FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS PROGRAMA DE CIENCIAS QUIMICAS PLANEACIÓN DEL CONTENIDO DE CURSO PÁGINA: 1 de 5 1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO NOMBRE : ESPECTROSCOPÍA APLICADA A LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS CÓDIGO : 23705 SEMESTRE : NOVENO NUMERO DE CRÉDITOS : CUATRO PRERREQUISITOS : QUIMICA ORGANICA HORAS PRESENCIALES DE CINCO : ACOMPAÑAMIENTO DIRECTO ÁREA DE FORMACIÓN : CICLO PROFESIONAL TIPO DE CURSO : PRESENCIAL FECHA DE ACTUALIZACIÓN : NOVIEMBRE 18 DE 2011 2. DESCRIPCIÓN: El programa se compone de seis unidades, en las cuales se describen los aspectos básicos y se detallan, mediante problemas propuestos, la aplicación de las técnicas espectroscópicas de mayor utilización en la elucidación estructural de compuestos orgánicos. La secuencia se inicia con una comparación entre los métodos químicos y los métodos espectroscópicos, seguidamente se aborda la espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis), siguiendo con la espectroscopia infrarroja (IR), espectrometría de masas (EM) y se finaliza con la resonancia magnética nuclear (RMN) en todas sus modalidades. Para cada una de las técnicas, se explica el fundamento físico, la instrumentación y las correlaciones espectro-estructura de los principales tipos de moléculas orgánicas y se afianzan los conocimientos mediante ejercicios específicos para cada técnica. Al final se plantea la resolución y discusión de problemas que precisan el empleo conjunto de todas las técnicas tratadas en el curso, lo que resalta su carácter complementario. Con esto se pretende que el estudiante conozca los medios y criterios de trabajo que le permitan identificar o confirmar la estructura de compuestos orgánicos poli funcionales. [Escribir texto]
PÁGINA: 2 de 5 Teniendo en cuenta que la elucidación estructural a partir de espectros es una herramienta poderosa en la identificación y caracterización de compuestos orgánicos, esta asignatura tiene una relación directa con el área de Química Orgánica, así como con la Química Analítica Se proyecta para la carrera de Química 3. JUSTIFICACIÓN Cuando se aísla un compuesto a partir de su fuente natural, es necesario determinar su estructura antes de sintetizarlo; así mismo, cuando se lleva a cabo la síntesis de un compuesto, se ha de determinar si el producto tiene la estructura deseada. Lo anterior justifica esta asignatura, por cuanto permite al estudiante adquirir las bases necesarias para realizar elucidación estructural, convirtiéndose en un complemento del área Química Orgánica, en la que se hace énfasis en la reactividad y la síntesis 4. PROPÓSITO GENERAL DEL CURSO. Abordar los principios básicos de las técnicas espectroscópicas de uso más frecuente en Química Orgánica, así como la interpretación de los datos suministrados por éstas, de tal forma que permitan identificar o confirmar la estructura de compuestos orgánicos polifuncionales 5. COMPETENCIA GENERAL DEL CURSO Familiarizarse con las técnicas espectroscópicas y conocer la información general que puede aportar cada una de ellas en la determinación estructural. Comprender los conceptos básicos de la espectroscopia Infrarroja (IR), Ultravioleta-Visible (UV-Vis), Espectrometría de Masas (EM) y Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Desarrollar habilidad para extraer información de cada una de las técnicas espectroscópicas estudiadas en el curso. Relacionar la simetría molecular con el número de señales esperadas en el espectro de RMN. Aplicar la información generada por cada tipo de espectro y mediante la utilización de tablas determinar la estructura de moléculas orgánicas polifuncionales. [Escribir texto]
PÁGINA: 3 de 5 6. PLANEACIÓN DE LAS UNIDADES DE FORMACIÓN [Escribir texto]
PÁGINA: 4 de 5 UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LAS TECNICAS ESPECTROSCOPICAS COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDACTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS El Estudiante desarrollará su capacidad de: Analizar la interrelación entre materia y radiación. Diferenciar entre espectros de absorción y espectros de emisión. 1. Comparar entre los métodos clásicos y espectroscópicos de elucidación estructural. Desarrollo histórico. Comparación entre los métodos físicos y métodos químicos de análisis. El espectro electromagnético y su interacción con la materia. Espectros de absorción. Espectros de emisión. Se presentará un marco referencial de los temas del curso y se desarrollarán seminarios consistentes fundamentalmente en resolución de problemas cuya finalidad es afianzar, desarrollar y complementar los conocimientos adquiridos Aplicación de pruebas de dominios individuales y grupales, para verificar el grado de avance en el proceso de adquisición del conocimiento. Calidad, actualidad y coherencia de la información presentada en talleres y trabajos extra clase, así como en evaluaciones escritas y seminarios UNIDAD 2. ESPECTROSPÍA ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-VIS) COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDACTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS El Estudiante desarrollará su capacidad de: Identificar los tipos de transiciones energéticas que ocurren en las sustancias. Relacionar el carácter Relación entre conjugación y la radiación UV. Tipos de transiciones electrónicas: HOMO y LUMO. Funcionamiento básico del Se presentará un marco referencial de los temas del curso y se desarrollarán seminarios consistentes fundamentalmente en. Aplicación de pruebas de dominios individuales y grupales, para verificar el grado de avance en el proceso de adquisición del conocimiento.
PÁGINA: 5 de 5 conjugado de las moléculas y su capacidad para absorber en el UV-VIS. Determinar el tipo de información estructural que es posible extraer de esta técnica espectroscópica. Deducir, inferir y relacionar a partir de problemas propuestos. equipo. Ley de Lambert-Beer. Conceptos importantes: Cromóforo. Auxocromo. Desplazamientos de las bandas de absorción. Absorciones características de compuestos orgánicos. Reglas de Woodward-Fieser resolución de problemas cuya finalidad es afianzar, desarrollar y complementar los conocimientos adquiridos. Calidad, actualidad y coherencia de la información presentada en talleres y trabajos extraclase, así como en evaluaciones escritas y seminarios Presentación oportuna, responsable y creativa de compromisos adquiridos (talleres y trabajos extraclases). UNIDAD 3. ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA (IR) COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDACTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS El Estudiante desarrollará su capacidad de: Conocer los tipos de vibraciones de los grupos funcionales más importantes en química orgánica y en qué zonas del espectro aparecen las bandas de cada grupo funcional. Interpretar espectros IR de sustancias orgánicas. Origen de la absorción en el IR. Moléculas activas e inactivas para el IR. Ley de Hook. Apariencia de un espectro IR. Tipos de vibraciones moleculares. Interpretación del espectro IR. Absorción de los grupos funcionales característicos de la química orgánica Se presentará un marco referencial de los temas del curso y se desarrollarán seminarios consistentes fundamentalmente en resolución de problemas cuya finalidad es afianzar, desarrollar y complementar los conocimientos adquiridos. Aplicación de pruebas de dominios individuales y grupales, para verificar el grado de avance en el proceso de adquisición del conocimiento. Calidad, actualidad y coherencia de la información presentada en talleres y trabajos extraclase, así como en evaluaciones escritas y seminarios Presentación oportuna, responsable y creativa de compromisos adquiridos (talleres,
PÁGINA: 6 de 5 trabajos extraclases). Rep UNIDAD 4 ESPECTROMETRÍA DE MASAS (EM) COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDACTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS El Estudiante desarrollará su capacidad de: Reconocer la importancia de la EM como herramienta en la elucidación estructural. Conocer los tipos de espectrómetro de masas que existen en la actualidad. Reconocer la apariencia de un espectro de masas. Aprender a reconocer el ion molecular en un espectro de masas. Diferenciar entre los distintos tipos de iones que se forman. Deducir los factores que determinan el curso de las reacciones de fragmentación. Aplicar las reglas de fragmentación. Aplicar principios mecanísticos en las fragmentaciones de los iones. Interpretar espectros de masas y deducir la estructura de los iones representativos. Determinar los patrones de fragmentación en compuestos representativos de la Química Orgánica. 4.1. Introducción a la Espectrometría de Masas (EM) Características fundamentales de la MS. Técnicas experimentales: Introducción de la muestra, producción de iones, análisis de masas, detección y registro de los iones. Apariencia de un espectro de masas. 4.2. Principales tipos de iones Ión molecular, fragmentos iónicos, iones doblemente cargados, iones meta estables, fragmentos neutros. El ión molecular: intensidad, factores que influyen en su intensidad, principales características. Picos isotópicos. Determinación de la fórmula molecular: medida de la masa exacta, a partir de las intensidades relativas de los picos isotópicos. Fragmentos iónicos. Factores que determinan el curso de la fragmentación. Tipos de fragmentos. Esquema general de fragmentación. Se presentará un marco referencial de los temas del curso y se desarrollarán seminarios consistentes fundamentalmente en resolución de problemas cuya finalidad es afianzar, desarrollar y complementar los conocimientos adquiridos Aplicación de pruebas de dominios individuales y grupales, para verificar el grado de avance en el proceso de adquisición del conocimiento. Calidad, actualidad y coherencia de la información presentada en talleres y trabajos extraclase, así como en evaluaciones escritas y seminarios Presentación oportuna, responsable y creativa de compromisos adquiridos (talleres y trabajos extraclases).
Regla de fragmentación según el número de electrones. 4.3. Mecanismos generales de fragmentación Tipos de fragmentación: rupturas homolíticas y heterolíticas. Fragmentación de cationes radicales. Fragmentación de cationes. Ruptura de un enlace. Ruptura de dos enlaces. PÁGINA: 7 de 5 UNIDAD 5. ESPECTROSCOPÍA DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (RMN) COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDACTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS El Estudiante desarrollará su capacidad de: Aplicar los modelos clásico y cuántico en la explicación de la RMN. Relacionar las propiedades de los núcleos con la capacidad para experimentar el fenómeno de RMN. Relacionar la simetría molecular con el número de señales en el espectro de RMN. Identificar las características del Se presentará un marco referencial de los temas del curso y se desarrollarán seminarios consistentes fundamentalmente en resolución de problemas cuya finalidad es afianzar, desarrollar y complementar los conocimientos adquiridos Aplicación de pruebas de dominios individuales y grupales, para verificar el grado de avance en el proceso de adquisición del conocimiento. Calidad, actualidad y coherencia de la información presentada en talleres y trabajos extraclase, así como en evaluaciones escritas y seminarios Presentación oportuna,
PÁGINA: 8 de 5 espectro de RMN-1H. Diferenciar entre los conceptos de campo magnético aplicado y campo magnético efectivo. Deducir los factores que influyen en el desplazamiento químico. Aplicar reglas empíricas en la estimación de desplazamientos químicos. Analizar los principios que subyacen al fenómeno de separación de las señales. Diferenciar entre espectros de primer orden y de segundo orden. Determinar la existencia de diferentes tipos de acoplamiento y su relación con la estructura química. Conocer las formas de simplificar los espectros. Identificar los tipos de sistemas de espín y los aplica a problemas de elucidación estructural. Deducir las bases para la identificación de los sistemas de espín. Determinar la influencia que tiene la temperatura y el disolvente en los procesos de intercambio. Interpretar espectros de RMN-13C. Determinar las diferencias entre la RMN-1H y la RMN-13C. Aplicar reglas empíricas en la estimación de desplazamientos químicos. Identificar los factores que influyen sobre el desplazamiento químico. Aplicar los principios que subyacen a las técnicas de multi-pulsos. Determinar la importancia de las técnicas multi-pulsos en la elucidación estructural. Diferenciar la aplicabilidad de las técnicas de RMN 2D. Interpretar espectros bidimensionales en conjunto con otras técnicas 5.1. Introducción a la resonancia magnética nuclear. Descubrimiento del fenómeno de RMN. Propiedades magnéticas de los núcleos. Comportamiento de los núcleos atómicos en un campo magnético: Modelo clásico y modelo cuántico. Propiedades magnéticas de algunos núcleos. Espectrómetro de RMN: Onda continua y Transformada de Fourier (FT). Disolventes. Características del espectro de RMN. El número de señales: Elementos y operaciones de simetría. Relación entre el espectro y la estructura molecular. Topicidad. Simetría y equivalencia en la escala del tiempo de la RMN. 5.2. Desplazamiento Químico Campo magnético efectivo. Apantallamiento. Señal de referencia. Área de las señales: Integrales. Análisis de mezclas. Factores que afectan el desplazamiento químico: Inductivos. Mesómeros. Anisotropía. Heteroátomos. Reglas empíricas para determinar desplazamientos químicos. 5.3. Acoplamiento espinespin Constante de acoplamiento. Principios que subyacen a la separación de las señales. Espectros de primer orden. Espectros de segundo l responsable y creativa de compromisos adquiridos (talleres y trabajos extraclases).
espectroscópicas. orden. Constantes de acoplamiento y estructura química: Acoplamientos geminales, vecinales y de largo alcance. Simplificación o eliminación de constantes de constantes de acoplamiento. Deuteración selectiva. Efecto nuckear. Overhauser (NOE) 5.4. Sistemas de espín Equivalencia magnética. Nomenclatura de los sistemas de espín: sistemas de dos espines: AX, AB. Sistemas de tres espines: A3, A2B, A2X, AMX, ABX, ABC. Sistema de cuatro espines: A4, A3B, A3X, A2X2, A2B2, A2MX, AA BB, AA XX, ABCD, ABCX, ABXY 5.5. Procesos de intercambio Intercambios intermoleculares e intermoleculares. Influencia de la temperatura. Influencia del disolvente. 5.6. RMN-13C Apariencia de un espectro de RMN-13C. Información fundamental de la RMN- 13C. Desacoplamiento offresonance. DEPT. Disolventes. Desplazamiento químico. Factores que influyen en los desplazamientos químicos: Efectos de hidración, inductivos mesómeros, y estéricos. Reglas empíricas para la determinación de desplazamientos Químicos. 5.7. RMN multipulsos PÁGINA: 9 de 5
Elementos de RMN multipulso. Comportamiento de la magnetización durante multi-pulso. Spin-eco. PND. APT. DEPT. 5.8. RMN-bidimensional COSY. NOESY. HMQC. HMBC. HETCOR. HSQC PÁGINA: 10 de 5 UNIDAD 6. DETERMINACIÓN ESTRUCTURAL DE COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDACTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS El Estudiante desarrollará su capacidad de: Deducir, inferir y relacionar a partir de problemas propuestos Elucidación de estructuras por aplicación conjunta de las espectroscopias UV, IR, RMN y EM. Problemas resueltos. Problemas propuestos. Se resolverán problemas que combinen todas las técnicas espectroscópicas con el fin de visualizar la. Cada estudiante recibirá los espectros correspondientes a dos compuestos desconocidos; con esto debe preparar un seminario en el que enuncia la
PÁGINA: 11 de 5 complementariedad de las mismas. identidad de los dos compuestos y explica como dedujo cada estructura. Se tendrá en cuenta: el que logre identificar los compuestos, calidad de la presentación, desempeño en las preguntas y el manejo de los conceptos y del lenguaje técnico 7. BIBLIOGRAFÍA Abraham, R. J., Fisher, J., Loftus, P. 1998. Introduction to NMR Spectroscopy. John Wiley & Sons. New York. Breitmaier, E. 2002. Structure Elucidation by NMR in Organic Chemistry: A Practical Guide. 3rd ed. John Wiley & Sons. Chichester. Bruno, T. J., Svoronos, P. D. N. 2006. CRC Handbook of Fundamental Spectroscopic Correlation Charts. Taylor & Francis. Boca Ratón. Conley, R. T. 1979. Espectroscopía Infrarroja. Alhambra. Madrid. Crews, P., Rodríguez, J., Jaspars, M. 1998. Organic Structure Analysis. Oxford University Press. New York. Field, L.D., Sternhell, S., Kalman, J. R. 2008. Organic Structures from Spectra. John Wiley & Sons. Chichester. Friebolin, H. 1991. Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy. VCH. Weinheim. Hoffmann, E., Stroobant, V. 2007. Mass Spectrometry. Principles and Applications. 3rd ed. John Wiley & Sons. Chichester. Insuasty, B., Bouchard, A., Quiroga, J. 1993. Uso de la Espectroscopia Ultravioleta e Infrarroja en el Análisis Orgánico. Universidad del Valle. Santiago de Cali. Jacobsen, N. E. 2007. NMR Spectroscopy Explained. Simplified Theory, Applications and Examples for Organic Chemistry and Structural Biology. John Wiley & Sons. New Jersey. Joseph-Nathan, P., Díaz, E. 1993. Elementos de Resonancia Magnética Nuclear de Hidrógeno. Iberoamericana. México. Lambert, J.B., Mazzola, E.P. 2000. Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. An Introduction to Principles, Applications and Experimental Methods. Pearson Education. New Jersey. McLafferty, F. W., Tureçek, F. 1993. Interpretation of Mass Spectra. 4th ed. University Science Books. Sausalito.
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