CHEM 3230 - Recinto Metropolitano

[Type text]
UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PUERTO RICO
RECINTO METROPOLITANO
FACULTAD CIENCIAS Y TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES
PRONTUARIO
I. INFORMACION GENERAL
Título del Curso: Determinación de Estructuras por Métodos
Espectroscópicos
Código y Número:CHEM 3230
Créditos: 3
II. DESCRIPCION
Determinación de estructuras moleculares orgánicas por
interpretación de los datos espectrales obtenidos por medio de los
principales métodos espectroscópicos (Infrarrojo, Resonancia
Magnética Nuclear, de Masas y Ultravioleta/Visible.
III.
OBJETIVOS
1. Fórmulas moleculares. Calcular el porcentaje de composición de
un compuesto desconocido utilizando lo datos obtenidos del
análisis de combustión. Calcular la fórmula empírica a partir del
porcentaje de composición. Determinar la fórmula molecular a base
de la fórmula empírica y de la masa molecular. Calcular el índice
de deficiencia de hidrógeno a partir de la fórmula molecular.
Aplicar la “Regla de Trece” utilizando la masa molecular
redondeada para determinar la fórmula base y la fórmula molecular.
2. Espectroscopia Infrarroja. Analizar el espectro de infrarrojo
sobre la base de su fundamento teórico y su aplicación en la
determinación de estructuras moleculares. Identificar modos
vibratorios de estiramiento y de doblamiento de los grupos
funcionales de compuestos orgánicos: Alcanos, alquenos, alquinos,
compuestos aromáticos, compuestos carbonílicos, alcoholes, éteres,
aminas, nitrilos, compuestos nitrados, sulfonas, sulfóxidos y
halogenuros orgánicos. Mediante el uso de tablas de correlación y
aspectos teóricos fundamentales, determinar la estructura molecular
de compuestos desconocidos. Discutir los aspectos básicos de la
instrumentación infrarroja, la preparación de las muestras. Utilizar
fuentes de la red cibernética para la resolución interactiva de
ejercicios de espectroscopia infrarroja.
3. Resonancia Magnética Nuclear 1. Espectroscopia Infrarroja.
Analizar el
espectro de resonancia magnética nuclear de
1
protones ( H-RMN) sobre la base de los conceptos teóricos básicos
y su aplicación en la determinación de estructuras moleculares.
Explicar el fenómeno de resonancia y su significado en la posición
y en el tipo de señal de RMN de los núcleos examinados. Examinar
espectros de primer orden a base de los desplazamientos químicos y
la integración. Explicar el desplazamiento químico de una señal por
efectos de electronegatividad, hibridación, intercambio de protones
y anisotropía magnética. Examinar el mecanismo de acoplamiento
del espín nuclear y la constante de acoplamiento resultante entre
núcleos adyacentes y aplicar la regla M = n +1 para determinar el
entorno estructural de los núcleos magnéticos en
moléculas
orgánicas. Examinar espectros de RMN de: Alcanos, alquenos,
alquinos, compuestos aromáticos, compuestos carbonílicos,
alcoholes, éteres,
compuestos nitrogenados y azufrados.
Mediante el uso de tablas de correlación y aspectos teóricos
fundamentales, determinar la estructura molecular de compuestos
desconocidos. Discutir los aspectos básicos de la instrumentación
infrarroja, la preparación de las muestras. Utilizar fuentes de la red
cibernética para la resolución interactiva de ejercicios de resonancia
magnética nuclear de protones.
4. Resonancia Magnética Nuclear 2. Analizar el espectro de
resonancia magnética nuclear de carbono-13 (13C-RMN) sobre la
base de los conceptos teóricos básicos y su aplicación en la
determinación de estructuras moleculares. Explicar la posición y el
tipo de señal de 13C-RMN. Examinar espectros desacoplados,
acoplados, el Efecto Nuclear de Overhauser y las distintas variantes
de la técnica DEPT como recursos para la determinación de
estructuras moleculares. Utilizar fuentes de la red cibernética para
la resolución interactiva de ejercicios de resonancia magnética
nuclear de carbono-13.
5. Resonancia Magnética Nuclear 3. Aplicar los conceptos básicos
estudiados previamente a sistemas moleculares más complejos.
Enfatizar el origen y el significado de las constantes de
acoplamiento en espectros de segundo orden, la Relación de
Karplus, determinación de aspectos moleculares tridimensionales
como las conformaciones más estables y aspectos dinámicos del
experimento de RMN. Determinar las constantes de acoplamiento
de espectros de primer y segundo orden. Examinar espectros de
RMN de sistemas homotópicos, enantiotópicos y diastereotópicos.
Clasificar sistemas de protones por la nomenclatura convencional
de los sistemas de espines nucleares.
6. Resonancia Magnética Nuclear 4. Emplear técnicas avanzadas de
RMN para la interpretación de espectros multidimensionales:
DEPT, APT, COSY y HETCOR. Utilizar fuentes de la red
cibernética para la resolución interactiva de ejercicios de resonancia
magnética nuclear, así como para el uso combinado de varias
técnicas espectroscópicas en la determinación de estructuras
moleculares de compuestos desconocidos.
7. Espectroscopia ultravioleta-visible. Analizar los espectros de
Ultravioleta-Visible (UV-Vis) sobre la base de su fundamento
teórico y su aplicación en la determinación de estructuras
moleculares. Examinar las las transiciones electrónicas, el origen y
la forma de las bandas de absorción ultravioleta-visible. Discutir los
aspectos básicos de la instrumentación UV-Vis, la preparación de
las muestras y los disolventes utilizados. Identificar el cromóforo
en una estructura orgánica e interpretar el efecto de la conjugación
en la posición de las bandas en el espectro. Aplicar las reglas
empíricas de Woodward-Fieser para dienos, dienonas y compuestos
aromáticos carbonilados. Discutir los espectros de la región visible.
Determinar el el color de un compuesto a base de su espectro UVVis. Utilizar fuentes de la red cibernética para la resolución
interactiva de ejercicios de espectroscopia ultravioletra-visible.
8. Espectrometría de masas. Analizar el espectro de masas sobre la
base de su fundamento teórico y su aplicación en la determinación
de estructuras moleculares. Cromatografía de gas y espectrometría
de masas. Discutir los aspectos básicos de un espectrómetro de
masas. Explicar el origen de los picos en un espectro de masas.
Determinar los pesos y las fórmulas moleculares por espectrometría
de masas. Utilizar los datos de los isótopos más comunes y su
importancia en la determinación de estructuras orgánicas. Examinar
los modos de fragmentación de los diferentes grupos funcionales:
alcanos, alquenos, alquinos, compuestos aromáticos, alcoholes,
éteres, compuestos carbonílicos, compuestos nitrogenados y
halogenados. Examinar el uso de bibliotecas espectrales para la
identificación de compuestos desconocidos.
IV.
CONTENIDO TEMATICO
1.
Determinación de fórmulas moleculares por análisis de
combustión. Análisis elemental. Determinación de la masa molecular.
Fórmulas moleculares. Índice de deficiencia de hidrógeno. La regla de
13.
2. Espectroscopía Infrarroja. El proceso de absorción de radiación
infrarroja. Movimientos vibratorios de estiramiento y doblamiento.
El espectrómetro infrarrojo. La preparación de muestras. El examen
de un espectro infrarrojo. Tablas de correlación. Métodos de análisis
de espectros infrarrojos. Características infrarrojas de grupos
funcionales: alcanos, alquenos, alquinos, compuestos aromáticos,
alcoholes, éteres, compuestos carbonílicos, aminas, nitrilos, iminas,
y aminoácidos.
3. Resonancia Magnética Nuclear 1. Los estados del espín nuclear.
Momentos magnéticos nucleares. El mecanismo de absorción de
radiación de un núcleo magnético en un campo magnético.
Desplazamiento químico y el concepto de apantallamiento
electrónico. Los instrumentos de Onda continua y de transformada
de Fourier. Equivalencia química. Integración de un espectro.
Entorno químico y desplazamiento químico. Efectos electrónicos que
influyen en el desplazamiento químico. Las absorciones
características de 1H-RMN de los diferentes grupos funcionales:
alcanos, alquenos, alquinos, compuestos aromáticos, alcoholes,
éteres, compuestos carbonílicos, aminas, nitrilos, iminas, y
aminoácidos.
4. Resonancia Magnética Nuclear 2. El núcleo de carbono-13.
Desplazamientos químicos de carbono-13. Tablas de correlación.
Espectros acoplados y desacoplados de 13C-RMN. El efecto nuclear
de Overhauser (NOE). El origen del efecto NOE. Espectros DEPT.
5. Resonancia Magnética Nuclear 3. Acoplamiento espín-espín.
Constantes de acoplamiento, 1J, 2J, 3J,, 4J,- nJ. Equivalencia
magnética. Diagramas de acoplamiento y la regla M = n + 1.
Determinación de las constantes de acoplamiento de espectros de
primer orden. Acoplamientos más complejos: el sistema alílico.
Espectros de segundo orden. Nomenclatura de sistemas del espín:
A2, AB, AX, AB2, AX2, A2X2, AA’BB’. Acoplamientos de larga
distancia. Sistemas homotópicos, Enantiotópicos y diastereotópicos.
6. Resonancia Magnética Nuclear 4.
Técnicas avanzadas de
Resonancia magnética nuclear. Secuencias de pulsos y vectores de
magnetización. El experimento DEPT: las señales de carbonos que
llevan un hidrógeno, dos
hidrógenos, tres hidrógenos y de
carbonos cuaternarios. Espectros bidimensionales de resonancia
magnética nuclear. Espectros COSY y HETCOR. Imágenes de
resonancia magnética.
SEGUNDO EXAMEN PARCIAL – Fecha: 16 de septiembre
7. Espectroscopia ultravioleta-visible. Las transiciones electrónicas.
El origen y forma de las bandas de absorción ultravioleta-visible.
Instrumentación y disolventes. El cromóforo en una estructura
orgánica. El efecto de la conjugación. Las reglas empíricas de
Woodward-Fieser para dienos, dienonas y compuestos
aromáticoscarbonilados. Espectros de la región visible. El color de
un compuesto.
8.
Espectrometría de masas. El espectrómetro de masas.
Cromatografía de gas y espectrometría de masas. El espectro de
masas. Determinación de pesos y fórmulas moleculares. Los
isótopos y su importancia en la espectrometría de masas. Modos de
fragmentación de los diferentes grupos funcionales: alcanos,
alquenos, alquinos, compuestos aromáticos, alcoholes, éteres,
compuestos carbonílicos y aminas. Bibliotecas espectrales para la
identificación de compuestos desconocidos.
TERCER EXAMEN PARCIAL – FECHA: 21 de octubre
EXAMEN FINAL COMPRENSIVO - FECHA: Será
anunciado oportunamente
V. ACTIVIDADES
Conferencia (Powerpoint, modelos moleculares)
Programas interactivos en la red cibernética
Ejercicios individualizados de interpretación de espectros
VI.
EVALUACION
La evaluación del curso consta de:
A. Tres exámenes parciales y un examen final de 100 puntos cada
uno, pruebas cortas, asignaciones y participación activa en las
clases.
B. No habrá exámenes de reposición. Para los estudiantes que no
asistan a un examen parcial, el valor del examen final contará
doble.
C. Se aplicará la escala de evaluación, Química-2, en la nota final.
VII. NOTAS ESPECIALES
Servicios Auxiliares o Necesidades Especiales
Todo estudiante que requiera servicios auxiliares o asistencia especial
deberá solicitar los mismos al inicio del curso o tan pronto como
adquiera conocimiento de los que necesita, a través del registro
correspondiente en la Oficina del Consejero Profesional, el Sr. José
Rodríguez, ubicada en el Programa de Orientación Universitaria.
Honradez, fraude y plagio (Reglamento General de Estudiantes,
Capítulo V)
La falta de honradez, fraude, plagio y cualquier otro comportamiento
inadecuado con relación a la labor académica constituyen infracciones
mayores sancionadas por el Reglamento General de los Estudiantes.
Las infracciones mayores, según dispone el Reglamento de Estudiantes
pueden tener como consecuencia la suspensión de la Universidad por
un tiempo definido mayor de un año o la expulsión permanente de la
Universidad, entre otras sanciones.
VIII.
RECURSOS EDUCATIVOS
A.
Libro de texto: Introduction to Spectroscopy, 4th Edition, Donald
L. Pavia et al.,
Saunders College Publishing, 2009.
B.
Guía de Estudio para acompañar el texto de la clase (Compendio
de las transparencias Powerpoint utilizadas en la clase), Arnaldo
Alzérreca, Ph.D.,Editor, 2009.
C.
Libros o colecciones complementarios:
1. Spectrometric Identification of Organic Compounds, 5th Edition
by Robert M. Silverstein, G. Layton Bassler, Terrence Morrill,
John Wiley & Sons, 1998. Disponible en la biblioteca del Recinto
Metro QD272 .S6 S55 1998.
2.
Interpretation of Mass Spectra - S. W. McLafferty,
University Science Books, 1980,
ISBN 0-935702-04-0.
3.
Spectral Problems in Organic Chemistry - B. Davis, C.H.J.
Wells, International
Textbook Company, 1984, ISBN 0-7002-0288-9
4. High Resolution NMR – E.D. Becker, Academic Press, Inc., 2nd
Edition, 1980, ISBN
0-12-084660-8.
5. Carbon - 13 Nuclear Magnetic Resonance Structure - G.C.
Levy, R.L. Luchter, G.L.
Nelson, John Wiley & Sons, Second Edition,
1980, ISBN 0-471-53157-X.
6. Las referencias indicadas en el texto oficial de la clase al final de
cada capítulo.
7. Recursos cibernéticos interactivos que el estudiante podrá
utilizar para el ejercicio
de la identificación de compuestos por métodos
espectroscópicos.
IX. BIBLIOGRAFIA
1. Organic Chemistry, Organic Chemistry, P. Y. Bruice, Quinta
Edición, Prentice Hall
2007. ISBN 0-13-196316-3.
2.
Organic Chemistry, M. A. Fox and J. K. Whitesell, Tercera
Edición, Jones and Bartlett
Publishers 2004. ISBN 0763721972.
3. Advanced Organic Chemistry, F. A. Carey and J. Sundberg, Cuarta
Edición, Plenum
Publishers 2001. ISBN 00306462443.
4.
Advanced Organic Chemistry, March, J. Smith, M. B. WileyInterscience, Quinta
Edición 2001, ISBN 04715890.
5. Organic Chemistry, P. Y. Bruice, Cuarta Edición, Prentice Hall
2001, ISBN
0130178516.
6.
Organic Chemistry, F. A. Carey, McGraw-Hill Science 2002,
ISBN 0072521708
7. Organic Chemistry, L. G. Wade and L. G. Jr. Wade, Prentice Hall,
Quinta Edición 2002.
ISBN 013033832X.
8.
Macroscale and Microscale Organic Experiments, Kenneth L.
Williamson, D.C.
Houghton Miflin Company, Cuarta Edición 2002, ISBN
0618197028.
9. Experimental Organic Chemistry: A Miniscale and Macroscale
Approach, J. C. Gilbert,
S. F. Martin, Brooks College, Tercera Edición 2001, ISBN
00303440632.
Computadoras con acceso a Internet y a los programas:
1.
2.
3.
4.
ChemDraw, Chem3D, Excel
Name It (nomenclatura)-Trinity Software
Spectral Interpretation- Trinity Software
Introduction to Spectroscopy- Trinity Software