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Programa

CURSO              :       QUIMICA ORGANICA I
TRADUCCION         :       ORGANIC CHEMISTRY I
SIGLA                      QIM102A
CRÉDITOS           :       10
MÓDULOS            :       04
REQUISITOS         :       QIM100A
CARÁCTER           :       MINIMO
DISCIPLINA         :       QUIMICA


I.   DESCRIPCION

     Curso teorico, dirigido a introducir a los alumnos en el lenguaje de la quimica organica y en las caracteristicas
     estructurales de los componentes organicos, incluyendo la estereoquimica y la energetica de las reacciones
     organicas. Ademas se estudian aspectos de propiedades y reactividad de algunos grupos funcionales.


II.  OBJETIVOS

     Generales
     1.     Comprender las caracteristicas estructurales, para realizar deducciones intuitivas de los mecanismos.
     2.     Estudiar las caracteristicas de reacciones fundamentales de la quimica organica.
     3.     Adquirir y desarrollar habilidades tales como capacidad de analisis y sintesis, resolucion de problemas,
            capacidad de aplicar los conocimientos a la practica, capacidad de aprender y motivacion por el logro
     4.     Conocer la presencia de la quimica organica en la vida y en general en todo nuestro entorno.
     5.     Establecer a partir de una estructura quimica, las propiedades fisicas, acido-base, electronicas,
            estereoquimicas y espectroscopicas del compuesto en estudio.

     Especificos
     1.     Estudiar los fundamentos de estructura y enlace de compuestos organicos y en conceptos basicos como
            electronegatividad, polaridad de enlace resonancia y propiedades acido-base.
     2.     Adquirir el conocimiento del lenguaje propio de la quimica organica y la estereoquimica.
     3.     Estudiar aspectos basicos de reactividad organica tales como mecanismos de reaccion, especies
            intermedias, relacion entre cambios de energia libre, constantes de equilibrio, importancia de efectos
            inductivos de resonancia y estericos.
     4.     Analizar y explicar el comportamiento de alquenos, alquinos, halogenuros de alquilo, alcoholes,
            fenoles, eteres, epoxidos, etc.


III. CONTENIDOS

     1. Introduccion.
            1.1.   Breve rese?a sobre interes de la quimica organica. Introduccion a la quimica de los compuestos
                   organicos.
            1.2.   Estructuras, enlaces y representacion de compuestos organicos.
            1.3.   Enlace ionico y covalente. Enlaces simples y enlaces multiples.
            1.4.   Orbitales hibridos del carbono: orbitales sp3, sp?, sp. Orbitales sigma "" y pi "". Geometria
                   molecular.
            1.5.   Hibridacion de atomos de nitrogeno y oxigeno. Geometria molecular de aminas, alcoholes,
                   eteres, del carbonilo y del enlace triple CN.
            1.6.   Distancias de enlace, angulos de enlace, fuerza de enlace, electronegatividad.
            1.7.   Representaciones detalladas de Lewis y Kukule. Carga formal.
            1.8.   Escritura de formulas estructurales. Formulas estructurales abreviadas.




                                   PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
                                       FACULTAD DE QUIMICA / Enero de 2011
                                                                                                                     1

2.  Nomenclatura e isomeria estructural.
    2.1.  Clasificacion de hidrocarburos, en: alifaticos / aromaticos, lineales/ ramificados /ciclicos,
          saturados/insaturados.
    2.2.  Hidrocarburos alifaticos y cicloalifaticos. Construccion de las series homologas de
          hidrocarburos alifaticos. Concepto de grupo radical. Hidrocarburos ramificados.
    2.3.  Nomenclatura IUPAC. Aplicacion de alcanos y cicloalcanos.
    2.4.  Grupos funcionales. Prioridades.
    2.5.  Reglas de nomenclaturas para moleculas polifuncionales.
    2.6.  Isomeria estructural: esqueleto, posicion y funcional. Concepto IDH y su aplicacion.

3.  Propiedades moleculares y fisicas.
    3.1.  Enlace covalente polar. Direccion de la polaridad, momento de enlace, momento bipolar,
          simbologia.
    3.2.  Magnitud y contribucion de los momentos bipolares a nivel molecular. Interacciones
          moleculares de London, Van der Waals, puente de hidrogeno.
    3.3.  Analisis de momentos bipolares, simetria y polaridad molecular en las interacciones
          intermoleculares.
    3.4.  Interpretacion del efecto de interacciones intermoleculares e intramoleculares sobre constantes
          fisicas: temperatura de fusion y de ebullicion, solubilidad, etc.
    3.5.  Interpretacion de propiedades fisicas de sustancias isomeras y efectos de la ramificacion en
          propiedades fisicas de los alcanos.

4.  Estereoquimica organica.
    4.1.  Elementos de simetria molecular. Concepto de carbono asimetrico.
    4.2.  Concepto de estereoisomeros y centros estereogenicos.
    4.3.  Quilaridad y enantiomeros.
    4.4.  Configuracion R y S, reglas de secuencia CIP.
    4.5.  Proyecciones de Fischer. Gliceraldehido de Fischer. Configuracion relativa D y L.
    4.6.  luz polarizada y actividad optica. Mezcla racemica. Calculo de porcentaje de pureza optica y de
          composicion de una mezcla de enantiomeros.
    4.7.  Analisis de sustancias con varios centros asimetricos. Diasteroisomeria. Epimeros. Planos de
          simetria, mesoisomeria.
    4.8.  Resoluciones de mezclas racemicas.
    4.9.  Asimetria molecular: bifenilos. Otros centros asimetricos.
    4.10. relevancia biologica de la quiralidad. Interaccion sustrato-receptor.
    4.11. Isomeria geometrica E-Z de alquenos.

5.  Alcanos y cicloalcanos. Analisis conformacional.
    5.1.  Estabilidades de alcanos ciclicos. Teoria de Baeyer, energias de tension.
    5.2.  Esteroquimicas de cicloalcanos. Isomeria cis-trans en alcanos ciclicos.
    5.3.  Conformacion de los alcanos. Conformeros del ciclohexano. Calculo de energias de
          conformaciones.
    5.4.  Estereoquimica de ciclohexanos 1,2; 1,3 y 1,4-disustituidos. Equilibrio e interconversion entre
          conformeros.
    5.5.  Representaciones de alcanos: caballete y Newman.
    5.6.  Interacciones rotacionales. Estabilidad relativa de conformeros.

6.  Propiedades electronicas: resonancia, aromaticidad e hiperconjugacion.
    6.1.  Definicion de resonancia. Enlaces multiples conjugados y aislados, localizados y
          deslocalizados.
    6.2.  Reglas basicas de resonancia. Grupos donores y atractores de electrones.
    6.3.  Estabilidad de especies en relacion a estructuras resonantes.
    6.4.  Aromaticidad e Hiperconjugacion.
    6.5.  Aplicacion de resonancia, aromaticidad e hiperconjugacion a la estabilidad y reactividad de
          compuestos y especies. Reordenamiento de carbocationes.




                         PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
                              FACULTAD DE QUIMICA / Enero de 2011
                                                                                                        2

7.  Propiedades acido-base de compuestos organicos.
    7.1.   Conceptos de Bronstead-Lowry para acidos y bases organicas. Acidos y bases de Lewis.
    7.2.   Magnitudes de acidez y basicidad de compuestos organicos. Consideraciones estructurales en
           acidos y bases alifaticos y aromaticos.
    7.3.   manejo del concepto pKa y pKb. Conceptos de estabilidad para la prediccion de factibilidad de
           reacciones.
    7.4.   Reconocimiento de centros donores (bases) y aceptores (acidos) caracteristicos.
    7.5.   Separacion de mezclas de compuestos en funcion de sus propiedades acido-base.

8.  Aspectos basicos de reactividad organica. Consideraciones cineticas y termodinamicas. Estabilidad de
    intermediarios. Tipos de mecanismos de reaccion.
    8.1.   Tipo de reacciones organicas. Rupturas de enlaces, homo y heterolisis.
    8.2.   Reacciones endo y exotermicas. Calculo de entalpias de reaccion. Concepto de energia libre de
           Gibbs y entropia. Espontaneidad en reacciones organicas.
    8.3.   Patrones de polaridad de grupos funcionales. Centros acido/basicos; electrofilos/nucleofilos.
           Identificacion de electrofilos y nucleofilos.
    8.4.   Equilibrio y velocidad de reacciones. Relacion entre parametros termodinamicos y cineticos.
    8.5.   Concepto de mecanismos de reaccion. Teoria de colisiones. Energia de activacion. Diagrama de
           energia. Mecanismos concertados y en etapas. Influencia de la energia de activacion en la
           velocidad de una reaccion.
    8.6.   Analisis estructural de complejos activados y especies intermedias. Estabilizacion de especies
           intermedias: carbocationes y radicales libres.
    8.7.   Generalidades de las reacciones de sustitucion nucleofilicas unimolecular (SN1), bimolecular
           (SN2), e interna SNi . Mecanismos, estereoquimica, cinetica de reaccion. Perfiles de energia.
    8.8.   Mecanismos de eliminacion via procesos uni y bimoleculares (E1 y E2). Requerimients
           estereoquimicos en compuestos de cadena abierta y en compuestos ciclicos.
    8.9.   Halogenacion de alcanos como ejemplo de reacciones por via radicalaria.
    8.10. Analisis global de un proceso de adicion de HX a un alqueno asimetrico. Mecanismo de
           reaccion, eleccion del intermediario mas estable. Aplicacion de la regla de markovnikov.
           Diagrama del proceso y parametros termodinamicos.
    8.11. Definicion de procesos regioespecificos y regioselectivos.

9.  Estructura y reactividad de alcanos, alquenos y alquinos.
    9.1.   Oxidacion y combustion de hidrocarburos.
    9.2.   Halogenacion de alcanos.
    9.3.   Preparacion industrial y usos de alquenos.
    9.4.   Estabilidad de alquenos (hiperconjugacion).
    9.5.   Preparacion de alquenos mediante reacciones de eliminacion (E1, deshidratacion de alcoholes),
           (E2, deshidrohalogenacion).
    9.6.   Reacciones de adicion a alquenos. Postulado de Hammond. Adicion de hidracidos, halogenos,
           acido hipohalosos, oximercuracion, hidroboracion, acido bromhidrico/peroxido, hidrogeno.
    9.7.   Reacciones en dienos conjugados, no conjugados. Carbocation alilico. Reacciones competitivas.
           Producto de control cinetico y producto de control termodinamico.
    9.8.   Reacciones de oxidacion de alquenos. Epoxidaciones, hidroxilaciones vecinales syn y anti.
           Degradaciones oxidativas (KMnO4, O3, HIO4).
    9.9.   Carbenos. Estados y estructura orbital. Reactividad de carbenos con alquenos.
    9.10. Estructura y acidez en alquinos. Reacciones nucleofilicas a parir de alquinos. Sintesis via
           acetiluros.
    9.11. Reacciones de adicion. Hidratacion e hidroboracion. Hidrogenacion.
    9.12. Ruptura oxidativa de alquinos.

10. Halogenuros de alquino, alcoholes, fenoles, tioles, eteres y analogos.
    10.1. Obtencion de halogenuros de alquino. Halogenacion alilica de alquenos. Preparacion de
           halogenuros a partir de alcoholes (Sustitucion nucleofilica).
    10.2. Reacciones de halogenuros de alquino. Formacion de reactivo de Grignard y otros
           organometalicos.



                          PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
                               FACULTAD DE QUIMICA / Enero de 2011
                                                                                                         3

          10.3. Propiedades fisicas de alcoholes y fenoles. Solubilidad, formacion de puentes de hidrogeno.
                 Acidez de fenoles.
          10.4. Obtencion de alcoholes por reduccion de grupos carbonilos ( reaccion de Grgnard).
          10.5. Obtencion de alcoholes y eteres por reacciones de sustitucion nucleofilica. Sintesis      de
                 Williamson de eteres/tioeteres y reacciones de alcoximercuracion/tioalcoximercuriacion.
          10.6. Reactividad de alcoholes. Oxidacion. Proteccion.
          10.7. Apertura de epoxidos.
          10.8. Reacciones periciclicas. Electrociclicas (termicas y fotoquimicas).
          10.9. Reacciones Diels-Alder.
          10.10. Cicloadiciones. Estereoquimica.


IV. METODOLOGIA

    - Clases expositivas.


V.  EVALUACION

    - Interrogaciones.


VI. BIBLIOGRAFIA

    Bruice, P.Y.                             Quimica organica, 5? edicion. Pearson Prentice Hall, 2008.

    Graham Solomons, T.W.                    Organic Chemistry. Ed. John Wiley & Sons, Inc., 1976.

    McMurry, J.                              Quimica organica. Mexico, International Thomson Editores, 2001.

    Wade, L.G.                               Quimica organica. Ed Prenticehall, 1993.




                              PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
                                    FACULTAD DE QUIMICA / Enero de 2011
                                                                                                            4