgánica, 6ta ed. Mc Graw Hill. México. 2006.
Robert Thornton Morrison, Robert Neilson Boyd. Química Orgánica, 5ta ed. Addison Wesley Longman.
1999.
T.W. Graham Solomons. Química Orgánica, 2da ed. Editorial Limusa (México). 1999.
Ralph J. Fessenden, Joan S. Fessenden. Química Orgánica, 2da ed. Iberoamericana. 1983.
McMurry, Susan. Study Guide and Solutions Manual to Accompany Fundamentals of Organic Chemistry.
Brooks – Cole. Monterrey, CA. 1986.
Fessenden R.J., Fessenden J.S. Química Orgánica, 2ª edición. Grupo Editorial Iberoamérica. México D.F.
1996.
Solomons, T. W. Graham. Fundamentos de Química Orgánica. Limusa. México. 1995.
LIBROS DE CONSULTA:
Francis A. Carey and Richard J. Sundberg. Advanced Organic Chemistry, 3rd ed. Plenum Press. 1993.
Peter Sykes. Mecanismos de Reacción en Química Orgánica, 5ta ed. Reverté, S.A. 1985.
CRONOGRAMA DE EVALUACIONES - II semestre de 2016
Fecha
Actividad
GRUPO H1
GRUPO D1
6 de octubre de 2016
7 de octubre de 2016
Quiz No. 1
Entrega de tema y bibliografía del trabajo
20 de octubre de 2016
21 de octubre de 2016
1er previo
3 de noviembre de 2016
3 de noviembre de 2016
Quiz No. 2
Entrega de borrador del trabajo y esquemas
17 de noviembre de 2016
18 de noviembre de 2016
2do previo
1 de diciembre de 2016
2 de diciembre de 2016
Quiz No. 3
Entrega de borrador del trabajo y figuras
15 de diciembre de 2016
16 de diciembre de 2016
3er previo
II semestre 2016
Química Orgánica II – 24721 - Docente encargado: Juan Manuel Urbina G.
12 de enero de 2017
13 de enero de 2017
Entrega del trabajo de investigación personal (TIP)
19 de enero de 2017
20 de enero de 2017
Quiz No. 4
8 de febrero de 2017
Examen final
(9 de febrero de 2017)
(Exámenes supletorios)
(20 de febrero de 2017)
(Examen de habilitación)
II semestre 2016