Escuela de Química Universidad Industrial de Santander Ciudad Universitaria, Calle 9 Carrera , Bucaramanga QUÍMICA ORGÁNICA II

Transcripción

1 Escuela de Química Universidad Industrial de Santander Ciudad Universitaria, Calle 9 Carrera , Bucaramanga QUÍMICA ORGÁNICA II INTENSIDAD HORARIA SEMANAL: 5 horas CÓDIGO: NUMERO DE CRÉDITOS: 5 TAD: 5 Tipo: Teoría TAI: 10 Profesor: Juan Manuel URBINA G. (correo e-: jurbina@uis.edu.co) ( Teléfono (+57 7) Ext 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?

2 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

3 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 S N. Concepto de Nucleofilia relativa. Constante de Nucleofilia (Swain y Scott). Mecanismos de la S N alifática: Sustitución nucleófila a bimolecular S N2. Características cinéticas. Características estéricas. Sustitución nucleófila unimolecular S N1. Características estéricas. Factores que determinan el mecanismo de las reacciones S N: 1) La estructura del substrato; 2) Papel del disolvente; 3) La estructura del nucleófilo. Criterios para distinguir mecanismos S N1 y S N2. Mecanismo S Ni. Mecanismo S N2 contra mecanismo S N1. 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 -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 S N2Ar y S N1, mecanismo bencínico. La estructura y estabilidad de los complejos de Meizenheimer. Uso práctico de estas reacciones. Sustitución electrófílica sobre carbonos núcleos aromáticos. Mecanismo S E2Ar. 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.

4 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.

5 La calificación de la asignatura se llevará a cabo de la siguiente manera: No habrá notas de tareas, exámenes cortos, trabajos. Cuatro exámenes realizados a lo largo del semestre (80%) [la distribución de la calificación como sigue: exámenes 1 (20%), 2 (20%), 3 (20%) y 4 (20%)] Trabajo de Investigación Personal (+ socialización) (10%) [trabajo escrito (7%) y exposición (3%)] Desempeño en el semestre, como llegar a tiempo y asistencia, participación activa en clase, etc. (10%) BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Y COMPLEMENTARIA John McMurry. Química Orgánica, 8va ed. Cengage Learning Editores. México Francis A. Carey. Química Orgánica, 6ta ed. Mc Graw Hill. México Robert Thornton Morrison, Robert Neilson Boyd. Química Orgánica, 5ta ed. Addison Wesley Longman T.W. Graham Solomons. Química Orgánica, 2da ed. Editorial Limusa (México) Ralph J. Fessenden, Joan S. Fessenden. Química Orgánica, 2da ed. Iberoamericana McMurry, Susan. Study Guide and Solutions Manual to Accompany Fundamentals of Organic Chemistry. Brooks Cole. Monterrey, CA Fessenden R.J., Fessenden J.S. Química Orgánica, 2ª edición. Grupo Editorial Iberoamérica. México D.F Solomons, T. W. Graham. Fundamentos de Química Orgánica. Limusa. México LIBROS DE CONSULTA: Francis A. Carey and Richard J. Sundberg. Advanced Organic Chemistry, 3rd ed. Plenum Press Peter Sykes. Mecanismos de Reacción en Química Orgánica, 5ta ed. Reverté, S.A CRONOGRAMA DE EVALUACIONES - II semestre de 2017 Fecha 22 de septiembre de de octubre de de noviembre de 2017 Actividad 1er examen Entrega de avance del trabajo 2do examen Entrega de avance del trabajo 3er examen Entrega de borrador del trabajo 24 de noviembre de 2017 Entrega de trabajo 15 de diciembre de 2017 Examen final 16 de diciembre de 2017 (Exámenes supletorios) 21 de diciembre de 2017 (Examen de habilitación)