conferenciante: en este video vamos a ver los antibióticos beta-lactámicos. Los lactámicos son técnicamente amidas, sin embargo, son diferentes de las amidas típicas. Primero veamos una amida típica. Sabemos que el par solitario de electrones en nitrógeno no está localizado al nitrógeno, está deslocalizado, participa en resonancia. Cuando dibujamos la estructura de resonancia para una amida, este oxígeno superior aquí obtiene una carga formal negativa, y sería un doble enlace entre el carbono y los nitrógenos. Permítanme seguir adelante y atraer a nuestros grupos., Eso daría el nitrogena más un cargo formal. Si miramos la estructura de resonancia a la derecha y pensamos en el estado de hibridación del nitrógeno en esta estructura de resonancia, es obvio que Sp2 hibridó aquí, indicando que el nitrógeno es plano. En una amida ideal, el nitrógeno plano proporciona la mejor superposición de orbitales. Eso permite que este par solitario deelectrones se deslocalice, lo que aumenta la densidad eléctrica alrededor de nuestro carbono carbonilo, de modo que hace que nuestro carbono carbonilo sea menos electrofílico y, por lo tanto, menos reactivo. Dijimos que esta es la razón por la que amidesson generalmente no reactivos aquí., Es una amida ideal. Hay una especial en la penicilina, una amida en un anillo, que llamamos lactama. Echemos un vistazo a la estructura general de la penicilina aquí, o un derivado de la penicilina, porque usted podría cambiar el derivativeby cambiando el grupo R. Podrías convertirte en amoxicilina o ampicilina o algo así. Buscando nuestro anillo de lactama, es una amida en un anillo, y podemos ver que aquí está nuestra lactama. Si queremos clasificar esta lactama, el carbono al lado de thecarbonyl es el carbono alfa. El carbono junto a eso es el carbono beta, y luego chocamos con el nitrógeno., Es por eso que llamamos a esto un anillo beta-lactámico. Durante la Segunda Guerra Mundial hubo un gran esfuerzo para sintetizar la penicilina. Los químicos no conocían la estructura exacta, pero obviamente si pudieras hacerlo, sería una gran ayuda en el esfuerzo de guerra. Se sabía que la penicilina se hidrolizaba fácilmente en ácido o en base, por lo que algunos químicos pensaron que un anillo lactámico no podría estar presente porque hay una resonancia tan fuerte en las amidas que debería disminuir la reactividad, y no debería ser tan fácil hidrolizarla. Sin embargo otros químicos como R. B., Woodward favoreció la estructura beta-lactámica y, por supuesto, esos químicos demostraron ser correctos. Woodward pensó que este interesante arreglo en penicilina de estos dos anillos, permítanme seguir adelante y mostrarles estos dos anillos aquí. Tenemos un anillo de cuatro miembros, que es nuestro beta-lactama, y luego tenemos, si usted piensa acerca de este anillo como separado aquí en la derecha, un anillo de cinco miembros. Es un sistema de cuatro cinco anillos fusionado. Si miran la estructura del modelo de la que tomé una foto aquí a la izquierda, pueden ver que este sistema fusionado de cuatro y cinco anillos evita que el nitrógeno sea plano., Permítanme seguir adelante y destacar algunos de estos átomos aquí. Este Átomo Azul es el nitrógeno. Entonces podemos ver que nuestros carbonilos aquí a la izquierda, y luego están nuestros cuatro cinco anillos fundidos sistema. Pensando en este nitrógeno, mirando esta geometría aquí, se puede ver este enlace es arriba, este enlace es un poco. Esto definitivamente no es un planarnitrogen aquí, y porque no es planar no vas a obtener el mismo tipo de estabilización de resonancia de la que hablamos aquí., El nitrógeno no puede donar una gran densidad de electrones a nuestro carbono carbonilo debido a este sistema de cuatro y cinco anillos fundido, los orbitales no se superponen lo suficientemente bien. Porque no hay tanta donación de densidad electrónica a nuestro carbono carbonilo, que va a hacer este carbono carbonilo más parcialmente positivo, más electrofílico y por lo tanto más reactivo. Esa es una de las razones por las que este beta-lactámico resultó ser fácilmente hidrolizado. Otra razón por la que thisbeta-lactam puede romperse es debido a la tensión del anillo o la tensión del ángulo. Echemos un vistazo a este sistema de cuatro cinco anillos fusionados una vez más., Permítanme seguir adelante y usar negro para que podamos ver lo que estamos hablando aquí. Aquí está nuestra beta lactama, voy a dibujarla aquí. Se puede ver el nitrógeno en azul. Nuestro anillo de cuatro miembros. Si pensamos en el estado de hibridación de, digamos que este carbono aquí, este carbono está unido a cuatro átomos, es SP3 hibridado. El ángulo de unión ideal para el carbono hibridado SP3 es de 109,5 grados, eso es lo ideal. Podemos ver que estamos lejos del ideal en esta situación. No estoy seguro exactamente de qué es, pero definitivamente es menos de 109.5., Si pensamos en esto siendo un cuadrado podría estar más cerca de 90 grados, en algún lugar de allí. Un ángulo de enlace de algún lugar alrededor de 90 grados, o en algún lugar cercano a él, estoy seguro de que no es exactamente 90 grados, es una desviación de este ángulo de enlace ideal de 109.5. Cuanto más te desvías de 109.5, más tensión hay, a eso lo llamas tensión de anillo o tensión de ángulo. Cuando haces un conjunto de modelos puedes sentir estos enlaces doblarse, y esto te da una idea sobre la cepa que está presente, haciendo este modelo para que puedas sentir realmente esta cepa angular., La mejor manera de aliviar esa tensión angular sería romper el anillo, podrías hidrolizar tu amida. Podrías romper el anillo justo aquí y ver que es lo que he dibujado aquí a la derecha. Hemos hidrolizado nuestra amida, hemos aliviado esta tensión angular. Mirando el ángulo Ahora, este ángulo ha aumentado, ya no está en algún lugar alrededor de 90, definitivamente ha aumentado, se ha acercado a nuestro ángulo de enlace ideal de 109.5. Esa es la idea de anglestrain o tensión de anillo., Abrir el anillo alivia esa tensión y acerca el ángulo de unión al valor ideal, si pensamos en este carbono, por ejemplo, que se HIBRIDE con Sp3. Tenemos estos dos factores que hacen que el anillo beta-lactámico sea muy reactivo. Una es que no hay tanta estabilización de la resonancia y la otra es la tensión del anillo. Las dos cosas se combinaron para hacer esto extremadamente reactivo. Echemos un vistazo al mecanismo de acción de la penicilina., Aquí tenemos nuestro derivado de la penicilina, y aquí tenemos la enzima trans peptidasa, que es una enzima en las bacterias que se utiliza para construir las paredes celulares de esa bacteria. Esta es la enzima activa aquí, y podemos ver la activeenzyme tiene un OH en ella. Este OH va a funcionar como un nucleófilo, y va a atacar nuestro carbono carbonilo aquí en nuestro anillo beta-lactámico. Sabemos que este carbonilcarbono es más electrofílico que para la mayoría de las amidas,y también sabemos que hay una deformación significativa del ángulo ringor aquí., Esa es en realidad la porción reactiva de nuestra molécula derivada de penicilina. El nucleófilo ataca al electrófilo, y estos electrónicos se dispararán a tu oxígeno. Luego, cuando reformes el carbonilo, esos electrones se moverán hacia atrás para reformar el carbonilo, lo que pateará estos electrones hacia el nitrógeno. Esto es más o menos un método de sustitución de acilo nucleofílico. Vamos a romper la amida, y vamos a seguir adelante y mostrar el producto aquí. ¿Qué pasaría? Bueno, permítanme destacar algunos de estos átomos sowe puede seguir adelante. Este oxígeno de aquí es este oxígeno., Y este carbono aquí es este carbono aquí. Rompimos el vínculo entre el carbono y el nitrógeno. Eso sería este nitrógeno de aquí, déjame seguir adelante y rodearlo. Y este nitrógeno recogió un protón en el proceso. El punto es que ahora hemos desactivado la enzima. Ahora es una enzima desactivada. Ya no hay este libre OH aquí. Si está desactivado no puede construir paredes celulares para las bacterias, y si las bacterias no pueden construir paredes celulares eso significa que nuestro sistema inmunológico puede combatir cualquier tipo de infección bacteriana sin una pared celular., Esta es la idea detrás de cómo funcionan los antibióticos betalactámicos como la penicilina. Evitan que las bacterias construyan paredes celulares y luego nuestro sistema inmunológico puede hacer el resto. Todo se reduce a pensar en la química de este anillo beta-lactámico.