UNIVERSIDAD DE LOS ANDES - FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ENERO DE 2009

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1 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES - FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ENERO DE 2009 PROGRAMA DE: Química Orgánica I. CÓDIGO: QUIM1310 CRÉDITOS: 3 INTENSIDAD HORARIA: 4 horas/semana PROFESOR: Jaime Antonio Portilla Salinas. OFICINA: Q832 CORREO ELECTRÓNICO: jportill@uniandes.edu.co HORARIO DE ATENCIÓN: lunes de 8 a 10:00 am. 1. RESUMEN. El estudio de los compuestos de carbono se basa en el reconocimiento de la estructura y reactividad de los compuestos orgánicos. Debido a la importancia de estas sustancias en la naturaleza, en la industria y posiblemente en otros campos, existe una rama de la química encargada de enseñarnos todo acerca de los compuestos derivados del carbono, la cual recibe el nombre de Química Orgánica. El estudio en este campo de la Química inicia con el conocimiento de la estructura y propiedades de los compuestos de carbono. En particular se inicia el conocimiento con lo más sencillo, los hidrocarburos. Dependiendo de la naturaleza de los enlaces, los hidrocarburos se clasifican en aromáticos y alifáticos, los alifáticos en alcanos, alquenos y alquinos, y sobre ellos se tratará de profundizar en este curso. 2. OBJETIVOS GENERALES. Ofrecer al estudiante la información fundamental en los principios de la teoría estructural aplicada a la Química Orgánica; introducirlo en el dominio de los mecanismos de reacción como modelos para explicar los hechos y las regularidades encontradas en el comportamiento químico de los compuestos del carbono; mostrarle el carácter global de la química, fundamentado en principios teóricos básicos que se aplican por igual a las distintas ramas de la química Orgánica. Brindar conocimientos básicos sobre estructura, métodos de síntesis y propiedades químicas de los diferentes compuestos que comprenden la Química Orgánica.

2 ESPECIFICOS: Se pretende que el curso permita a los alumnos: aplicar con propiedad la teoría del enlace de valencia y de orbitales moleculares a compuestos orgánicos. Identificar las propiedades del enlace químico y las relaciones entre estructura y reactividad para compuestos orgánicos. Distinguir y dar nombres a compuestos pertenecientes a los grupos funcionales más comunes en Química Orgánica. Comprender y explicar hechos relacionados con el comportamiento de alcanos, alquenos, alquinos, cicloalifáticos y haluros de alquilo, además de analizar el comportamiento estereoquímico de los compuestos orgánicos y aplicarlo al estudio de mecanismos de reacción. Comprender y aplicar los principios teóricos y mecanismos a reacciones de sustitución y adición por radicales libres, sustitución nucleofílica (S N 1 y S N 2), eliminación (E 1, E 2 y E 1CB ) y adición electrofílica. 3. CONTENIDO (4 horas semanales) 1ª Semana. Presentación del programa. Estructura y propiedades: Historia e importancia de la Química Orgánica. Enlace covalente: orbitales híbridos y orbitales moleculares. Energía de disociación de enlaces: homólisis y heterólisis. Polaridad de enlace y molecular, geometría molecular. Propiedades físicas. Fuerza intermoleculares. Ácidos y Bases. Isomería. 2ª Semana. Alcanos: reacciones de sustitución por radicales libres. Clasificación de hidrocarburos. Estructura y nomenclatura de hidrocarburos alifáticos. Fuente natural. Propiedades físicas. Concepto de mecanismo de reacción. Reacciones de los alcanos. Calor de reacción, energía de activación y progreso de la reacción. Velocidad de reacción. Estado de transición. 3ª Semana. Reactividad y desarrollo del estado de transición. Clorofluorocarbonados y la capa de ozono. Análisis elemental cualitativo y cuantitativo. Análisis conformacional de los alcanos. Preparación. Halogenación de alcanos superiores. Facilidad de abstracción de átomos de hidrógeno. Estabilidad de radicales libres. Estados de transición en la formación de radicales. 4ª Semana. Reactividad vs selectividad. Marcadores isotópicos en reacciones por radicales libres. Pirolisis. Hidrocarburos alicíclicos: Nomenclatura y propiedades

3 físicas, fuente industrial y preparación, reacciones. Estabilidades relativas y factores que la afectan. Análisis conformacional. Enlaces axial-ecuatorial y estereoisomería cis-trans. 5ª Semana. Estereoquímica I: Estereoisomería y Clasificación. Concepto de quiralidad. Elementos y operaciones de simetría. Actividad óptica: polarímetro, rotación específica y porcentaje de pureza óptica (po) o exceso enantiométrico (ee). Configuración. Especificación de la configuración. Nomenclatura D, L (convención Fischer) y R/S (reglas de secuencia). 6ª Semana. Diasterómeros y compuestos meso. Reacciones implicando estereoisómeros. Reacción de moléculas quirales: generación de un segundo centro quiral. Relación de configuraciones. Reacciones de moléculas quirales con reactivos ópticamente activos. Resolución de una modificación racémica. 7ª Semana. Haluros de alquilo. Sustitución nucleofilica alifática. Química homolítica y heterolítica. Estructura, grupo funcional, nomenclatura y propiedades físicas. Preparación. Reacción de sustitución nucleofílica. Nucleófilos y grupos salientes. Velocidad de reacción: efecto de la concentración. Reacciones de primero y segundo orden. Dualidad del mecanismo. 8ª Semana. Reacción S N 2. Mecanismo, cinética, estereoquímica, reactividad. Reacción S N 1. Mecanismo y cinética. Etapa determinante en la velocidad de reacción. Carbocationes: generación, estructura, estabilidades relativas, facilidad de formación. Estereoquímica y reactividad de la reacción S N 1. Reordenamiento de carbocationes. S N 2 vs S N 1. Análsis de haluros de alquilo. 9ª Semana. Papel del disolvente en las reacciones orgánicas: Introducción, enlace secundario. Solubilidad: solutos iónicos y no-iónicos. Papel del disolvente en la reacción S N 1: enlaces ión-dipolo. Papel del disolvente en la reacción S N 2, solventes próticos y apróticos. Catálisis por transferencia de fase. S N 2 vs S N 1 con respecto a la naturaleza del disolvente.

4 10ª Semana. Aalquenos i y ii. Estereoquímica ii: El doble enlace como grupo funcional, isomería geométrica. Fuente industrial de alquenos. Preparación en el laboratorio: deshidrohalogenación 1,2. Cinética y dualidad mecanísitica. Mecanismo E 2 : evidencia orientación, reactividad y estereoquímica. Reacciones estereoespecíficas y estreoselectivas. Mecanismo E 1 : evidencia, reactividad y orientación. Eliminación vs sustitución. 11ª Semana. Deshidratación de alcoholes. Reactividad del doble enlace C-C. Hidrogenación, calor de hidrogenación y estabilidad de alquenos. Reacciones de adición electrofilica: adición de haluros de hidrógeno, agua, ácido suflúrico. Mecanismo de adición electrofílica reordenamientos, orientación y reactividad. Mecanismo de la adición de halógenos y de ácidos hipohalogenosos. Estereoquímica de la adición de halógenos: adición syn y anti. 12ª Semana. Trabajo individual 13ª Semana. Adición de alquenos y de alcanos. Oximercuración-demercuración. Hidroboración-oxidación, mecanismo y orientación. Adición por radicales libres de bromuro de hidrógeno y derivados halogenados: mecanismo y orientación. Oxidación de alquenos: hidroxilación y ozonólisis. Análisis químico de alquenos. 14ª Semana. Conjugación y resonancia: dienos y polienos. Doble enlace como sustituyente. Halogenación de alquenos por radicales libres: Sustitución vs adición, orientación, reactividad, reordenamiento alílico. Teoría de Resonancia. El radical alílico: simetría, estabilidad, descripción orbital. Hiperconjugación en radicales alquílicos. catión alílico como híbrido de resonancia. Sustitución nucleofílica en sustratos alílicos: mecanismo S N 1 y S N 2. 15ª Semana. Estabilidad de carbocationes, efecto de resonancia. Dienos y polienos: estructura, propiedades, estabilidad, resonancia, hiperconjugación. Adición electrofílica a dienos conjugados (1,2 vs 1,4; control cinético y termodinámico. Polimerización por radicales libres de alquenos y dienos; caucho y sustitutos del caucho. Isopreno y la regla isoprénica. Productos naturales que contienen dobles

5 enlaces. Biosíntesis de isoprenoides. Oxidación alílica con oxígeno del aire (triplete) en ácidos grasos insaturados. Análisis químico de dienos. 16ª Semana. Alquinos: Fuente industrial y preparación en el laboratorio. Reacciones del triple enlace: hidrogenación, adición electrofílica, oxidación. Acidez de los alquinos, formación de acetiluros y su papel como compuestos organometálicos. Análisis de alquinos. 4. EVALUACION: Cuatro exámenes (tres parciales y un final) de igual valor, 20 % cada uno y; trabajos, talleres o exámenes cortos el 20% restante. 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.