CURSO: QUIMICA ORGANICA I
TRADUCCION: ORGANIC CHEMISTRY I
SIGLA: QIM102
CREDITOS: 10
MODULOS: 04
REQUISITOS: QIM100 o QIM120
DISCIPLINA: QUIMICA
I. OBJETIVOS
1. Conocer los aspectos fundamentales sobre la teoria estructural para la comprension de la topologia de moleculas organicas, sus propiedades y los aspectos energeticos que intervienen en las reacciones organicas.
2 Conocer aspectos sobre reactividad de algunos grupos funcionales, los cuales requieren para su comprension un adecuado manejo de topicos fundamentales como estereoquimica y energetica de reacciones organicas.
II. CONTENIDOS
1. Introduccion
1.1 Breve rese?a sobre el interes de la Quimica Organica
2. Estructura y enlace
2.1 Propiedades de las ondas
2.2 Orbitales de enlace y antienlace
2.3 Orbitales hibridos del carbono: orbitales sp3, sp2 y sp.
2.4 Combinacion de orbitales: metano, etileno y acetileno. Geometria molecular. Concepto de antienlace, transiciones y rotaciones.
2.5 Distancias de enlace, angulos, fuerzas de enlace, electronegatividad asociada con el tipo de hibridacion
2.6 Hibridacion de atomos de nitrogeno y oxigeno. Geometria molecular de aminas, alcoholes y eteres.
2.7 Representaciones detalladas (Lewis y Kekule) y simplificadas de moleculas.
2.8 Formulas moleculares y calculos de porcentajes de elementos.
2.9 Ejercicios
3. Propiedades moleculares
3.1 Enlace covalente polar. Direccion de polaridad, momento de enlace y simbologia.
3.2 Momentos dipolares. Magnitud y contribuciones a nivel molecular. Interacciones moleculares de London, van der Waals y enlace de hidrogeno. Analisis de efectos de momentos de enlace en los momentos dipolares. Simetria y polaridad molecular. Interpretacion de propiedades fisicas de sustancias isomeras empleando los efectos de momentos de enlace.
3.3 Acidos y bases. Concepto de Bronstead-Lowry. Acidos y bases organicas. Magnitudes de acidez y basicidad de compuestos organicos. Afinidades de bases conjugadas de acidos. Conceptos de estabilidad de acidos y bases para la prediccion de factibilidad de reacciones. Manejos de conceptos de pKa para establecer procesos de sustraccion de protones en moleculas organicas. Ejemplos de prediccion de reacciones acido-base. Orden de acidez y basicidad. Acidos y bases de Lewis. Definicion. Donores organicos (bases) y aceptores (acidos) caracteristicos. Visualizacion de centros donores (bases de Lewis) en moleculas organicas (grupos alqueno, aminas, carbonilo, imina, etc).
3.4 Ejercicios
4. Propiedades de Isomeria molecular y nomenclatura
4.1 Hidrocarburos alifaticos y cicloalifaticos. Construccion de la serie de hidrocarburos alifaticos. Nombres de los hidrocarburos. Construccion de hidrocarburos ramificados. Concepto de grupo radical. Ejemplos
4.2 Isomeria de alcanos: esqueleto o constitucional, posicion y funcional. Atomos C,H equivalentes en hidrocarburos. Definicion de la naturaleza de los atomos de hidroogeno en hidrocarburos.
4.3 Grupos funcionales mas comunes. Conexion grupos radicales-funcion.
4.4 Nomenclatura IUPAC. Aplicacion en alcanos y cicloalcanos. Isomeria cis-trans en alcano ciclicos. Reglas de nomenclatura para moleculas polifuncionales. Grupos funcionales y grupos subordinados. Prioridades. Series homologas. Ejemplos
4.5 Propiedades fisicas de los alcanos. Efectos de ramificacion en propiedades fisicas de alcanos.
4.6 Fuentes naturales de los hidrocarburos: Petroleo y carbon. Refinacion del gas natural y del petroleo. Indice de octanos en gasolinas. Procesos cataliticos de isomerizacion y reformacion.
4.7 Ejercicios.
5. Estereoquimica organica y analisis conformacional
5.1 Estereoquimica de alcanos y cicloalcanos. Representaciones de alcanos: caballete y de Newman. Interacciones rotacionales. Conformeros.
5.2 Isomeria de moleculas ciclicas. Conformaciones de compuestos aciclicos y ciclicos.
5.3 Estabilidades. Teoria de Baeyer. Calores de combustion y energias de tension, efectos estericos. Consideraciones sobre orbitales de cicloalcanos. Movilidades. Ciclohexano y derivados. Efecto gauche en ciclohexanos. Calculos de energia de conformaciones.
5.4 Elementos de simetria molecular (planos, ejes, imagen por reflexion). Asimetria molecular;Cristales enantiom Luz polarizada y componentes electromagneticos. Mezclas raceomicas.bifenilos. Centros estereogenicos. Enantiomeria.Descubrimiento de la actividad optica. Cristales enantiomericos. Luz polarizada y componentes electromagneticos. Mezclas racemicas.
5.5 Configuracion R y S y reglas de secuencia. Ejemplos. Proyecciones de Fisher.
5.6 Analisis de substancias con dosemicas. centros estereogenicos. Diastereoisomeria. Epimeros. Mesoisomeria. Resoluciones racemicas.
5.7 Estereoquimica de ciclohexanos 1,2; 1,3 y 1,4-disustituidos. Mesoisomeria.
5.8 Isomeria geometrica E-Z de alquenos.
5.9 Relevancia biologica de la quiralidad. Interaccion sustrato-receptor.
5.10 Ejercicios.
6. Aspectos basicos de la reactividad organica
6.1 Tipos de reacciones organicas
6.2 Rupturas de enlaces reactivos. Reacciones endo- y exotermicas. Calculos de entalpias de reaccion. Concepto de estabilidad de especies radicalarias generadas por rupturas homoloiticas en funcion de H?. Mecanismo.
6.3 Concepto de mecanismo de reaccion. Cloracion de metano.
6.4 Patrones de polaridad de grupos funcionales. Centros acido/basico y electrofilo/nucleofilo. Influencia de solventes en polaridad.
6.5 Electrofilos y nucleofilos. Ejemplos de reacciones polares e identificacion de electrofilos y nucleofilos. Modelo: sdicion de HBr a un alqueno; implicancias estereoquimicas.
6.6 Equilibrio y velocidad de reaccion. Parametros termodinamicos: definiciones y relaciones
6.7 Teoria de Colisiones. Energia de activacion. Diagramas de energia de diferentes procesos. Energia libre de activacion. Localizacion y analisis estructural de complejos activados y especies intermedias.
6.8 Estabilizacion de especies intermedias. Ejemplo de un proceso via ion carbonio y analisis de estabilizacion. Otros ejemplos de cationes estables. Aniones estables.
6.9 Resonancia y reglas.
6.10 Diagramas de distribucion de eneria cinetica, energias de colision y energias de activacion molecular. Influencia de energia de activacion en la velocidad de reaccion.
6.11 Analisis global de un proceso de adicion de HX a un alqueno asimetricamente sustituido: mecanismo de reaccion, eleccion de intermedio mas estable, complejos activados y estructuras, orientacion de reaccionantes. Definicion de procesos regioespecificos y regioselectivos. Diagrama de procesos y parametros electrodinamicos.
6.12 Ejercicios
7. Estructura y reactividad de alquenos y alquinos
7.1 Preparacion industrial y usos de alquenos
7.2 Calculos de grado de insaturacion
7.3 Revision de la estructura y nomenclatura de alquenos dienos conjugados, no-conjugados, acumulados. Isomeria de dienos conjugados. Estructura orbital e isomeria geometrica.
7.4 Estabilidad de alquenos. Interpretacion orbital. Hiperconjugacion
7.5 Preparacion de alquenos mediante reacciones de eliminacion
7.6 Reacciones de adicion de hidracidos. Regla de Markovnikov. Interpretacion orbital. Postulado de Hammond. Adiciones de haloogeno. acidos hipohalosos, oximercuriaciden, hidroboracion, acido bromhidrico/peroxido, hidrogeno. Mecanismos de reaccion y perfiles de energia.
7.7 Estabilidades de carbocationes y radicales libres. Reordenamiento de carbocationes.
7.8 Reacciones de oxidacion: sin y con ruptura del enlace doble. Epoxidaciones, hidroxilaciones vecinales syn y anti. Degradaciones oxidantes (KMnO4, O3, HIO4).
7.9 Generacion de carbenos. Estados y estructura orbital de carbeno singlete y triplete. Reactividad de carbenos con alquenos.
7.10 Preparacion de alquenos
7.11 Estructura y nomenclatura de alquinos
7.12 Reacciones de adicion. Hidratacion e hidroboracion. Hidrogenacion.
7.13 Acidez y reacciones nucleofilicas con alquinos.
7.14 Rupturas oxidantes.
7.15 Acidez de alquinos. Sintesis de alquinos via acetiluros.
7.16 Ejercicios.
8. Halogenuros de alquilo. Reacciones radicalarias, sustituciones nucleofilicas y eliminaciones
8.1 Nomenclatura y estructura de los halogenuros de alquilo.
8.2 Obtencion de halogenuros de alquilo.
8.3 Halogenacion radicalaria de alcanos. Bromacion alilica de alquenos. Estabilidad de radicales (resonancia). Formas resonantes, repaso.
8.4 Preparacion de halogenuros de alquilo a partir de alcoholes.
8.5 Reacciones de haluros de alquilo. Reactivo de Grignard. Compuestos organo-metalicos.
8.6 Reacciones de sustitucion nucleofilica con inversion de configuracion: inversion de Walden.
8.7 Estereoquimica de la sustitucion nucleofilica, cinetica de reaccion.
8.8 Reacciones de sustitucion nucleofilica unimolecular (SN1), bimolecular (SN2) e interna (SNi).
8.9 Reaccion y mecanismo de eliminacioonndel haluros de alquilo via procesos uni- y bimoleculares (E1, E2). Eliminacion y conformacion de ciclohexano. Efecto isotopico del deuterio.
8.10. Resumen, reacciones y sintesis y ejercicios.
9. Alcoholes, fenoles, tioles, eteres, epoxidos y analogos
9.1 Estructura y Nomenclatura. Propiedades Fisicas: Solubilidad y enlace de hidrogeno. Acidez, etc.
9.2 Obtencion de alcoholes, fenoles, eteres,onepdexidos, sulfuros y tioles. Sustitucion nucleofilica. Uso deoreactivos de Grignard. Reduccion grupos carbonilo. Hidratacion e hidroboracion-oxidacion de alquenos.
9.3 Sintesis de Williamson (alcoxi-mercuraciones)
9.4 Reactividad de alcoholes , eteres y derivados.
9.5 Reacciones de alcoholes: Deshidratacion. Sustitucion nucleofilica, oxidacion, proteccion.
9.6 Reacciones de compuestos con azufre.
9.7 Eteres corona (catalizadores)
9.8 Uso de alcoholes, eteres y tioles en sintesis
10. Dienos conjugados y espectroscopia ultravioleta
10.1 Orbitales atomicos y moleculares, sistemas conjugados
10.2 Reacciones periciclicas. Electrociclicas (termicas y fotoquimicas). Cicloadiciones.Estereoquimica. Reordenamientos sigmatropicos. Ejemplos y Ejercicios.
10.3 Dienos conjugados, estabilidad.
10.4 Orbitales moleculares y longitudes de enlace del 1,3-butadieno.
10.5 Adicion electrofilica a dienos conjugados. Carbocation alilico. Control cinetico y termodinamico.
10.6 Reacciones de cicloadicion. Reaccion Diels-Alder y otras
10.7 Otros sistemas conjugados.
10.8 Espectroscopia ultravioleta (UV). Espectros. Interpretacion de espectros. Efecto de conjugacion.
10.9 Quimica de la vision y concepto del color.
10.10 Resumen y ejercicios.
III. METODOLOGIA
-Clases expositivas
IV. EVALUACION
- 3 interrogaciones
- Examen
V. BIBLIOGRAFIA
Minima:
Graham Solomons, T.W. "Organic Chemistry". Ed. John Wiley & Sons, Inc., 1976.
McMurry, J. "Quimica Organica". Grupo Editorial Iberoamerica, 1994.
Wade, L.G. "Quimica Organica". Ed. Prenticehall. Mexico, 1993.
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE*