MATERIALES ORGÁNICOS Y
NANOCIENCIA
Guía Docente:
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
I.- IDENTIFICACIÓN
NOMBRE DE LA ASIGNATURA: Materiales Orgánicos y Nanociencia
CARÁCTER: Optativa TITULACIÓN: Máster Interuniversitario en
Química Orgánica
SEMESTRE/CUATRIMESTRE: Primer semestre
DEPARTAMENTO/S: Química Orgánica
PROFESOR RESPONSABLE Grupo Único Profesor: Departamento: Despacho: e-mail:
Mª Ángeles Herranz Astudillo Química Orgánica
QB-331-A (3ª Planta del Edificio B) e-mail: [email protected]
II.- OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
El objetivo general perseguido en esta asignatura es el de dotar a los alumnos de los conocimientos necesarios en aspectos básicos de la Nanociencia y sus implicaciones en el diseño y desarrollo de nuevos materiales con propiedades no convencionales. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
ο Proporcionar una visión general acerca de los materiales moleculares: sus propiedades, su aplicabilidad y ventajas y desventajas frente a los materiales clásicos de origen inorgánico.
ο Introducir al alumno en el campo de la nanociencia y la nanotecnología, que permiten el estudio de las propiedades y la manipulación de “objetos” químicos en la escala del nanómetro.
ο Desarrollar capacidades en el alumno que le permitan comunicar sus conclusiones, conocimientos y razonamientos sobre nanociencia, en un ambiente multidisciplinar.
ο Generar en el estudiante el gusto por la investigación científica, destacando el papel de la Química Orgánica dentro del desarrollo de nuevos nanomateriales.
III.- CONOCIMIENTOS PREVIOS Y RECOMENDACIONES
CONOCIMIENTOS PREVIOS
Licenciatura o Grado en Química, Bioquímica o Farmacia preferiblemente con orientación a la Química Orgánica.
RECOMENDACIONES
Se recomienda tener nociones básicas de informática (manejo de Windows).
IV.- CONTENIDOS
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS CONTENIDOS
Introducción a los materiales orgánicos y la nanociencia molecular. Polímeros conductores de la electricidad. Sales y complejos de transferencia de carga: materiales electroactivos. Cristales líquidos. Materiales orgánicos para óptica no-lineal. Nanoformas del carbono: fullerenos, nanotubos de carbono y grafenos. Materiales fotónicos. Expectativas de la Nanociencia y la Nanotecnología. Nanoética.
PROGRAMA
1. Introducción a los Materiales Orgánicos, la Nanociencia y la Nanotecnología
Materiales moleculares orgánicos. Los materiales moleculares orgánicos dentro del contexto de la nanociencia y la nanotecnología. Nanomateriales vs. materiales macroscópicos.
2. Propiedades no convencionales de los Materiales Orgánicos: materiales orgánicos conductores y superconductores, materiales con propiedades ópticas no lineales, cristales líquidos
- Moléculas electroactivas: formación de complejos y sales de transferencia de carga (CTC). Síntesis de moléculas dadoras de electrones: Tetratiafulvaleno (TTF) y derivados. Síntesis de moléculas aceptoras de electrones: Tetraciano-p-quinodimetano (TCNQ) y diciano-p-quinodiiminas (DCNQI). Superconductores moleculares.
- Polímeros conductores: Dopado. Mecanismos de conductividad: polarones, bipolarones y solitones. Aplicaciones de los polímeros conductores.
- Conceptos básicos de óptica no lineal (ONL). Efectos no lineales de segundo y tercer orden. Compuestos orgánicos en ONL. Moléculas dipolares. Moléculas octupolares. Moléculas con actividad ONL de tercer orden. Técnicas para el estudio de las propiedades de ONL. Aplicaciones.
- Metalomacrociclos orgánicos moleculares. Generalidades, formación de complejos y aplicaciones en semiconductores y ONL.
- Cristales líquidos. Conceptos generales y perspectiva histórica. Clasificación. Elementos en la estructura química de los cristales líquidos. Aplicaciones.
química. Propiedades electroquímicas y fotofísicas. Aplicaciones del fullereno C60 en la química de materiales moleculares. Fullerenos endoédricos.
Reactividad química y aplicaciones de los nanotubos de carbono. Grafenos: funcionalización covalente y supramolecular, aplicaciones.
4. Organización de moléculas en fases condensadas. Películas finas y autoensambladas
Películas de Langmuir-Blodget (LB), deposición capa-a-capa, monocapas autoensambladas (SAMs). Interacciones S-Au, nanopartículas. Otras técnicas de deposición en superficies. Estudios de organización molecular mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) y efecto túnel (STM).
5. Electrónica molecular: cables, dispositivos y máquinas moleculares
- Introducción y conceptos básicos de la electrónica basada en materiales moleculares. Transferencia y transporte de cargas en materiales moleculares. Rectificadores y Transistores moleculares. Hilos moleculares.
- Materiales moleculares para dispositivos electrónicos: células fotovoltaicas orgánicas (OPVs), diodos emisores de luz basados en materiales orgánicos (OLEDs).
- Maquinaria molecular: Introducción a la topología molecular: rotaxanos, catenanos y nudos. Interruptores moleculares y motores moleculares.
6. Temas actuales en Nanociencia molecular
Presentación del estado del arte mediante conferencias impartidas por especialistas en la materia.
V.- COMPETENCIAS
BÁSICAS Y GENERALES
o CG1: Trabajar en equipo con eficiencia en su labor profesional y/o investigadora.
o CG2: Realizar una toma rápida y eficaz de decisiones en su labor profesional y/o investigadora.
o CG3: Acceder a la información necesaria (bases de datos, artículos científicos, etc.) y tener suficiente criterio para su interpretación.
o CG6: Estar bien adaptados para desarrollar un trabajo en empresas tecnológicas relacionadas con la Química Orgánica.
o CG7: Presentar públicamente los resultados de una investigación o un informe técnico.
o CG8: Capacidad para aplicar el método científico y los principios de la Química Orgánica para formular y resolver problemas complejos.
ESPECÍFICAS
o CE1: Conocer los métodos de síntesis orgánica más relevantes, incluyendo los fundamentos de los procesos estereoselectivos en química orgánica, y ser capaz de diseñar rutas de síntesis de moléculas orgánicas complejas.
o CE2: Conocer los fundamentos y aplicaciones de las técnicas espectroscópicas utilizadas en Química Orgánica para la determinación estructural y el análisis orgánico.
o CE11 Conocer los conceptos básicos de la Química Supramolecular y Química Macromolecular Orgánica.
o CE12: Conocer los tipos más importantes de macromoléculas orgánicas y entidades supramoleculares orgánicas, su caracterización, modificaciones y su aplicación en Ciencia y Tecnología.
o CE13: Conocer los conceptos básicos de la Química de Materiales Moleculares Orgánicos, los tipos más importantes, las técnicas para su estudio, caracterización, modificación y sus aplicaciones en la tecnología actual.
TRANSVERSALES
o CT1: Manejar las herramientas informáticas y las tecnologías de la información y la comunicación, así como el acceso a bases de datos en línea.
o CT2: Desarrollar la capacidad de comunicación científico-técnica en castellano y en inglés, tanto de forma oral como escrita, utilizando los medios audiovisuales más habituales.
o CT4: Aplicar los conceptos, principios, teorías o modelos relacionados con la Química Orgánica a entornos nuevos o poco conocidos, dentro de contextos multidisciplinares.
o CT5: Integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de emitir juicios y toma de decisiones, incluyendo reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas del ejercicio profesional.
o CT6: Demostrar capacidad de aprendizaje y trabajo autónomo para el desarrollo de su vida profesional.
VI. – RESULTADOS DEL APRENDIZAJE
implicaciones en el diseño y desarrollo de nuevos materiales con propiedades no convencionales.
ο Ser capaz de relacionar los conocimientos generales de la Química Orgánica con los de la Química de Materiales Orgánicos y la Nanociencia.
ο Conseguir relacionar la estructura de los compuestos orgánicos con la propiedad del material deseada (relación estructura-propiedad).
ο Comprender la relevancia de estas disciplinas en el panorama científico-tecnológico actual.
ο Adquirir los conceptos y habilidades necesarias para resolver problemas y progresar en el conocimiento y desarrollo de estas disciplinas
VII. – HORAS DE TRABAJO Y DISTRIBUCIÓN POR ACTIVIDAD
Actividad Horas(para cada actividad formativa)
Clases teóricas presenciales (lección
magistral y clases expositivas) 26
Seminarios/Prácticas 3
Tutorías/Trabajos dirigidos 6
Conferencias 6 Trabajo individual, preparación de
clases, seminarios y exámenes 19
Total 60
VIII.- METODOLOGÍA
La práctica docente seguirá una metodología mixta basada en el aprendizaje cooperativo, el aprendizaje en colaboración y el autoaprendizaje. Las actividades presenciales de la asignatura se estructuran en clases expositivas o magistrales de teoría, clases de seminario, tutorías y actividades dirigidas y conferencias.
Clases teóricas presenciales
Estas clases serán expositivas y en ellas se desarrollarán de forma oral los epígrafes que se indican en el programa de la asignatura como clases presenciales, lo que permitirá al alumno obtener una visión global y comprensiva de la misma. Se hará uso de la pizarra, presentaciones y otros métodos audiovisuales, estimulando la participación y el debate. Previamente a la exposición, todo el material presentado necesario para el seguimiento de las clases estará a disposición de los alumnos en el Campus Virtual.
Seminarios y prácticas
Tendrán como objetivo aplicar los conocimientos adquiridos a la resolución de cuestiones y ejercicios asociados a casos prácticos. Para ello se proporcionará a los estudiantes una serie de cuestiones relacionadas con los diferentes aspectos de la
asignatura, las cuales deberán ser resueltas por los estudiantes como trabajo personal y serán posteriormente discutidos en clase.
Tutorías presenciales/Actividades dirigidas
Se programarán sesiones presenciales de tutorías para la discusión de artículos científicos relacionados con el temario de la asignatura y que el alumno empleará para la elaboración de un trabajo, que acabará presentando en forma de informe científico y oralmente con ayuda de las herramientas audiovisuales necesarias.
Conferencias
Se organizarán conferencias con temáticas relacionadas con el contenido de la asignatura. Se contará con la participación de conferenciantes invitados expertos en las áreas de investigación tratadas dentro del programa. Alternativamente, se podrán realizar visitas organizadas para conocer las diferentes técnicas de caracterización de nanomateriales orgánicos.
IX.- BIBLIOGRAFÍA
GENERAL
o Nanochemistry. A Chemical Approach to Nanomaterials. G. A Ozin, A.
Arsenault, 2ª Edición, Royal Society Of Chemistry, 2008.
o Concepts of Nanochemistry. L. Cademartiri, G. A. Ozin, J.-M. Lehn,
Wiley-VCH, 2009.
o Core Concepts in Supramolecular Chemistry and Nanochemistry. J. W. Steed,
D. R. Turner, K. Wallace, John Wiley & Sons, 2007.
o Handbook of Advanced Electronic and Photonic Materials and Devices. H. S.
Nalwa Ed., Academic Press, 2001.
o Organic Electronics. F. Cicoira, C. Santato, Wiley-VCH, 2013.
ESPECÍFICA
o Liquid Crystals:Nature's Delicate Phase of Matter. Peter J. Collings, 2ª Edición,
Princeton University Press, 2001.
o Carbon Nanotubes and Related Structures. D. M. Guldi, N. Martin Ed.
Wiley-VCH, 2010.
o An Introduction To Ultrathin Organic Films: From Langmuir-Blodgett To
Self-Assembly. A. Ulman, Academic Press, 1991.
o Functional Organic Materials: Syntheses, Strategies and Applications. T. J. J.
Müller, U. H. F. Bunz Ed. Wiley-VCH, 2007.
o Artículos recientes seleccionados de revistas científicas relacionados con el programa de la asignatura (J. Am. Soc. Chem., Angew. Chem. Int. Ed., Nature,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Science, Chem. Commun., Chem. Sci., J. Mater. Chem., etc…).
X.- EVALUACIÓN
Para la evaluación final es obligatoria la participación en las diferentes actividades propuestas. El rendimiento académico del estudiante y la calificación final de la asignatura se computarán, de forma ponderada, atendiendo a los porcentajes que se muestran en cada uno de los aspectos recogidos a continuación. Se evaluarán las competencias generales, transversales y específicas correspondientes. Todas las calificaciones estarán basadas en la puntuación absoluta sobre 10 puntos, y de acuerdo con la escala establecida en el RD 1125/2003. Este criterio se mantendrá en todas las convocatorias.
Sistemas de Evaluación Ponderación (%) Examen de contenidos impartidos durante el curso 60
Tutorías/Trabajos dirigidos 20
Seminarios/Prácticas 15
Participación activa en las clases 5
Total 100
ACTIVIDADES DIRIGIDAS (TUTORÍAS) 20%
Se orientarán a la elaboración de un trabajo final por parte del alumno sobre uno de los temas propuestos por el profesor y relacionados con los contenidos de la asignatura. El trabajo se presentará en forma de memoria escrita y también mediante una exposición oral de contenidos, teniendo igual peso en la calificación la memoria escrita y la presentación oral realizada. Se deberá alcanzar una nota mínima de 4 puntos para que el alumno pueda aprobar la asignatura en la convocatoria ordinaria de junio.
SEMINARIOS (CASOS PRÁCTICOS) 15%
En las clases de seminario se propondrán la realización de problemas y/o supuestos prácticos que el alumno deberá resolver y entregar en el plazo que el profesor establezca para cada uno de los casos.
PARTICIPACIÓN ACTIVA EN LAS CLASES 5%
La asistencia a las actividades presenciales, y la participación activa del alumno en todas las actividades docentes se valorará positivamente en la calificación final
EXAMEN FINAL 60%
Los conocimientos adquiridos se evaluarán mediante la realización de un examen final al que deberán presentarse todos los alumnos. El examen constará de preguntas sobre aplicación de conceptos aprendidos durante el curso. Será necesario obtener una puntuación mínima de 4 para ser evaluado.
A aquellos alumnos cuya calificación, una vez realizada las ponderaciones correspondientes, no alcance la nota mínima de 5 puntos, se les realizará un examen en la convocatoria de septiembre. El examen de dicha convocatoria tendrá un valor del 60% (correspondiente a la valoración del examen final).
