GUÍA DOCENTE QUÍMICA ORGÁNICA

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1 GUÍA DOCENTE QUÍMICA ORGÁNICA Curso Margarita Parra Alvarez Mª Teresa Picher Uribes Rafael Ballesteros Campos Departamento de Química Orgánica Universitat de València

2 I. Datos iniciales Nombre de la asignatura: Química orgánica Carácter: Troncal Titulación: Licenciatura en Química Curso/ciclo: 2º curso/1 er ciclo Departamento: Química Orgánica Profesor responsable: Margarita Parra Álvarez Mª Teresa Picher Uribes Rafael Ballesteros Campos II. Introducción La Química orgánica es la rama de la química que estudia la estructura y la reactividad de los compuestos del carbono, generalmente conocidos como moléculas orgánicas. Entre estas moléculas se encuentran la mayor parte de los compuestos esenciales para la vida como lípidos, carbohidratos, proteínas o ácidos nucleicos. También son moléculas orgánicas muchas sustancias con las que entramos en contacto directamente tales como gasolinas, pegamentos, pinturas o fibras textiles. Un gran grupo de compuestos orgánicos son aquellos que poseen actividad farmacológica y que son la base de los medicamentos. Pesticidas, fertilizantes y herbicidas han cambiado la agricultura y los conservantes han contribuido a modificar nuestros hábitos alimenticios. Ahora bien, no todos los compuestos orgánicos son beneficiosos; hay muchos de ellos que son dañinos bien para la salud (drogas naturales y drogas de diseño, armas químicas) o para el medio ambiente (DDT, dioxinas, etc.) El conocimiento de la estructura y reactividad de los compuestos orgánicos tiene la finalidad de abrir caminos para la preparación de compuestos que mantengan todas sus características beneficiosas pero que produzcan una mínima contaminación o no presenten efectos secundarios indeseables. El estudio que la química orgánica se basa en los conocimientos adquiridos en las asignaturas de Química General y Enlace Químico y Estructura de la Materia. A partir de estos conocimientos se llevará a cabo el estudio sistemático de los grupos funcionales característicos de los compuestos orgánicos. III. Volumen de trabajo Al ser una asignatura anual se cuenta con un máximo de 28 semanas. Teniendo en cuenta este hecho el reparto de trabajo se ha realizado de la manera siguiente: Asistencia a clases teóricas: 25 horas/curso Asistencia a clases prácticas: 30 horas/curso Preparación de trabajos para entregar en clases teóricas o prácticas: 2 hora/trabajo x 10 trabajos/curso = 20 horas/curso Estudio teórico y práctico de la asignatura: 2.5 horas/semana x 30 semanas/curso = 75 horas/curso Estudio para la preparación de exámenes y pruebas escritas: 10 horas/examen x 3 examen/curso = 30 horas/curso Realización de exámenes: 3 hora/ examen x 2+2 1/2 examen/curso = 9 horas /curso Asistencia a tutorías: 1 hora/tutoría x 10 tutorías /curso = 10 horas/curso

3 Asistencia a seminarios y visitas: 13 horas /curso Realización de trabajos para seminarios y visitas: 20 horas /curso Volumen total de trabajo: Actividad Asistencia a clases teóricas 25 Asistencia a clases prácticas 30 Preparación de trabajos para entregar 20 Estudio teórico de la asignatura 30 Estudio y realización de problemas 45 Realización de trabajos para seminarios y visitas 20 Estudio para la preparación de exámenes 30 Realización de exámenes 9 Asistencia a tutorías 10 Asistencia a seminarios y visitas 13 Volumen total de trabajo: 232 Total créditos ECTS: 9 Nº de horas por crédito: 25.8 IV. Objetivos generales 232 horas/curso Horas por curso Los objetivos que se pretenden conseguir en esta asignatura se pueden resumir en los siguientes puntos: Afianzar los conocimientos del estudiante sobre la estructura y el enlace en los compuestos orgánicos. Estudiar los distintos tipos de representación de las moléculas orgánicas. Aprender las reglas generales de nomenclatura para los compuestos orgánicos. Estudiar la estereoquímica de los compuestos orgánicos y las reglas de nomenclatura apropiadas. Identificar los distintos grupos funcionales presentes en las moléculas orgánicas. Estudiar la reactividad de los distintos grupos funcionales en moléculas alifáticas. Estudiar los métodos de obtención de los distintos grupos funcionales. Estudiar los mecanismos de las reacciones más importantes. Diseñar síntesis de compuestos orgánicos a partir de determinados productos de partida y que impliquen más de una reacción. V. Contenidos Estructura y enlace en las moléculas orgánicas. Alcanos y cicloalcanos. Estereoquímica. Reacciones de los alcanos: energías de disociación de enlace, halogenación y reactividad relativa. Alquenos. Alquinos: el triple enlace carbono-carbono. Propiedades y reacciones de los haloalcanos: sustitución nucleofílica bimolecular. Otras reacciones de haloalcanos. Sustitución unimolecular y eliminación. El grupo funcional hidroxilo: propiedades de los alcoholes. Éteres Aldehídos y cetonas: el grupo carbonilo. Ácidos carboxílicos

4 Derivados de ácido. Aminas. VI. Destrezas a adquirir En este curso los estudiantes deberán adquirir las siguientes capacidades y destrezas: Representar moléculas orgánicas haciendo uso de los métodos de representación más habituales. Reconocer la estereoquímica de los compuestos orgánicos. Aprender a aplicar las reglas de nomenclatura. Identificar los grupos funcionales orgánicos. Aprender a deducir las propiedades físicas de los distintos compuestos en función de la estructura del grupo funcional que contengan. Conocer la reactividad característica de cada uno de los grupos funcionales. Conocer los métodos de obtención de los distintos grupos funcionales. Comprender y aprender a utilizar los mecanismos de reacción como interpretaciones lógicas de las reacciones estudiadas. Aprender a diseñar síntesis sencillas. VII. Habilidades sociales Razonar, argumentar y memorizar aspectos básicos. Capacidad de trabajo en grupo Capacidad de resolver problemas mediante la aplicación integrada de los conocimientos adquiridos. Capacidad de expresarse oralmente de una forma precisa y clara. Capacidad de expresarse por escrito de una forma organizada. VIII. Temario y planificación temporal Tema Contenido horas 1 Estructura y enlace en las moléculas orgánicas. El ámbito de la química orgánica: una visión global. Fuerzas culombianas: una visión simplificada del enlace. Enlace iónico y covalente: la regla del octete. Representación del enlace mediante un modelo de puntos: estructuras de Lewis. Estructuras de resonancia. Orbitales atómicos: una descripción mecanocuántica de los electrones alrededor del núcleo. Orbitales moleculares y enlace covalente. Orbitales híbridos: enlace en moléculas complejas. T 1,5 P 0,5 2 Estructura y reacciones de las moléculas orgánicas. Grupos funcionales: centros de reactividad. Forma de las moléculas. Polaridad del enlace: momento dipolar. Moléculas polares y apolares. Tipos de reacciones orgánicas: reacciones homolíticas y heterolíticas. Acidez y basicidad en los compuestos orgánicos. Nucleofilia y electrofilia en los compuestos orgánicos. Cinética y termodinámica de una reacción. Perfiles y mecanismos de reacción. Isomería: Isomería constitucional y sus tipos. P 1,0 3 Alcanos y cicloalcanos. Alcanos lineales y ramificados. El sistema de nomenclatura de los alcanos. Propiedades estructurales y físicas de los alcanos. Rotación de enlaces simples: conformaciones. Diagrama de energía potencial. Rotación en etanos sustituidos. Nomenclatura y

5 propiedades físicas de los cicloalcanos. Tensión anular y estructura de los cicloalcanos. El ciclohexano: un cicloalcano libre de tensión anular. Ciclohexanos sustituidos. Cicloalcanos superiores. 4 Reacciones de los alcanos: energías de disociación de enlace, halogenación y reactividad relativa. Fuerza de enlace en los alcanos: radicales. Estructura de los radicales alquilo: hiperconjugación. Cloración del metano: mecanismo radicalario en cadena. Otras halogenaciones radicalarias del metano. Combustión y estabilidad relativa de los alcanos. 5 Estereoisómeros. Moléculas quirales. Actividad óptica. Configuración absoluta: las reglas R-S. Configuración absoluta: nota histórica. Proyecciones de Fisher. Moléculas con varios estereocentros: diastereoisómeros. Compuestos meso. Estereoquímica en las reacciones químicas. Resolución: separación de enantiómeros. 6 Alquenos. Nomenclatura de los alquenos. Estructura y enlace en el eteno: el enlace π. Isomería Z,E en alquenos. Propiedades físicas de alquenos. Índice de deficiencia de hidrógeno. Estabilidad relativa de los dobles enlaces: calores de hidrogenación. Reacciones de adición en alquenos. Hidrogenación catalítica. Estereoquímica de la reacción de hidrogenación. Carácter nucleófilo del enlace π: adición electrófila de haluros de hidrógeno. Estabilidad relativa de los carbocationes y regioquímica de la adición (regla de Markovnikov). Síntesis de alcoholes por hidratación electrófila: control termodinámico. Adición electrófila de halógenos a alquenos. Estereoquímica de la reacción. Hidroboraciónoxidación: una hidratación anti-markovnikov estereoespecífica. Síntesis de oxaciclopropanos: oxidación con ácidos peroxicarboxílicos. Dihidroxilación vecinal sin por oxidación con tetróxido de osmio. Ruptura oxidativa: ozonólisis. Adiciones radicalarias: formación de productos anti-markovnikov. Dimerización, oligomerización y polimerización de alquenos. 7 Alquinos: el triple enlace carbono-carbono. Nomenclatura de los alquinos. Propiedades y enlace en los alquinos. Estabilidad del triple enlace. Acidez de los alquinos terminales. Reducción de alquinos: reactividad relativa de los dos enlaces π. Reacciones de adición electrófila en alquinos. Adiciones anti- Markovnikov a triples enlaces. 8 Propiedades y reacciones de los haloalcanos: sustitución nucleófila bimolecular. Nomenclatura de haloalcanos. Propiedades físicas de los haloalcanos. Sustitución nucleófila. Primera aproximación al mecanismo de la sustitución nucleófila: cinética. Estereoquímica de la reacción S N 2. Consecuencias de la inversión en la reacción S N 2. Reactividad y aptitud del grupo saliente. Efecto de la nucleofilia en la reacción S N 2. Efecto del grupo alquilo en la reacción S N 2. Preparación de alquinos por reacción alquilación de aniones alquinilo. 9 Otras reacciones de haloalcanos: sustitución unimolecular y eliminación. Solvolísis de haloalcanos secundarios y terciarios. Sustitución nucelofílica unimolecular. Resultado estereoquímico de la reacción S N 1. Efecto de disolvente, grupo saliente y nucleófilo en la sustitución unimolecular. Efecto del grupo alquilo en la reacción S N 1: estabilidad de los carbocationes. Eliminación unimolecular E 1. Eliminación bimolecular E 2. Competición entre sustitución y eliminación. Resumen de la reactividad de los haloalcanos. Síntesis de alquenos mediante reacciones de deshidrohalogenación. Regla de Hofmann y regla de Saytzev. Síntesis de alquinos por doble eliminación de derivados T 1,5 P 1,5 P 3,0 T 2,5 P 3,0 T 0,5 P 1,5 T 1,5 P 1,5 T 1,5 P 3,0

6 dihalogenados vecinales y geminales. Compuestos organometálicos: Inversión de la polaridad, métodos de obtención y propiedades. 10 El grupo funcional hidroxilo: propiedades de los alcoholes. Nomenclatura de los alcoholes. Propiedades estructurales y físicas de los alcoholes. Los alcoholes como ácidos y como bases. Síntesis de alcoholes por sustitución nucleofílica. Síntesis de alcoholes por hidratación de alquenos. Reacciones de los alcoholes con bases: síntesis de alcóxidos. Reacciones de los alcoholes con ácidos fuertes: sustitución y eliminación en alcoholes a través de iones alquiloxonio. Ésteres orgánicos e inorgánicos a partir de alcoholes: Formación de sulfonatos. Transformación de alcoholes en haluros de alquilo mediante reacción con Cl 2 SO y PBr 3. Reacciones de oxidación de alcoholes. 11 Éteres. Nomenclatura y propiedades físicas de los éteres. Síntesis de éteres de Williamson. Síntesis de éteres a partir de alcoholes y ácidos minerales. Reacciones de los éteres: Reacciones de oxidación (hidroperóxidos y peróxidos). Reacción con ácidos fuertes. Reacciones de los oxaciclopropanos. 12 Aldehídos y cetonas: el grupo carbonilo. Nomenclatura de aldehídos y cetonas. Estructura del grupo carbonilo. Preparación de aldehídos y cetonas a partir de alcoholes. Reactividad del grupo carbonilo: mecanismos de adición. Adición de agua para formar hidratos. Adición de alcoholes para formar acetales y hemiacetales. Acetales como grupos protectores. Adición nucleófila de amoniaco y sus derivados. Reducción de compuestos carbonílicos: hidrogenación catalítica y reducciones con hidruros metálicos. Desoxigenación del grupo carbonilo. Adición de cianuro de hidrógeno para dar cianhidrinas. Reacciones con compuestos organonmetálicos: preparación de alcoholes. Acidez de los hidrógenos en α de aldehídos y cetonas: iones enolato. Tautomería ceto-enólica. 13 Ácidos carboxílicos. Nomenclatura de ácidos carboxílicos. Propiedades estructurales y físicas de los ácidos carboxílicos. Carácter ácido y básico de los ácidos carboxílicos. Métodos de introducción del grupo funcional carboxilo. Sustitución en el carbono carboxílico: mecanismo de adicióneliminación. Reacción de halogenación en α. 14 Derivados de ácidos carboxílicos. Haluros de alcanoílo, anhídridos, ésteres y amidas. Reactividades relativas y características estructurales de los derivados de ácidos carboxílicos. Preparación de los derivados de ácido a partir de los ácidos correspondientes. Química de los haluros de alcanoílo, anhídridos y ésteres: reacciones de hidrólisis, reacciones con otros nucleófilos y reacciones de reducción total o parcial. Amidas: los derivados de los ácidos carboxílicos de menor reactividad. Hidrólisis y reducción. Alcanonitrilos: una clase especial de derivados de ácido. Nomenclatura. Métodos de preparación. Hidrólisis, reducción y reacción con organonométalicos. 15 Aminas. Nomenclatura de aminas. Propiedades estructurales y físicas de las aminas. Acidez y basicidad de aminas. Síntesis de aminas por reacción de alquilación. Síntesis de Gabriel. Síntesis de aminas a partir de otros compuestos nitrogenados. Síntesis de aminas por aminación reductora. Síntesis de aminas a partir de derivados de ácidos carboxílicos. Sales de amonio cuaternario: eliminación de Hofmann. T 1,0 T 3,0 P 4,0 T 1,0 P 1,0 T 1,0

7 IX. Bibliografía de referencia L. G. Wade. Química Orgánica. Pearson Prentice Hall (2004), 5ª edición en castellano. K.P.C. VolIhardt. "Química Orgánica". Ediciones Omega, S.A. (2000), 3ª edición en castellano. F. A. Carey. Química Orgánica. McGraw-Hill (2006). H. Hart, L.E. Craine, D.J. Hart, C. M. Hadad. Química Orgánica. Mc Graw-Hill (2007). 12ª edición en castellano. J. McMurry. Química Orgánica. Grupo Editorial Iberoamérica, (1992). S. Ege. Química Orgánica. Editorial Reverté (1998). E. Primo Yúfera. Química Orgánica Básica y Aplicada. Ed. Reverté (1994). S.H. Pine, J.B. Hendrickson, D.J. Cram, G.S. Hammond. Química Orgánica. Mc Graw- Hill (1982). E. Quiñoá y R. Riguera Cuestiones y Ejercicios de Química Orgánica. Mc Graw-Hill (1994) X. Metodología La asignatura está planteada para que el estudiante sea el protagonista de su propio aprendizaje y se estructura de la siguiente manera: Material docente.- Desde el principio de curso los estudiantes dispondrán de todo el material pedagógico correspondiente al curso. Clases teóricas.- Una clase por tema que se dedicará a discutir con los estudiantes los aspectos más complicados o aquellos en los que hayan tenido más dificultad. Estas clases se complementan con el tiempo de estudio personal indicado en el apartado III. Se han propuesto 30 horas a lo largo del curso lo que correspondería a una hora de preparación previa a la clase teórica y otra posterior a la misma. Clases prácticas.- En estas clases se llevará a cabo la aplicación específica de los conocimientos que los estudiantes hayan adquirido en las clases de teoría. Los estudiantes deberán, previamente, haber trabajado los problemas que se van a resolver. La resolución de dichos problemas se llevará a cabo en algunas ocasiones por el profesor y en otros casos por los alumnos bien en grupo, bien de forma individualizada. Tutorías.- Los alumnos acudirán a ellas en grupos organizados y serán 10 en total repartidas uniformemente a lo largo del curso. La duración de dichas sesiones será de 1 hora. En ellas, el profesor evaluará el proceso de aprendizaje de los estudiantes de un modo globalizado. En las sesiones de tutoría se recogerán los trabajos que hayan sido encomendados. Igualmente, las tutorías servirán para resolver todas las dudas que hayan podido surgir a lo largo de las clases y orientará a los estudiantes sobre los métodos de trabajo más útiles para la resolución de los problemas que se les puedan presentar. Seminarios de Química Orgánica.- Se llevarán a cabo 4 seminarios a lo largo del curso. Dos en el primer cuatrimestre y dos en el segundo en las fechas que aparecen recogidas en el calendario del curso. Para dichos seminarios, el profesor encargará un trabajo a cada grupo de tutoría. Dicho trabajo deberá ser presentado a la clase el día señalado. Tiene que presentarse por escrito para que pueda ser, después de corregido, incluido entre el material de trabajo disponible. La exposición del trabajo la realizará uno de los componentes del grupo de tutoría que será designado por el profesor inmediatamente antes de empezar el seminario. Si dicho estudiante no ha preparado el trabajo o no se considera capacitado para presentarlo se elegirá otro en su lugar Seminarios multidisciplinares.- Serán seminarios en los que se ven involucradas distintas asignaturas del curso y habrá uno por cada grupo de tutoría. Dichos seminarios

8 versarán sobre temas concretos que se habrán indicado previamente y tendrá cada uno de ellos un profesor responsable. La exposición de dicho trabajo será oral. XI. Evaluación del aprendizaje La evaluación del aprendizaje se llevará a cabo de forma continua por parte del profesor dado el estrecho contacto que se mantendrá a lo largo del curso. Los diferentes apartados que se evaluarán son los siguientes: 1. Evaluación directa del profesor (15 puntos): En este evaluación se tendrán en cuenta distintos aspectos, entre los que cabe destacar: Asistencia y participación razonada y clara en las discusiones planteadas. Progreso en el uso del lenguaje característico de la química orgánica. Resolución de problemas y planteamiento de dudas. Calificaciones obtenidas por cada estudiante a lo largo del curso en las preguntas personales realizadas por el profesor Espíritu crítico. 2. Seminarios de Química Orgánica (5 puntos): La evaluación de este tipo de actividad tendrá en cuenta los siguientes aspectos a) el contenido y presentación por escrito del trabajo será una nota global para el grupo y se computará a cada miembro del mismo. b) La nota de la exposición oral será personal para el estudiante o estudiantes elegidos para presentar el trabajo. 3. Seminarios multidisciplinares (5 puntos): Se evaluará el contenido, la exposición y las respuestas a las preguntas formuladas. 4. Visitas (5 puntos): Las notas correspondientes las salidas incluyen tanto la asistencia como la evaluación de los trabajos solicitados en cada una de ellas. 5. Tutorías (20 puntos): La nota de cada estudiante en este apartado tendrá en consideración Asistencia Conocimiento de la materia explicada hasta ese momento Corrección de los problemas asignados a cada estudiante. 6. Exámenes (50 puntos): Los exámenes se realizarán en la fechas indicadas por la Facultad y se hará la media de las calificaciones obtenidas en los mismos. Dadas las características de la asignatura, la materia contenida en cada examen se considerará incluida también en los posteriores. A lo largo del curso se realizaran, al menos, dos controles (sin previo aviso) para determinar la evolución del aprendizaje continuo. El número mínimo de puntos de este apartado es de 20 para poder aprobar la asignatura. 7. El estudiante tendrá derecho a un examen final. El hacer uso de este derecho supone que renuncia a todas las calificaciones obtenidas a lo largo del curso y será evaluado únicamente mediante ese examen. Para ejercer dicho derecho, deberá solicitarlo por escrito, al profesor, antes del primer día lectivo del segundo cuatrimestre. Los exámenes constarán de preguntas teórico-prácticas relacionadas con la materia y de un tema de relación. Se entiende por tema de relación una pregunta que obligue al estudiante a relacionar aspectos de la asignatura de aparezcan en distintos temas. Dicho tema de relación permitirá al profesor evaluar tanto el conocimiento global del estudiante como su capacidad de expresión escrita. El espacio dedicado a este tema estará limitado con el fin de que el estudiante demuestre su capacidad de esquematizar y resumir.