programa organica I - Universidad Nacional de Río Cuarto

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
EQUIPO DOCENTE: Dra. M. Altamirano
AÑO ACADEMICO: 2009
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.
Preparación. El reactivo de
Propiedades físicas. Fuentes naturales.
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. Trazadores isotópicos. Síntesis. Combustión. Pirólisis.
Cracking. Determinación de 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 quiral. Isómeros conformacionales.
Reacciones
uniones,
quiral.
que
relaciones
Pureza
Formación de
involucran estereoisómeros,
rupturas
de
de configuraciones, generación de un centro
óptica. Generación de un segundo centro quiral.
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
Estabilidad del radical alilo. Representación orbital del
vs.
resonancia.
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. Resonancia de alquenos. Adición 1,4. Adición
1,2
vs.
1,4.
Adición
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 triple carbono-carbono. Alquinos
superiores. Nomenclatura. Propiedades físicas. Fuentes naturales.
Preparación: deshidrohalogenación
Reacciones
de
adición,
de
dihaluros vecinales.
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.
isotópicos. Teoría de la reactividad y orientación.
Efectos
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
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•
“Microscale Organic Laboratory”, Mayo D.W., Pike R. M. Trumper
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•
Advanced practical organic chemistry¨, Leonard, J.; Lygo, B.; Procter,
G., 2nd ed., Chapman & Hall, 1996.
•
¨Modern
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Shono
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•
¨Organic experiments¨, Fieser, L. F.; Williamson, K. L., 8th ed.
Houghton Mifflin, 1998.