Programa de Química GATE

Secciones / Unidades	Temas
Section A	Physical Chemistry
Unidad 1	Estructura
Unidad 2	Equilibrio
Unidad 3	Cinética
Unidad 4	Superficies e interfaces
Section B	Inorganic Chemistry
Unidad 1	Elementos del grupo principal
Unidad 2	Elementos de transición
Unidad 3	Lantánidos y actínidos
Unidad 4	Organometálicos
Unidad 5	Radioactividad
Unidad 6	Química bioinorgánica
Unidad 7	Sólidos
Unidad 8	Métodos instrumentales de análisis
Section C	Organic Chemistry
Unidad 1	Estereoquímica
Unidad 2	Mecanismos de reacción
Unidad 3	Síntesis orgánica
Unidad 4	Reacciones pericíclicas y fotoquímica
Unidad 5	Compuestos heterocíclicos
Unidad 6	Biomoléculas
Unidad 7	Espectroscopia

Programa del curso

Section A: Physical Chemistry

Unit 1: Structure

Postulados de la mecánica cuántica
Ecuaciones de Schrödinger dependientes e independientes del tiempo
Interpretación nativa
Partícula en una caja
Oscilador armónico
Rotor rígido
Átomo de hidrógeno: orbitales atómicos
Átomos de varios electrones: aproximación orbital
Técnicas de variación y perturbación de primer orden
Enlace químico: teoría del enlace de valencia y teoría LCAO-MO
Orbitales híbridos
Aplicaciones de LCAO-MOT a H ₂₊ , H ₂ y otras moléculas diatómicas homonucleares, moléculas diatómicas heteronucleares como HF, CO, NO y a sistemas simples de electrones π deslocalizados
Aproximación de Huckel y su aplicación al π anular - electron systems
Elementos y operaciones de simetría
Grupos de puntos y tablas de caracteres
Origen de las reglas de selección para espectroscopía rotacional, vibracional, electrónica y Raman de moléculas diatómicas y poliatómicas
Coeficientes de Einstein
Relación de la integral del momento de transición con el coeficiente de extinción molar y la fuerza del oscilador
Principios básicos de la resonancia magnética nuclear: factor g nuclear, desplazamiento químico, acoplamiento nuclear

Unit 2: Equilibrium

Leyes de la termodinámica
Estados estándar
Thermochemistry
Funciones termodinámicas y sus relaciones -
- Relaciones de Gibbs-Helmholtz y Maxwell
- Ecuación de Van't Hoff
Criterios de espontaneidad y equilibrio
Entropía absoluta
Cantidades molares parciales
Termodinámica de la mezcla
Potencial químico
Fugacidad, actividad y coeficientes de actividad
Equilibrios químicos
Dependencia de la constante de equilibrio de la temperatura y la presión.
Soluciones no ideales
Movilidad y conductividad iónicas
Ley limitante de Debye-Huckel
Ecuación de Debye-Huckel-Onsager
Potenciales de electrodo estándar y celdas electroquímicas
Valoraciones potenciométricas y conductimétricas
Regla de fase
Ecuación de Clausius Clapeyron
Diagrama de fases de sistemas de un componente: CO ₂ , H ₂ O, S
Sistemas de dos componentes -
- Sistema líquido-vapor
- Sistema líquido-líquido
- Sistemas sólido-líquido
Destilación fraccionada
Azeótropos y eutécticos
Termodinámica estadística -
- Conjuntos microcanónicos y canónicos
- Distribución de Boltzmann
- Funciones de partición
- Propiedades termodinámicas

Unit 3: Kinetics

Teoría del estado de transición -
- Ecuación de Eyring
- Aspectos termodinámicos
Superficies de energía potencial y trayectorias clásicas
Reacciones elementales, paralelas, opuestas y consecutivas
Aproximación de estado estacionario
Mecanismos de reacciones complejas
Reacciones unimoleculares
Cinética de polimerización y catálisis enzimática.
Cinética de reacción rápida: métodos de relajación y flujo
Cinética de procesos fotoquímicos y fotofísicos

Unit 4: Surfaces and Interfaces

Fisisorción y quimisorción
Isotermas de Langmuir, Freundlich y BET
Catálisis de superficie: mecanismo de Langmuir-Hinshelwood
Tensión superficial, viscosidad
Self-assembly
Química física de coloides, micelas y macromoléculas

Section B: Inorganic Chemistry

Unit 1: Main Group Elements

Hidruros, haluros, óxidos, oxoácidos, nitruros, sulfuros: formas y reactividad
Estructura y unión de boranos, carboranos, siliconas, silicatos, nitruro de boro, borazinas y fosfacenos
Alótropos de carbono
Química de gases nobles, pseudohalógenos y compuestos interhalógenos
Conceptos ácido-base

Unit 2: Transition Elements

Química de coordinación -
- estructura e isomería
- Teorías de vinculación (VBT, CFT y MOT)
Diagramas de niveles de energía en varios campos cristalinos, CFSE, aplicaciones de CFT, distorsión de Jahn-Teller
Espectros electrónicos de complejos de metales de transición.
- Símbolos de términos espectroscópicos
- Reglas de selección
- Diagramas de Orgel
- Espectros de transferencia de carga
Propiedades magnéticas de los complejos de metales de transición.
Mecanismos de reacción -
- Estabilidad cinética y termodinámica
- Reacciones de sustitución y redox

Unit 3: Lanthanides and Actinides

Recovery
Propiedades periódicas
Propiedades de los espectros
Propiedades magnéticas

Unit 4: Organometallics

Regla de los 18 electrones
- metal-alkyl
- metal-carbonyl
- complejos de metal-olefina y metalcarbeno
- metallocenes
Fluxionalidad en complejos organometálicos
Tipos de reacciones organometálicas
Catálisis homogénea -
- Hydrogenation
- Hydroformylation
- Síntesis de ácido acético
- Metátesis y oxidación de olefinas
Catálisis heterogénea -
- Reacción de Fischer-Tropsch
- Polimerización Ziegler-Natta

Unit 5: Radioactivity

Procesos de descomposición
Vida media de los elementos radiactivos
Procesos de fisión y fusión

Unit 6: Bioinorganic Chemistry

Transporte de iones (Na ⁺ y K ⁺ )
Unión de oxígeno
Transporte y utilización
Reacciones de transferencia de electrones
Fijación de nitrogeno
Metaloenzimas que contienen:
- Magnesium
- Molybdenum
- Iron
- Cobalt
- Copper
- Zinc

Unit 7: Solids

Sistemas de cristal y celosías
Aviones Miller
Embalaje de cristal
Defectos cristalinos
Ley de Bragg
Cristales iónicos
Estructuras de compuestos tipo AX, AX2, ABX3
Spinels
Teoría de bandas
Metals
Semiconductors

Unit 8: Instrumental Methods of Analysis

Espectrofotometría UV-visible
Espectroscopia de RMN y ESR
Espectrometría de masas
Cromatografía que incluye GC y HPLC
Métodos electroanalíticos -
- Polarography
- Voltametría cíclica
- Electrodos selectivos de iones
Métodos termoanalíticos

Section C: Organic Chemistry

Unit 1: Stereochemistry

Quiralidad de moléculas orgánicas con o sin centros quirales y determinación de sus configuraciones absolutas
Estereoquímica relativa en compuestos que tienen más de un centro estereogénico
Átomos, grupos y caras homotópicos, enantiotópicos y diastereotópicos
Síntesis estereoselectiva y estereoespecífica
Análisis conformacional de compuestos acíclicos y cíclicos
Isomería geométrica
Efectos configuracionales y conformacionales y participación de grupos vecinos sobre la reactividad y la selectividad / especificidad

Unit 2: Reaction Mechanisms

Conceptos mecanicistas básicos -
- Control cinético versus termodinámico
- Postulado de Hammond y principio de Curtin-Hammett
Métodos para determinar los mecanismos de reacción mediante la identificación de productos, intermedios y etiquetado isotópico.
Reacciones de sustitución nucleofílica y electrofílica (tanto aromáticas como alifáticas)
Reacciones de adición a enlaces múltiples carbono-carbono y carbono-heteroátomo (N, O)
Reacciones de eliminación
Intermedios reactivos -
- Carbocations
- Carbanions
- Carbenes
- Nitrenes
- Arynes
- Radicales libres
Reordenamientos moleculares que involucran átomos deficientes en electrones

Unit 3: Organic Synthesis

Síntesis, reacciones, mecanismos y selectividad que involucran las siguientes clases de compuestos:
- Alkenes
- Alkynes
- Arenes
- Alcohols
- Phenols
- Aldehydes
- Ketones
- Ácidos carboxílicos
- Esters
- Nitriles
- Halides
- Compuestos nitro
- Aminas y amidas
Usos de reactivos basados en Mg, Li, Cu, B, Zn y Si en síntesis orgánica
Formación de enlaces carbono-carbono a través de reacciones de acoplamiento: Heck, Suzuki, Stille y Sonogoshira
Conceptos de síntesis multipaso -
- Análisis retrosintético
- Desconexiones estratégicas
- Synthons y equivalentes sintéticos
Reactividad total: equivalentes de aniones formilo y acilo
Selectividad en síntesis orgánica - quimio-, regio- y estereoselectividad
Protección y desprotección de grupos funcionales.
Conceptos de síntesis asimétrica: resolución (incluida la enzimática), desimetrización y uso de auxiliares quirales
Reacciones de formación de enlaces carbono-carbono a través de enolatos (incluidos enolatos de boro), enaminas y éteres de silil enol.
Reacción de adición de Michael
Adición estereoselectiva a grupos C = O (modelos Cram y Felkin-Anh)