BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LICENCIATURA: QUÍMICOÁREA ESPECÍFICA DE: QUÍMICA ORGÁNICA NOMBRE DE LA ASIGNATURA: CÓDIGO: FECHA DE ELABORACIÓN: NIVEL EN EL MAPA CURRICULAR: TIPO DE ASIGNATURA: ESTEREOQUÍMICA LQU 496 MARZO 2001 FORMATIVO (OPTATIVA) CIENCIAS DEL PERFIL PROFESIONAL PROFESORES QUE PARTCIPARON EN SU ELABORACIÓN: Cabrera Vivas Blanca Martha Durán Espinosa Gerardo González Álvarez Carmen María Gutiérrez García Lucio Gutiérrez Pérez Jaime René Hernández Téllez Ma. Guadalupe Silvia Martínez Barragán Macario Meléndrez Luévano Ruth Meza Reyes Ma. del Socorro Pérez Benítez Aarón Quintero Cortés Leticia Sandoval Ramírez Jesús Vega Baez José Luis HORAS DE TEORIA: 4 TOTAL DE CRÉDITOS: 4 PRE-REQUISITOS: Ninguno. HORAS PRÁCTICA. 0 RECOMENDACIONES: Haber cursado y aprobado Química Orgánica I, Química Orgánica II y Química Orgánica III. 1 PRESENTACION GENERAL DEL PROGRAMA Con el conocimiento de la tridimensionalidad de las moléculas es fundamental para estudiar y diferenciar compuestos que puedan ser útiles por su actividad biológica y entender su comportamiento cuando interaccionan con un organismo vivo. OBJETIVO GENERAL DEL CURSO ¾ Adquirir los conocimientos y experiencia de la química orgánica en tres dimensiones, con la finalidad de lograr una amplia experiencia en la elucidación estructural de materias primas, productos intermediarios y productos terminales, aplicados a la industria e investigación. CONTENIDO Y ESQUEMA DEL CURSO UNIDAD I ESTRUCTURA MOLECULAR E ISOMERÍA 2 Horas La estereoquímica es el estudio de las moléculas en tres dimensiones por lo que es necesario recordar conceptos básicos que permitan al estudiante comprender el curso. OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ Desarrollar la habilidad del estudiante a ubicarse en el espacio, y poder proyectar las moléculas el diversas formas. TEMAS I.1 Constitución I.2 Conectividad. Concepto de isómería y tipos de isómeros. I.3 Configuración. Conceptos: objetos quiral y aquiral, centro de quiralidad, Proyecciones de Fischer, Cuña, Caballete y Newman y relación entre ellas. I.4 Conformación. Longitud de enlace, ángulo de ángulo de enlace y ángulo diedro. UNIDAD II QUIRALIDAD 2 Horas Las moléculas el hacer un análisis en el espacio requiere de conceptos que les permitan comprender la quiralidad de los compuestos. OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ El estudiante al conocer los fundamentos de la quiralidad en las moléculas así como comprender los elementos y operaciones de la simetría. TEMAS II.1. El origen de la quiralidad en los compuestos orgánicos. a) Elementos y operaciones de simetría. II.2. Elementos de quiralidad 2 a) Centro estereogénico (el caso del átomo de carbono). Diferencias entre centro estereogénico, centro pseudoasimétrico, centro asimétrico, centro quiral. b) Eje estereogénico (ejemplo alenos, bifenilos, etc) c) Plano de quiralidad (p-ciclofanos) II.3. Átomos estereogénicos diferentes al carbono. UNIDAD III CONFIGURACIÓN ABSOLUTA Y RELATIVA 4 Horas En cualquier área o en química se tiene una forma para nombrar en este caso a los compuestos y es utilizando las reglas de la IUPAC, pero muchos moléculas presentan no solo una forma de representación espacial, por lo que el estudiante inicia con algunos términos que le permiten diferenciar a las diversas moléculas. OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ Es importante conocer las diversas formas de representación espacial de las moléculas pero esto no es suficiente para entender que son diferentes, e entender las reglas de la secuencia es muy importante en este capítulo. TEMAS III.1. Sistema de nomenclatura D, L en proyecciones de Fischer. III.2. Sistema de nomenclatura R, S. III.3. Correlación de configuración absoluta. UNIDAD IV DESCRIPTORES ESTEREOQUÍMICOS Y CONFORMACIONALES 8 Horas Son muchas las formas para poder nombrar a las moléculas en el espacio por lo que se han introducido una serie de descriptores que son aceptados por la IUPAC. OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ El poder nombrar a las moléculas cuando estas tienen varios isómeros espaciales muchas nos puede causar problemas ya que no es muy sencillo por las diversas funcionalidades que encontramos en química orgánica. Se han propuesto por diversos investigados una serie de descriptores que permiten nombrar a los compuestos más correctamente. TEMAS IV.1. Introducción. IV.2. Descriptores para configuraciones de Moléculas Quirales. IV.3. Descriptores para especificar la configuración de enlace dobles . IV.4. Descriptores para especificar la orientación relativa. IV.5. Descriptores para especificar la orientación relativa en sustituyentes. IV.6. Descriptores usados para especificar la conformación del etano y derivados. Conformaciones: eclipsada y alternada. 3 IV.7. Descriptores para especificar la estereoquímica de los anillos de seis miembros. UNIDAD V ANÁLISIS CONFORMACIONAL DE ALCANOS CÍCLICOS Y ACÍCLICOS 8 Horas El análisis conformacional es un estudio de las moléculas sean cíclicas o acíclicas por la rotación den enlace sencillo. Esto es importante comprender porque muchas reacciones orgánica para poder llevarse a requieren de cierta conformación. OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ Es desarrollar en el estudiante la habilidad de proyectar a las moléculas en el espacio y comprender cuan de todas estas conformaciones es la más favorecida para realizar la reacción que se está llevando a cabo. TEMAS V.1. Introducción. V.2. Desarrollo del análisis conformacional. V.3. Conformación de moléculas acíclicas. Conformaciones sinclinal, sinperiplanar, anticlinal y antiperiplanar. V.4. Relación energética entre los confórmeros del etano y sus derivados. V.5. Conformación de cicloalcanos (tres a ocho). V.6. Conformaciones del ciclohexano. Derivados mono y disustituidos del ciclohexano, fusión de la cis y trans decalina, fusión de los anillos de los esteroides (colesterol). UNIDAD VI PROQUIRALIDAD 8 Horas Muchas moléculas por el hecho de presentar diferente hibridación en el, o los átomos involucrados en la reacción provoca que se generen uno o más compuestos. OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ Es necesario analizar la funcionalidad de la molécula para entender el comportamiento químico de esta cuando sufre una reacción ya sea de adición, sustitución, eliminación, etc. Por lo que es importante entender los términos de la topicidad. TEMAS VI.1. Heterotopicidad. Centro proquiral, proestereogénico, propseudoasimétrico, pro Z, pro E, pro cis, pro trans. VI.2. Criterios empleados para la identificación de ligandos homotópicos y heterotópicos. VI.3. Analogía entre heterotopicidad e isomería. VI.4. Caras homotópicas y heterotópicas. VI.5. Conclusiones y consecuencias de la heterotopicidad. VI.6. Analogía de los ligandos y las caras enantiotópicas con las puertas de un ropero. 4 UNIDAD VII ESTEREOQUÍMICA DE REACCIONES ORGÁNICAS 12 Horas En química orgánica son muchas las reacciones que se llevan a cabo adición, eliminación, sustitución y que estos pueden sufrir rearreglos, transposiciones, etc. Por lo que este capitulo se analizaran las reacciones que se pueden llevar a cabo, pero en este caso introduciendo a los moléculas en forma espacial. TEMAS VII.1.Conceptos de: regioselectividad, regioespecificidad, estereoselectividad (enantioselectividad y diastyereoselectividad), estereoespecificidad (enantiespecificidad y diastereoespecificidad), quimioselectividad y quimiespecificidadivas. VII.2. Sustitución nucleofílica bimolecular. VII.3. Sustitución nucleofílica unimolecular. VII.4. Sustitución nucleofílica interna. VII.5. Sustitución electrofílica bimolecular de frente. VII.6. Sustitución electrofílica bimolecular por atrás. VII.7. Sustitución electrofílica interna. VII.8. Sustitución electrofílica unimolecular. VII.9. Eliminación bimolecular. VII.10. Eliminación unimolecular. VII.11. Eliminación syn. VII.12. Adición nucleofílica. VII.3. Adición electrofílica. Sin, anti. VII.14. Rearreglos sigmatrópicos. UNIDAD VIII FUERZA ENANTIOMÉRICA 4 Horas En los capítulos anteriores se comprende la composición, la reactividad de las moléculas, es aquí donde se introduce un análisis a los productos que se obtienen a consecuencia de que las moléculas no son planas y muchas veces son más productos los que se obtienen. Un método utilizado para analizar a las moléculas quirales es el polarímetro. Equipo que se tiene que conocer para comprender su utilizadad. OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ Es importante entender que si en una reacción tengo dos productos que tienen muchas de sus propiedades físicas o químicas son iguales, entonces saber como se pueden diferenciar o separar estos compuestos. Son varios los métodos utilizados que nos permiten saber cuantos productos isómericos se obtienen en na reacción. TEMAS VIII.1. Introducción. 5 a) Polarímetro b) Actividad óptica VIII.2. Evaluación de la rotación óptica. VIII.3. Métodos cromatográficos. VIII.4. Determinación de la pureza enantiomérica mediante R.M.N. UNIDAD IX RESOLUCIÓN DE RACEMATOS 4 Horas Cuando se conoce que los productos obtenidos son dos y que estos tienen propiedades idénticas hay que separarlos. Por lo que es necesario conocer los diversos métodos existen. OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ Al conocer que tenemos como productos compuestos que son enantiómeros o diastereoisómeros llevar a cabo su separación no es sencillo. Por lo que comprender los métodos que existen y poder aplicar uno se hace necesario, TEMAS IX.1. Introducción. IX.2. Resolución mediante la separación manual de cristales enantioméricos. IX.3. Resolución mediante la conversión a diastereoisómeros. IX.4. Resolución enzimática IX.5.Resolución cromatográfica UNIDAD X PRINCIPIOS DE LA SÍNTESIS ASIMETRICA 4 Horas El sintetizar un compuesto con una estereoquímica definida requiere el conocer conceptos básicos de la síntesis asimétrica. Ya que esta permite sintetizar selectiva o específicamente un compuesto OBJETIVO DE LA UNIDAD: ¾ Comprender los conceptos básicos que se requieren para realizar síntesis regioquimio- y estereoselectiva requiere de llevar a cabo reacciones con condiciones muchas veces muy especiales, es necesario entender algunas consideraciones energéticas. TEMAS X -1. Importancia de la síntesis asimétrica. X -2. Aspectos históricos. X -3. Condiciones para una síntesis asimétrica eficiente. X -4. Consideraciones energéticas. X -5. Metodología sintética. 6 METODOLOGÍA: • • • • • • Conferencias Lecturas adicionales y dirigidas Seminarios Resolución de ejercicios individuales o grupales Dinámica de Grupos Discusión de artículos INSTRUMENTACIÓN DIDÁCTICA A UTILIZAR: • • • Pizarrón Acetatos, diapositivas, computadora o cualquier otro material audiovisual Modelos moleculares CRITERIOS DE EVALUACIÓN: • Para evaluar el aprendizaje del curso se tendrá en cuenta: o o o o o • • Resolución de ejercicios en clase. Participación en clase. Exposiciones. Discusión de artículos. Presentación de trabajos. Para acreditar el curso se requiere: o Aprobar los exámenes Asistencia a clases 80%. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA: • Juaristi, E., “INTRODUCCION A LA ESTEREOQUIMICA Y AL ANALISIS CONFORMACIONAL”, 2ª edición, Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN, México, 1998. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA: • Juaristi, E., “INTRODUCTION TO STEREOCHEMISTRY & CONFORMATIONAL ANALYSIS”, John Wiley & Sons, New York, 1991. • Eliel, E. L. y Wilen, S. H., “STEREOCHEMISTRY OF ORGANIC COMPOUNDS”, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1994. • Roth, H. J., Müller, Ch. E., y Folkers, G., “Stereochemie & Arzneistoffe”, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart, 1998 7