DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Facultad de Ciencias Exactas Fisico-Químicas y Naturales Universidad Nacional de Rio Cuarto Agencia Postal Nro.3 -5800 Rio Cuarto - ARGENTINA Teléfono 54-(0)358-4676157 / 4676233 Fax: 54-(0)358-4676233 DPTO. DE QUIMICA CARRERA: LICENCIATURA EN QUIMICA PROFESORADO EN QUIMICA ASIGNATURA: QUIMICA ORGANICA I CODIGO: 2007 PROFESORES RESPONSABLES: Dra.S. M Chiacchiera Dra. L. Zingaretti, Dr. Mariano Correa EQUIPO DOCENTE: Lic. Claudia Solís AÑO ACADEMICO: 2010 REGIMEN DE REGULARIDAD: Asistencia y aprobación al 100% de los trabajos prácticos, y al 80% de las clases teórico prácticas. Aprobar tres exámenes parciales, con un máximo de dos recuperaciones referidas al mismo o distintos parciales. REGIMEN DE PROMISIÓN: En trámite. ASIGNACIÓN DE HORAS SEMANALES: Teórico-Prácticos:7 hs - Prácticos: 7 hs EXAMENES PARCIALES: Escritos, comprendiendo temas teórico, prácticos y de laboratorio. EXAMEN FINAL: Oral integrador de todos los conocimientos adquiridos en el transcurso de la materia OBJETIVOS PROPUESTOS: Familiarizar al estudiante con los principios de la ciencia, adiestrándolo en el método de investigación científica. Fomentar la actitud reflexiva frente a los problemas científicos, evitando la precipitación y el operativismo. Objetivos específicos: Que el alumno al cabo de completar los distintos niveles que involucran el estudio de la Química Orgánica sea capaz de: 1. Comprender y predecir el comportamiento teórico de los compuestos orgánicos, como así mismo adquirir la destreza manual para la comprobación experimental del mismo. 2. Predecir el comportamiento físico, químico y espectroscópico de un compuesto orgánico en función de su estructura. De la misma manera, si se conocen las propiedades de un determinado compuesto predecir su estructura. 3. Proponer teórica y experimentalmente una vía de síntesis, separación, purificación e identificación de un compuesto orgánico sencillo. 4. Establecer los probables mecanismos de reacciones orgánicas a través de evidencias experimentales y de sus conocimientos respecto de la relación estructura-reactividad. 5. Relacionar estructura y propiedades de compuestos orgánicos con el uso y aplicaciones generales de los mismos en aquellos compuestos de interés biológico. Asimismo, con productos de aplicación industrial. CONTENIDOS DEL APRENDIZAJE TEMA I ESTRUCTURA Y PROPIEDADES La teoría estructural. Configuración covalente. Mecánica electrónica. Angulos de cuántica. Orbitales unión. Orbitales moleculares. Orbitales La híbridos. intermoleculares. Polaridad de moléculas.Estructura y físicas. Punto de fusión. Fuerzas atómicos. unión Fuerzas propiedades intramoleculares. Punto de ebullición. Solubilidad. Acidos y bases. Isomerismo. TEMA II ALCANOS Hidrocarburos. Estructura del metano. Propiedades físicas. Fuentes naturales. Reacciones. Oxidación. Calor de combustion. Una reacción de sustitución. Halogenación. Cloración. Reactividades relativas. Mecanismo de reacciones. Radicales libres. Reacciones en cadena. Inhibidores. Energía de disociación de uniones. Calor de reacción. Energía de activación. Velocidad de reacción. Estructura del radical metilo. Hibridización sp . Estado de transición. Fórmula molecular. Análisis elemental cualitativo y cuantitativo. Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Azufre. Fórmula empírica. Peso molecular. Fórmula molecular. Clasificación por estructura. Estructura del etano. Rotación libre en la unión simple carbono-carbono. Conformaciones. Propano. Butano. Análisis conformacional. Alcanos Mayores. La serie homóloga. Nomenclatura. Propiedades físicas. Fuentes naturales. Preparación. El reactivo de Grignard. Acoplamiento de haluros de alquilo con compuestos organometálicos. La reacción de Wurtz. Reacciones. Halogenación. Estabilidad y facilidad de formación de radicales libres. Orientación y reactividad. Reactivos y Selectividad. Pirólisis. Trazadores Cracking. isotópicos. Síntesis. Determinación de Combustión. estructura. Análisis de alcanos. TEMA III ESTEREOQUIMICA Estereoquímica y estereoisomerismos. Actividad óptica. Plano de la luz polarizada. El polarímetro. Rotación específica. Enantiomerismo y actividad óptica. Predicción de enantiomerismo. Centro quiral. El átomo de carbono asimétrico. Racémicos. Configuración. Reglas de secuencia. Diastereoisómeros. Estructuras meso. Especificación de la configuración más de un centro Isómeros conformacionales. estereoisómeros, rupturas Reacciones de que uniones, configuraciones, generación de un centro quiral. quiral. involucran relaciones Pureza de óptica. Generación de un segundo centro quiral. Formación de enantiómeros y diasteroisómeros. Reacción de moléculas quirales con reactivos opticamente activos. Resolución. Mecanismo de cloración por radicales libres. TEMA IV HIDROCARBUROS CICLICOS ALIFATICOS Compuestos de cadena abierta y cíclicos. Nomenclatura. Propiedades físicas. Fuentes naturales. Preparación.Reacciones. Reacciones del ciclopropano y ciclobutano.Teoría de las tensiones de Baeyer. Calor de combustión y estabilidades relativas de cicloalcanos.Conformaciones de cicloalcanos. Estabilidad. Uniones ecuatoriales y axiales en ciclohexano. Estereoisomerismo en ciclos. Isomería cis-trans. Enantiomerismo. Análisis conformacional.Análisis de cicloalcanos. TEMA V HALUROS DE ALQUILO. ESTRUCTURA Y PREPARACION. Estructura de haluros funcional.Clasificación y de alquilo nomenclatura y alcoholes. El grupo haluros de alquilo. de Propiedades físicas de haluros de alquilo.Preparación de haluros de alquilo. Reacciones de alcoholes con haluros de hidrógeno. Análisis de haluros de alquilo. TEMA VI HALUROS DE ALQUILO. REACCIONES DE SUSTITUCION NUCLEOFILICA Y ELIMINACION. Reacciones de haluros de alquilo. Sustitución nucleofílica alifática: nucleófilos y grupos de salida, cinética, dualidad de mecanismo.Reacción SN2: mecanismo, cinética, estereoquímica, reactividad. Reacción SN1: mecanismo, cinética, estereoquímica. Carbocationes: estructura, estabilidad relativa, reordenamiento. Rol del solvente. SN2 vs SN1. Solvólisis. Deshidrohalogenación de haluros de alquilo. Eliminación 1,2. Cinética. Mecanismo E2. Mecanismo E1. Evidencia del mecanismo E2. Reacción E2: orientación, reactividad, estereoquímica, eliminación syn y anti, efectos conformacionales. Evidencia del mecanismo E1. Reacción E1. Orientación. E2 vs E1. Eliminación vs sustitución. TEMA VII ALQUENOS Reacciones de eliminación.Hidrocarburos no saturados. Estrucura del eteno. La doble unión C-C. Propenos. Butenos.Diasteroisómeros. Isomerismo geométrico. cis-trans. Alquenos superiores. Nomenclatura. Propiedades físicas.Fuentes naturales. Preparación. Deshidratación de alcoholes.Reacciones de doble unión: adición. Hidrogenación. Calor de hidrogenación y estabilidad de alquenos. Adición de haluros de hidrógeno. Regla de Markownikoff. Efecto peróxido. Adición de ácido sulfúrico y agua. Adición electrofílica: mecanismo, orientación, reactividad y transposiciones. Adición de halógenos. Mecanismo. halohidrinas.Oximercuración, Estereoquímica. Formación desmercuración. de Hidroboración. Mecanismo.Adición de alquenos: dimerización. Adición de alcanos: alquilación. Adición por radicales libres, mecanismo. Adición de carbenos. Cicloadición. Hidroxilación. Ruptura: determinación de estructura por degradación. Ozonólisis.Análisis de alquenos. TEMA VIII CONJUGACION Y RESONANCIA. DIENOS. Halogenación de alquenos por adición, orientación, radicales reactividad. libres: Teoría sustitución de vs. resonancia. Estabilidad del radical alilo. Representación orbital del radical alilo. Hiperconjugación. Catión alilo. Sustitución nucleofílica en sustratos alílicos. S 1. Reactividad. Estabilización Efecto de resonancia, papel compartidos.Hiperconjugación. S 2 de de carbocationes: los pares en sustratos alílicos; S 2 no en sustratos vinílicos. Cationes vinílicos.Dienos. Estructura y propiedades de dienos conjugados. Adición 1,2 vs. Resonancia de alquenos. 1,4. Adición Adición 1,4. por radicales libres a dienos conjugados.Reacción de cicloadición de Diels-Alder. Características de la reacción. El dienófilo. El dieno.Polímeros y Macromoléculas. Polimerización polimerización. de alquenos por radicales libres. Polimerización de dienos por radicales libres. Isopreno y regla del isopreno. Copolimerización. Polimerización iónica. Estructura y propiedades de macromoléculas. Análisis de dienos. TEMA IX ALQUINOS Estructura del acetileno. La unión Alquinos superiores. Nomenclatura. naturales. triple Propiedades Preparación: deshidrohalogenación vecinales. Reacciones de carbono-carbono. físicas. Fuentes de adición, dihaluros de reducción, estereoselectividad. Acidez de alquinos. Tautomerismo. Reacciones de acetiluros metálicos. Análisis de alquinos. TEMA X ALCOHOLES Estructura, clasificación y nomenclatura. Propiedades físicas. Alcoholes como ácido y como base. Unión hidrógeno. Fuentes industriales. alcoholes. Alcohol Síntesis etílico. de Alcohol absoluto. Preparación de alcoholes por Grignard. Planeamiento. Limitaciones. Reacciones. Ruptura del enlace C-OH. Efecto de grupo vecino. Formación de sulfonatos de alquilo. Oxidación. Oxidación biológica de etanol. Síntesis de alcoholes complejos. Síntesis usando alcoholes. Análisis de dioles 1,2. TEMA XI ETERES Estructura y nomenclatura. industriales. Peróxidos. Eter Alcoximercuración. Reacciones. Propiedades absoluto. Desmercuración. Eteres cíclicos. físicas. Preparación Síntesis Análisis. Fuentes de de éteres. Williamson. Epóxidos. Reacciones. Grignard. Ruptura de epóxidos catalizados por ácidos y bases. Orientación. Análisis de éteres. TEMA XII BENCENO Compuestos alifáticos y aromáticos. Estructura Fórmula molecular. Estructura de Kekulé. del Estabilidad benceno. del anillo bencénico. Calor de hidrogenación y combustión. Teoría de la resonancia. Estructuras resonantes del benceno. Longitud de uniones de benceno. Representación por orbitales. La regla de Huckel. Uso de la teoría de resonancia. Nomenclatura de los derivados del benceno. TEMA XIII SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA Reacciones de sustitución electrofílica. Efecto de grupos sustituyentes: orientación, reactividad relativa; clasificación de grupos sustituyentes. Mecanismo de nitración, sulfonación, alquilación de Friedel-Crafts, halogenación, desulfonación. Mecanismo general de sustitución electrofílica. Efectos isotópicos. Teoría de la reactividad y orientación. FORMAS METODOLOGICAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE: Los contenidos se desarrollan en el marco de clases teórico prácticas en las que los alumnos disponen de guías de estudio sobre cada tema, tendientes a orientarlos en la adquisición de los conocimientos básicos requeridos. Dichas guías se discuten en forma grupal y los conocimientos se consolidan en el marco de la resolución de la correspondiente guía de problemas, estructurada en base a un orden de complejidad creciente. Las guías de laboratorio, confeccionadas en función de los objetivos de cada TP, deben ser completadas por los alumnos en lo referente al protocolo y material necesitado y se discuten previamente en el marco de coloquios personales previos al ingreso al laboratorio. TRABAJOS PRACTICOS: 1) SEMINARIO DE SEGURIDAD Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS EN EL LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA. PRIMEROS AUXILIOS 2) DETERMINACION DE CONSTANTES FISICAS PUNTO DE FUSIÓN. Criterio de pureza. Punto de fusión de una sustancia conocida. Punto de fusión mezcla. Punto de fusión de una sustancia desconocida. 3) CRISTALIZACION: Elección de solvente. Recristalización de acetanilida. Cristalización de una sustancia desconocida. 4) DESTILACION: Destilación por arrastre de vapor de limoneno a partir de cáscara de naranja y a presión reducida de benzaldehido. Refractometría. 5) EXTRACCION: Simple y mültiple. Elección de solventes. Aplicación a la separación de mezclas. 6) CROMATOGRAFIA: Separación de los pigmentos coloreados de hojas verdes mediante cromatografía de adsorción en columna y capa fina. Extracción y separación de pigmentos de zanahoria y flores. Cromatografía de flash. 7) SINTESIS DE HALOGENUROS DE ALQUILO: Competencia de nuclófilos. Obtención de 1-bromobutano y 1-clorobutano. Purificación. Reacciones de caracterización. 8) SINTESIS DE ALQUENOS: Obtención de ciclohexeno por deshidratación de ciclohexanol. Purificación. 9) SINTESIS DE ALQUINOS: Obtención de acetileno por hidrólisis del carburo de calcio. Reacciones de caracterización de alcanos, alquenos y alquinos. 10) REACCIÓN DE DIELS-ALDER: Obtención del anhídrido derivado del ácido 4-ciclohexen-1,2-dicarboxílico. Purificación e identificación. 11) SINTESIS Y QUIMICA DE ALCOHOLES: Obtención del alcohol cinámico por reducción del cinamaldehído con Borohidruro de sodio. Purificación e identificación. Ensayos de solubilidad. Ensayos de caracterización. 12) ANALISIS ELEMENTAL CUALITATIVO: C,H,N,S, halógenos. Conceptos de análisis elemental cualitativo. Cálculos de fórmula molecular. BIBLIOGRAFÍA: “Química Orgánica”, R. Thornton; Boyd, R. N. 5ta. Ed. AddisonWesley Iberoamericana, USA, 1996. “Química Orgánica”, L. G. Wade, Jr, 5da Edición - Prentice Hall, Hispanoamericana, S. A. México, 2006. “Química Orgánica”, J. McMurray, 6ta. Ed., Editorial Thomson, 2004. “Introduction to Organic Chemistry”, A. Streitwieser, C. H. Heathcock, E. M. Kosower, MacMillan Publishing Company, USA, 1992. “Química Orgánica”, K. P. C. Vollhardt, 2da Ed. Ediciones Omega S.A. Barcelona, 1996. “Organic Chemistry” T.W.G. Solomon. 1a.Ed. Limusa, 1992. ¨Organic Chemistry¨, Fox, M. A.; Whitesell, J. K.: 2nd ed. Jones and Bartlett, 1997. ¨A guide to IUPAC nomenclature of organic compounds: recommendations 1993¨Panico, R.; Powell, W.H.; Richer, J.-C., :Blackwell, 1993. “Introduction to Organic Laboratory Techniques”, D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz, 3ra. Ed., Saunders College Publishing, 1998. “A Laboratory Textbook of Organic Chemistry”, Murray Zanger, Mc Kee J.R., Brown Publishers, 1995. “Microscale Organic Laboratory”, Mayo D.W., Pike R. M. Trumper P. K., 3o Ed., John Wiley and Sons, 1994. Advanced practical organic chemistry¨, Leonard, J.; Lygo, B.; Procter, G., 2nd ed., Chapman & Hall, 1996. ¨Modern methodology in organic síntesis¨, Shono Tatsuya VCH, 1992. ¨Organic experiments¨, Fieser, L. F.; Williamson, K. L., 8th ed. Houghton Mifflin, 1998.