QUIMICA ORGANOMETALICA

Transcripción

1 Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Doctorado en Ciencias Químicas QUIMICA ORGANOMETALICA Programa semestral: 96 h. Objetivos del curso: En relación con esta parte de la química inorgánica, la cual ha experimentado gran parte de su desarrollo en los últimos 50 años, y éste continúa, el estudiante conocerá los varios tipos de compuestos con enlaces metal-carbono, los métodos para su síntesis, su química estructural y sus enlaces. También se analizarán los tipos de reactividad que se presentan usualmente en la química organometálica. Desde las dos perspectivas anteriores se estudiarán los compuestos organometálicos de los elementos de transición. Finalmente se describirá y analizará el papel específico de los compuestos organometálicos en diversos procesos de la catálisis homogénea y su impacto. Temario Tema 1 PANORAMA GENERAL DE LA QUÍMICA ORGANOMETÁLICA 1.1 Reseña histórica 1.2 Diferencias sobresalientes entre moléculas organometálicas y moléculas orgánicas e inorgánicas clásicas. Tema 2 REGLA DE LOS 18 ELECTRONES 2.1 Ligantes comunes en complejos organometálicos y su clasificación para el conteo de electrones 2.2 Métodos de conteo de electrones 2.3 Orbitales moleculares y la regla de los 18 electrones 2.4 Complejos plano cuadrados Tema 3 EL LIGANTE CARBONILO Y SUS COMPLEJOS

2 3.1 Enlace 3.2 Complejos carbonílicos Tema 4 LIGANTES Y SUS COMPLEJOS 4.1 Sistemas lineales y sus complejos 4.2 Sistemas cíclicos y sus complejos Tema 5 OTROS LIGANTES EN QUÍMICA ORGANOMETÁLICA 5.1 Ligantes similares a CO y sus complejos 5.2 Fosfanos (fosfinas) y ligantes relacionados 5.3 Complejos hidruro y complejos dihidrógeno Tema 6 COMPLEJOS CON ENLACES M-C, M=C Y M C 6.1 Complejos alquilo 6.2 Complejos carbeno Estructura Síntesis Reactividad con electrófilos y nucleófilos Metátesis de alquenos Polimerización Ziegler-Natta de alquenos 6.3 Complejos carbino Tema 7 REACCIONES ORGANOMETÁLICAS QUE OCURREN EN EL METAL 7.1 Substituciones de ligante 7.2 Adición oxidativa 7.3 Eliminación reductiva Tema 8 REACCIONES ORGANOMETÁLICAS QUE INVOLUCRAN MODIFICACIÓN DE LIGANTES 8.1 Inserción y desinserción 8.2 Adición nucleofílica a el ligante 8.3 Abstracción nucleofílica

3 8.4 Reacciones electrofílicas Tema 9 CATÁLISIS HOMOGÉNEA. UTILIZACIÓN DE COMPLEJOS METÁLICOS DE TRANSICIÓN EN CICLOS CATALÍTICOS 9.1 Conceptos fundamentales de catálisis homogénea 9.2 Hidroformilación 9.3 Síntesis Wacker-Smidt de acetaldehído 9.4 Hidrogenación 9.5 Proceso Monsanto del ácido acético Tema 10 APLICACIONES DE LA QUÍMICA ORGANOMETÁLICA A LA SÍNTESIS ORGÁNICA 10.1 Interconversiones enantioselectivas de grupos funcionales 10.2 Complejos organometálicos como grupos protectores y activadores 10.3 Formación de enlaces carbono-carbono vía inserción de alquenos y de carbonilos Formación de enlaces carbono-carbono vía reacciones de transmetalación 10.5 Formación de enlaces carbono-carbono a través de reacciones de ciclización. Tema 11 GRUPOS ISOLOBALES Y COMPUESTOS CÚMULOS 11.1 Analogía isolobal 11.2 Compuestos cúmulos Perfil del alumno al egresar del curso: El estudiante identificará claramente un compuesto organometálico, propondrá métodos para sus síntesis y manejará con claridad sus diferentes posibilidades estructurales, su estereoquímica, así como la teoría acerca de su enlace químico. Además, conociendo los tipos de reactividad que se presentan usualmente en la química organometálica, podrá identificarlos en casos determinados, tales como en los ciclos catalíticos. Conocerá y explicará el papel específico de los compuestos organometálicos en diversos procesos de la catálisis homogénea y su impacto.

4 Marco conceptual: Materia de especialización. El curso está estructurado para consolidar el aprendizaje de los conceptos básicos de la química organometálica. Se conocerán los diferentes métodos sintéticos de los compuestos organometálicos, sus estructuras y la teoría de su enlace químico. Se reconocerán los diferentes tipos de reactividad de los compuestos organometálicos y así se estará capacitado para clasificar una determinada reacción, reconocer sus particularidades e incluso reconocer nuevas formas de reactividad en un caso específico de trabajo. Con lo anterior como base, conocerá y entenderá los principales ciclos catalíticos y su importancia a nivel industrial. En general, con este curso se proporcionan habilidades analíticas y propositivas en la química organometálica, esto gestará una actitud de investigador en los estudiantes. Proceso enseñanza aprendizaje Para cursar esta materia se debe asistir a cuando menos el 95% de las clases que duran dos horas cada una, para hacer un total de 96 horas. Al inicio del curso se proporciona al estudiante el programa de la materia, que incluye la bibliografía. Las clases se llevan a cabo a manera de seminario, de modo que un estudiante participa exponiendo un los temas previamente preparados por todos los estudiantes y el profesor, los otros estudiantes participan con preguntas y/o discusiones tendientes a corregir o precisar lo expuesto por el estudiante que tiene el turno de exponer y el profesor actúa de moderador y si es necesario para abundar en explicaciones y decidir, conjuntamente con los estudiantes, acerca de cuál de las interpretaciones es la correcta. Durante la mayoría de las clases se utiliza esta dinámica que da la oportunidad de una intensa interacción profesor-estudiante, pues se busca que el estudiante sea dinámico en exponer lo comprendido y externe sus dudas. En determinados temas se utilizan materiales didácticos de apoyo tales como diapositivas, acetatos o videos. En dependencia de la dinámica de trabajo del grupo se pueden incluir revisiones científicas, artículos originales de investigación, reseñas o críticas actualizadas. En función del tema de estudio se entregan documentos originales, en los que se pone de manifiesto el momento histórico en que se realizó la investigación. En otros documentos originales se muestran los límites más nuevos de la ciencia y se contrasta la vanguardia de la ciencia con la historia científica. Se hace énfasis en el avance revolucionario del conocimiento de la química de organometálica y se dota al estudiante de las herramientas actuales

5 para la investigación en química organometálica. Con la dinámica del curso el estudiante no sólo aprende de la materia, también se le capacita para enfrentarse cotidianamente ante un auditorio crítico, inquisitivo y participativo, de esta forma se desarrolla la habilidad para transmitir el conocimiento, fomentando la habilidad de orador como la de diseñador de material audiovisual para reforzar las disertaciones cotidianas. Actividades de evaluación La calificación está constituida por la participación en la exposición en cada clase (30%), por la participación en la corrección de conceptos mal interpretados por otros miembros del grupo (30%) y por la evaluación en la respuesta a preguntas específicas y resolución de problemas (40%). Generalmente los grupos son pequeños (1 a 4 estudiantes), lo cual brinda la posibilidad de que en cada clase todos los estudiantes participen en cada uno de los tres aspectos a evaluar. Acreditación. Para acreditar el estudiante deberá asistir cuando menos al 95% de las clases. Bibliografía 1. R.H. Crabtree, The Organometallic Chemistry of the Transition Metals. John Wiley & Sons, New York, USA G.O. Spessard, G.L. Miessler, Organometallic Chemistry, Prentice-Hall, USA C. Elschenbroich, A. Salzer, Organometallics. A Concise Introduction. VCH, Alemania P. Powel, Principles of Organometallic Chemistry. Chapman and Hall, Londres J.M. Brown, P. Hofmann, Organometallic Bonding and Reactivity. Springer, New York L. Saunders Boffa, B. M. Novak, Transition Metal Catalysis in Macromolecular Design. American Chemical Society, Washington, D.C

6 7. G.W. Parshall, S.D. Ittel, Homogeneous Catalysis: The Application and Chemistry of Catalysis by Soluble Transition Metal Complexes. Wiley, New York A.W. Parkins, R.C. Pollerm, An introduction to Organometallic Chemistry. Macmillan, Londres K.F. Purcell y J.C. Kotz, Química Inorgánica. Ed. Reverté, S.A., España C.M. Lukeart, Fundamental Transition Metal Organometallic Chemistry. Brooks/Cole, U.S.A I. Haiduc, J.J. Zuckerman, Basic Organometallic Chemistry, Gruyter, Berlín