PROGRAMA DE LA ASIGNATURA 

QUÍMICA ORGÁNICA 1

Antes de iniciar el curso de Química Orgánica 1, el estudiante deberá repasar los aspectos enunciados  a  continuación,  los  cuales  forman  parte  de  los  programas de Química General (11 y 21) y que  son fundamentales para la comprensión de esta asignatura.

CONOCIMIENTOS MÍNIMOS NECESARIOS

• Estructura atómica del átomo (H, C, O, N). Radio atómico. Electronegatividad. Enlace químico: Iónico, covalente (Regla del octeto, valencia, carga formal) y dativo coordinado. Estructura molecular: longitud de enlace, ángulo de enlace (incluir como ejemplo las moléculas de agua, amoniaco y ácido nítrico). Energía de disociación de enlace. Enlace covalente polar. Relación entre estructura y el comportamiento químico. Atracciones moleculares.

• Reacción química. Constante de equilibrio. Factores termodinámicos: energía libre, entalpía de reacción, energía de activación, estado de transición. Condiciones de reacción. Representación gráfica del cambio de energía en una reacción química. Velocidad de reacción.

• Ácidos y bases según Lowry-Bronsted, ácidos y bases fuertes y débiles. Ácidos y bases según Lewis.  (Bibliografía: #1, caps. 1 y 2. #2, cap. 1)

TEMAS:

1. INTRODUCCIÓN A LOS COMPUESTOS DEL CARBONO.

   1. Átomo de carbono: carbono tetravalente (Hibridización sp³, sp², sp).

   2. Representación orbital molecular de metano, etano, eteno, acetileno, butadieno y benceno.

   3. Otros átomos de interés: nitrógeno, oxígeno y halógenos. Representación orbital  molecular de moléculas que muestren los diferentes tipos de hibridación para el N y el O  (aminas, iminas, alcoholes, cetonas, etc).

   4. Grupos funcionales: definición, clasificación, características físicas y nomenclatura  IUPAC. Compuestos C-H, C-X, C-O, C-N, C-S, C-P. Compuestos heterocíclicos.  (Bibliografía:  #1, Caps. 2 y 3. #2, cap. 2)           

2. ESTEREOQUIMICA.

   1. Isomería estructural de: cadena, posición y función. Isomería espacial o  estereoisomería. Isomería geométrica. Centros rígidos: dobles enlaces, anillos. Nomenclatura: cis-trans, Z y E.

   2. Isomería óptica: actividad óptica. Polarímetro. Representaciones espaciales de las moléculas: de cuña, caballete, proyecciones de Fischer y Newman. Enantiometría. Configuraciones R y S. Quiralidad. Simetría molecular: elementos de simetría. Carbono quiral vs centro quiral. Compuestos con dos o más centros quirales. Enantiómeros vs diastereoisómeros. Compuestos D, L. Proquiralidad. Topismo: homotopía, enantiotopía y diastereotopía.

   3. Centros quirales distintos del carbono. Resolución de mezclas racémicas. Isomería  conformacional en  compuestos acíclicos y cíclicos. Conformación vs configuración. Análisis conformacional, representación gráfica. (Bibliografía: #1, cap. 4. #2, cap. 4, #3, #4)

3. ESPECTROSCOPIA.

   1. Espectroscopía molecular. Espectro electromagnético. Características de un espectro. Espectroscopia IR: principios de correlación, absorciones características, enlace C-C y C-H (Aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y derivados). Uso de la espectroscopia IR.

   2. Espectroscopia RMN: origen del fenómeno, número de señales, desplazamientos  químicos, acoplamientos spin-spin, constantes de acoplamiento, acoplamientos complejos, desacoplamientos. Interpretación y usos de la RMN-H.

   3. RMN-C¹³: Desplazamientos químicos. Acoplamientos spin-spin. Espectros acoplados y desacoplados. Interpretación y usos.

   4. Espectroscopia UV: Absorción de energía y excitación electrónica. Compuestos modelos para el análisis espectral. Cálculos empíricos. Usos.

   5. Espectrometría de masas: Interpretación, fragmentación y  usos. (Bibliografía: #1, cap. 8  y 21, #5)

4. RELACIÓN ESTRUCTURA - REACTIVIDAD MOLECULAR

   1. Centro de reacción. Reactividad. Factores que afectan la reactividad. Efectos  electrónicos: inductivos y resonantes (conjugación e hiperconjugación). Aromaticidad. Efectos estéricos.

   2. Reacción ácido-base: revisión de conceptos (ácido, base, constante de acidez y basicidad, ejemplos). Factores que afectan la basicidad y la acidez de los compuestos orgánicos (en forma ilustrativa y con numerosos ejemplos).  Electronegatividad, Hibridación, solvatación, efectos inductivos, resonantes y estéricos de los sustituyentes.

   3. Mecanismo de reacción: concertado (1 etapa) y complejo (2 ó más etapas).  Intermediarios de reacción (estructura y estabilidad en función de los efectos electrónicos y estéricos). Radicales libres, carbocationes, carbenos y carbaniones.

   4. Clasificación de las reacciones de acuerdo al:

      • Tipo de ruptura de enlace: homolítica y heterolítica (repaso).

      • Calor absorbido o desprendido: endotérmica y exotérmica (repaso).

      • Reactivo atacante: nucleófilo o electrófilo.

      • Cambio que sufre el sustrato: sustitución, eliminación, adición y rearreglo.

      • Cambio del estado de oxidación: oxidación-reducción  (repaso).

      • (Bibliografía: #1, #2, cap.5, #4, cap.6)

5. SUSTITUCIONES ALIFATICAS.

   1. Sustituciones vía radicales libres: reacción general, mecanismo. Halogenación de alcanos. Evidencias. Brominación alílica.

   2. Sustitución nucleofílica sobre carbono saturado: mecanismo de reacción (SN1, SN2). Estereoquímica. Variables de la sustitución nucleofílica (grupo saliente, nucleófilo, lugar de sustitución, efectos del disolvente, SN1 frente a SN2). Reacciones competitivas.  Transposiciones estructurales: transposiciones de carbocationes, transposiciones alílicas, transposición pinacólica).

   3. Sustituciones en sistemas cíclicos. Otros mecanismos: SNi, SN1', SN2', SNi'. Participación de grupos vecinos.

   4. Halogenuros como nucleófilos: halogenoalcanos. Oxígeno y azufre como nucleófilos: alcoholes, éteres, tioles y sulfuros. Nitrógeno y fósforo como nucleófilos: aminas y fosfinas. Carbono como nucleófilo: extensión de la cadena carbonada. Hidruro como nucleófilo: reducción a hidrocarburos. (Bibliografía: #1, cap.6. #6, cap.10. #4, caps 9 y 18).

BIBLIOGRAFÍA

1. R. Fessenden and J. Fessenden. Organic Chemistry

2. D. Marcano y L. Cortés. Química Orgánica

3. Elliel. Estereoquímica

4. Pine, Hendrickson, Cram, Hammond. Química Orgánica

5. Silverstein. Spectrometric Identification of Organic Compounds.

6. March J. Advanced Organic Chemistry

7. Morrison y Boyd. Química Orgánica.