PROGRAMA DE LA ASIGNATURA. Curso académico: Identificación y características de la asignatura

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1 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA Curso académico: Identificación y características de la asignatura Código Créditos ECTS 6 Denominación DETERMINACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS Titulaciones GRADO EN QUIMICA Centro FACULTAD DE CIENCIAS Semestre 6º Carácter OBLIGATORIO Módulo FUNDAMENTAL Materia QUÍMICA ORGÁNICA Profesor/es Nombre Despacho Correo-e Página web Reyes Babiano Caballero Área de conocimiento Departamento Profesor coordinador Química Orgánica 2ª Planta (Edificio Viguera Lobo, Químicas) Química Orgánica e Inorgánica Reyes Babiano Caballero reyes@unex.es

2 Competencias C6: Identificar los elementos químicos y sus compuestos. Comprender la obtención, estructura y propiedades de los compuestos inorgánicos, orgánicos, organometálicos y macromoléculas (naturales y sintéticas). C7: Analizar la interacción radiación-materia. Entender los principios de espectroscopia. C8: Diferenciar principios y procedimientos empleados en el análisis químico, para la determinación, identificación y caracterización de elementos y compuestos químicos. Deducir aplicaciones de las técnicas analíticas. C9: Asimilar la relación entre propiedades macroscópicas y propiedades de átomos y moléculas individuales. C10: Distinguir y aplicar los métodos de determinación estructural. C15: Capacidad para demostrar el conocimiento y comprensión de los hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relacionadas con las áreas de la Química. C16: Resolución de problemas cualitativos y cuantitativos según modelos previamente desarrollados. C17: Reconocimiento y análisis de nuevos problemas y planificación de estrategias para su solución tanto en un entorno académico como profesional. C18: Capacidad para desenvolverse con seguridad en un laboratorio químico, que se concreta en el manejo de productos, materiales e instrumentación química mediante metodologías apropiadas y con un cumplimiento estricto de las normas de seguridad estipuladas. Valoración de riesgos. C19: Evaluación, interpretación y síntesis de datos e información química. Obtención, procesamiento y tratamiento, mediante técnicas computacionales, de datos químicos. C25: Reconocimiento y valoración de los procesos químicos en la vida diaria. C26: Comprensión de los aspectos cualitativos y cuantitativos de los problemas químicos. C27: Capacidad de relacionar la Química con otras disciplinas. C28: Capacidad de: a) Utilización correcta del método de inducción y de generación de nuevas ideas. b) Análisis y síntesis. c) Organización y planificación. d) Trabajar en un contexto internacional. e) Expresión tanto oral como escrita. f) Razonamiento crítico. Resolución de problemas. g) Toma de decisiones. h) Trabajo en equipo (también de carácter interdisciplinar) y liderazgo para dirigir y ejecutar las tareas del laboratorio químico y en instalaciones industriales complejas C29: Capacidad de comunicar de una forma clara y precisa de conocimientos y conclusiones a un público tanto especializado como no especializado. C30: Capacidad para aprender nuevas técnicas y conocimientos que permitan emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. C35: Motivación por la calidad.

3 Temas y contenidos Breve descripción del contenido Se pretende proporcionar al alumno las herramientas y técnicas que le permitan determinar la estructura de sustancias desconocidas. Para ello debe aprender los fundamentos y técnicas de interpretación de las espectroscopias Visible-UV, IR, EM, 1 H- y 13 C-RMN entre otras, y a predecir que datos estructurales le pueden aportar cada una de ellas. Con la evolución del curso, se elabora una metodología de trabajo que se apoya en un proceso iterativo que utiliza como hipótesis asignaciones basadas en alguna de las técnicas espectroscópicas para, una vez contrastada con las demás, obtener una solución o soluciones razonables. La asignatura debe incidir significativamente en la mejora de la capacidad de razonamiento lógico de los estudiantes y en la expresión eficaz del mismo. También debe mejorar su espíritu crítico, incluso cuando analiza sus propias hipótesis. Las competencias que aporta son útiles en perfiles profesionales de investigación e industrial. Temario de la asignatura TEMA 1: CARACTERIZACIÓN Y DETERMINACIÓN ESTRUCTURAL 2.- Desarrollo histórico. 3. Caracterización de mediante sus constantes físicas Puntos de fusión Puntos de ebullición Densidad Índice de refracción Poder rotatorio. 4.- Análisis elemental Análisis elemental cualitativo y cuantitativo de pesos moleculares. 5.- de estructuras mediante métodos químicos Pruebas de solubilidad Análisis químico de funciones Reactividad y síntesis orgánica en determinación de estructuras. 6.- Técnicas instrumentales de determinación de estructuras. 7.- El espectro electromagnético. Seminario 1. En el que se aportarán y recordarán conocimientos y herramientas, tanto teóricas como numéricas, que son útiles en Estructural. TEMA 2: ESPECTROSCOPÍA UV/VIS. 1.- La radiación electromagnética. Ecuaciones y unidades. 2.- Teoría de la espectroscopia UV-Vis La absorción luminosa y el espectro El Espectro UV-Vis Instrumentación. Esquema de un espectrofotómetro Transiciones electrónicas. 3.- Grupos cromóforos Definiciones previas Regiones de absorción de las distintas

4 transiciones electrónicas. 4.- Preparación de la muestra y registro del espectro. 5.- Absorciones características de los Compuestos que contienen solo electrones σ Compuestos que contienen solo electrones n (no enlazantes) Compuestos que contienen solo electrones π Cromóforos etilénicos Polienos conjugados Isomería Z/E Reglas de Woodward Cromóforo acetilénico Cromóforos carbonílicos Compuestos α-dicarbonílicos Compuestos carbonílicos α,β-insaturados Reglas de Woodward para compuestos carbonílicos α,β-insaturados β-dicetonas Compuestos con enlaces multiples carbono-nitrógeno Azometinos y oximas Nitrilos Azocompuestos Compuestos con enlaces nitrógeno-oxígeno Compuestos con enlace múltiple C=S Bencenos y sistemas aromáticos bencénicos Reglas aditivas para derivados del benceno Compuestos aromáticos condensados Compuestos heteroaromáticos. 6.- Introducción a los efectos quirópticos. Seminario 2. Dedicado al estudio de la espectroscopia Ultravioleta-Visible. Se hace énfasis en la relación entre los máximos de absorción y estructura. TEMA 3: ESPECTROSCOPÍA IR Y RAMAN. 2.- Fundamento y reglas de selección Tipos de vibraciones moleculares Reglas de selección Tipos de bandas del espectro IR (y Raman) Intensidad de las bandas Posición de las bandas. Regiones del espectro de IR. 3.- Instrumentación, registro de muestra y aplicaciones de la espectroscopía de IR. 4.- Absorciones características de los grupos funcionales Enlaces C-H. Alcanos hidrocarburos olefínicos hidrocarburos aromáticos Hidrocarburos acetilénicos Alcoholes y fenoles Eteres y compuestos relacionados Aminas Sales de amonio Grupos carbonilo: Cetonas, aldehídos, ác. carboxílicos, carboxílatos, esteres y lactonas, haluros de ácido. anhídridos de ácido, amidas Seminario 3. Se estudia detenidamente el espectro de infrarrojo y la posibilidad de deducir los grupos funcionales presentes en una molécula. Tomando como base el espectro de infrarrojo y el análisis elemental, se proponen estructuras para sustancias sencillas. TEMA 4: ESPECTROMETRÍA DE MASAS 2.- Instrumentación y registro de espectros.

5 3.- El espectro de masas, generalidades. 4. Principales reacciones de fragmentación de los Fragmentación en α Fragmentación bencílica y alílica Reacciones de retro Diels-Alder (RDA). 5.- Fragmentaciones de los grupos funcionales comunes. 6.- Otras técnicas de E. M. Seminario 4. Se analizan Los datos estructurales que aportan las distintas pautas de fragmentación y las posibilidades de su consideración conjunta con los espectros de absorción. TEMA 5: RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE PROTONES. 2.- Fundamento de la RMN e instrumentación El espectrómetro de RMN. 3.- El espectro de Resonancia Magnética Nuclear de Protones Apantallamiento de núcleos Protones equivalentes y no equivalentes Escala δ de desplazamiento químico Disolventes Integración de las señales de RMN Multiplicidad de las señales de RMN Constantes de acoplamiento, J Diagramas de desdoblamiento. 4.- Efectos determinantes del desplazamiento químico de protones Efectos electrónicos Anisotropía diamagnética Efectos estéricos. 5.- Datos de H-RMN de las funciones y compuestos químicos relevantes. 6.- Sistemas de incremento para la estimación de los desplazamientos químico de protones. 7.- Constantes de acoplamiento y estructura molecular Constantes de acoplamiento vecinales. Ecuación de Karplus Constantes de acoplamiento geminales Acoplamientos a larga distancia. 8.- El tiempo en RMN. Protones intercambiables. Intercambio con deuterio. 9.- Espectros de segundo orden. 1H-RMN de alta resolución Desacoplamiento de espines. Seminario 5. Se estudian detenidamente espectros de Resonancia Magnética Nuclear de Protones (1H-RMN). El desplazamiento químico, intensidad de las señales, desdoblamiento de señales, constantes de acoplamiento, son algunos datos espectroscópicos que se consideran en el propósito de alcanzar una propuesta estructural lógica. TEMA 6: RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE CARBONO

6 2.- El espectro de Resonancia Magnética Nuclear de Carbono Generalidades Desplazamientos químicos en 13C Constantes de acoplamiento. 3.- Utilización de tablas y sistemas de incremento en la estimación de los δ de 13C. 4.- El espectro DEPT de R. M. N. de 13C. Seminario 6. Se estudian detenidamente espectros de Resonancia Magnética Nuclear de carbono (13C-RMN). TEMA 7: ESTRATEGIAS DE DETERMINACIÓN ESTRUCTURAL MEDIANTE DIVERSAS TÉCNICAS. 1.- estructural mediante la utilización de diversas técnicas. Seminario 7. Se proponen supuestos en los que se utilizan conjuntamente todas las técnicas. TEMA 8: TÉCNICAS MULTIDIMENSIONALES EN RMN. 2.- El espectro COSY. 3.- El espectro HETCOR. 4.- El espectro INADECUATE. 5.-Correlaciones 2D que involucran el efecto n.o.e. 6.- Resonancia Magnética de Imagen. Seminario 8. Se hace una introducción a las potencialidades de ciertas técnicas de resonancia más avanzadas. RELACIÓN DE CLASES PRÁCTICAS 1.- Bases de datos espectroscópicas. Representación y diseño de estructuras. 2.- Espectrofotómetro UV-Visible. Registro de espectros, seguimiento de reacciones y obtención de datos espectroscópicos. 3.- Espectrofotómetro de IR. Técnicas de registro de espectros. 4.- Espectrómetro de Resonancia magnética nuclear. Registro de espectros.

7 Actividades formativas Horas de trabajo del Actividad de Presencial alumno por tema seguimiento No presencial Tema Total GG SL TP EP (Teoría+Problemas) Evaluación 2 2 Total GG: Grupo Grande (100 estudiantes). SL: Seminario/Laboratorio (prácticas clínicas hospitalarias = 7 estudiantes; prácticas laboratorio o campo = 15; prácticas sala ordenador o laboratorio de idiomas = 30, clases problemas o seminarios o casos prácticos = 40). TP: Tutorías Programadas (seguimiento docente, tipo tutorías ECTS). EP: Estudio personal, trabajos individuales o en grupo, y lectura de bibliografía.

8 Sistemas de evaluación Se evaluarán tanto los conocimientos teóricos adquiridos en la asignatura como las habilidades prácticas o capacidades en el análisis estructural. El sistema de evaluación utiliza tanto la evaluación continua como el examen final. Siempre que no haya alguna imposibilidad física, laboral, etc., se espera que los alumnos se sometan a evaluación continua. Los alumnos acogidos a este sistema, obtendrán una calificación de la asignatura que será, al menos, la mejor de las dos siguientes opciones (a ó b): a) Sistema ponderado, en el que las actividades programadas durante el curso pueden suponer hasta el 50% de la calificación de la asignatura, en los apartados: - Controles, hasta un 30%. - Intervenciones en clase y resolución de supuestos, hasta un 10%. - Actividades de laboratorio, actividades con programas informáticos y determinación de parámetros espectrales, realización y exposición de trabajos, hasta un 10%. - Examen final, como mínimo el 50%. b) Calificación del examen final. Para poder acogerse al sistema ponderado y beneficiarse de la evaluación continua, el alumno debe haber asistido al menos al 70% de las clases y participar en las actividades propuestas. Cuando el alumno no pueda acogerse al sistema ponderado con evaluación continua, su calificación será la obtenida en el examen final. En convocatorias extraordinarias, la calificación del alumno será la obtenida en el examen. Los exámenes y demás evaluaciones constarán de una serie de cuestiones o preguntas sobre los contenidos que hayan sido explicados en clase, y una serie de problemas. Estos problemas serán frecuentemente ejercicios prácticos de determinación de estructuras. Las calificaciones se otorgarán desde cero a diez puntos, y la contribución de cada cuestión a la calificación final se indicará antes de comenzar el examen.

9 Bibliografía y otros recursos Los siguientes libros incluyen introducciones teóricas, tablas y ejemplos al nivel de la asignatura: - Estructural de Compuestos Orgánicos. E. Pretsch, P. Bühlmann, C. Affolter, A. Herrera y R. Martinez. Editorial Springer. - Métodos Espectroscópicos en Química Orgánica. M. Hesse, H. Meier y B. Zeeh. Editorial Síntesis. Madrid. - Spectrometric Identification of Organic Compounds. R. M. Silverstein, G. Clayton y T. C. Morril. Ed: John Wiley & Sons. (En Español Ed. Diana, México). Un libro general de Q. Orgánica con un buen tratamiento de las espectroscopías: Organic Chemistry. P. Y. Bruice. Prentice Hall ed. Monografías más especializadas: - Infrared Absortion Spectroscopy. K. Nakanishi. Holden-Day - Espectrometría de Masas. J. Seibl. Ed. Alhambra. - Interpretación de los Espectros de Masas. F. W. Mclafferty. Ed Reverté - 13 C-NMR Spectroscopy. Methods and Applications. E. Breit-Maier y W. Voelter. Verlag Chemie, Elucidación Estructural por RMN. H. Dudderck, W. Dietrich y G. Tóth. Textos prácticos clásicos que abordan la caracterización y determinación estructural. - Vogels Textbook of Practical Organic Chemistry, B.S. Furniss, A. J. Hannaford, P.W.G. Smith and A. R. Tatchell. Ed Longman Scientific & Technical, 5ª ed. - de Estructuras Orgánicas. Daniel R. Pasto y Carl R. Johnson. Ed. Reverté. Material en la red de acceso gratuito: La base SDBS incluye los espectros de miles de sustancias orgánicas: Las siguientes páginas de distintas universidades incluyen contenidos interesantes:

10 Con carácter general: Horario de tutorías Martes, jueves y viernes de 12 a 14 horas en la 2ª planta del Edificio Viguera Lobo. No obstante, mi horario habitual en el centro es de 9 a 14 y de 16 a 20h. En este horario me encuentro a disposición del alumno, siempre que otras obligaciones no me lo impidan. Recomendaciones El seguimiento continuo de la asignatura mediante la asistencia a clase, la realización de los ejercicios propuestos y la participación en los debates que se establecen en los seminarios, facilita mucho la consecución de los objetivos y la adquisición de las competencias de la asignatura. Además, el alumno debe estudiar, reflexionar y trabajar los contenidos docentes expuestos y el material facilitado por el profesor en cada tema. Conviene que el alumno trate de resolver los ejercicios propuestos, la totalidad o al menos los a él encomendados por el profesor, previamente a cada seminario en horas no presenciales. Así estará apercibido de las dificultades y sacará provecho total. Se recomienda al alumno que no acumule dudas, y que las resuelva cuanto antes; bien durante las clases y seminarios, ya que frecuentemente son de interés para todos, o bien en consulta directa al profesor en el departamento a cualquier hora. También conviene que el alumno revise y consulte tanto la bibliografía como los recursos de la red facilitados, ello le preparará para una futura actuación profesional más autosuficiente.