Přednášející: V tomto videu se podíváme na beta-laktamová antibiotika. Laktamy jsou technicky amidy, nicméně jsou odlišné od typických amidů. Nejprve se podívejme na typický amid. Víme, že osamělý pár elektronů na dusíku není lokalizován na dusíku, je delokalizován, podílí se na rezonanci. Když jsme nakreslili rezonanci pro amid, tento nejvyšší kyslík zde získá anegativní jeden formální náboj a byla by to dvojná vazba mezi uhlíkem a nitrogeny. Dovolte mi, abych pokračoval a kreslil v našich skupinách., To by dalo nitrogena plus jeden formální náboj. Když se podíváme na rezonanci vpravo a zamyslíme se nad hybridizací dusíku v této rezonanční struktuře, je zde Sp2 hybridizován, což naznačuje, že dusík je rovinný. V ideálním amidu dává rovinný dusík nejlepší překrytí orbitalů. To umožňuje tento osamělý pár ofelectrons být delokalizována, což zvyšuje electrondensity kolem našeho karbonylové uhlíku, takže to dělá náš karbonyl uhlíku méně elektrofilní, andtherefore méně reaktivní. Řekli jsme, že to je důvod, proč amidesare obecně nereaktivní zde., To je ideální amid. V penicilinu je speciální, amid v prstenci, kterému říkáme laktam. Podívejme se na obecnou strukturu pro penicilin nebo derivát penicilinu, protože byste mohli změnit derivát, který mění skupinu R. Můžete se změnit na amoxicilin nebo ampicilin nebo něco takového. Hledáme náš laktamový prsten, je to amid v kruhu a vidíme, že tady je náš laktam. Pokud bychom chtěli klasifikovat tento laktam, uhlík vedle karbonylu je alfa uhlík. Uhlík vedle tohoje beta uhlík a pak narazíme na dusík., Proto tomu říkáme beta-laktamový prsten. Během druhé světové války došlo k obrovské snaze syntetizovat penicilin. Chemici přesně neznali, ale pokud by se to podařilo, byla by to obrovská pomoc při válečném úsilí. Bylo známo, že penicillinwas snadno hydrolyzuje v kyselém nebo v base, a tak některé chemiststhought, že laktamový kruh nemohl být přítomen, protože je to takový silný ohlas v amidy, že to shoulddecrease reaktivitu, a to by nemělo být stejně taksnadná rozpouštějí. Nicméně ostatní chemici jako R. B., Woodward upřednostňoval strukturu beta-laktamu a samozřejmě ti chemici se snažili být správní. Woodward si myslel, že toto zajímavé uspořádání v penicilinu z těchto dvou prstenů, dovolte mi jít dopředu a ukázat vám tyto dva prsteny zde. Máme čtyřčlenný prsten, což je náš beta-laktam, a pak máme, pokud se o tomto prstenu budeme bavit jako o odděleném, pětičlenný prsten. Je to fúzovaný systém čtyř pěti kroužků. Pokud se podíváte na modelstructure, že jsem vyfotil sem na levé straně, můžetevidět, že tento tavený čtyři pět prsten systém zabraňuje thenitrogen od být rovinné., Dovolte mi, abych zde zdůraznil některé z těchto atomů. Tento modrý atom je dusík. Pak můžeme vidět, že naše karbonyly tady vlevo, a pak tam jsou naše four five ring system. Když přemýšlíte o tomto dusíku, když se podíváte na tuto geometrii, můžete vidět, že tato vazba je up, tato vazba je trochu nahoru. Tohle tady rozhodně není planarnitrogen, a protože to není planární, nemusíte mít stejný druh rezonanční stabilizace, o které jsme tady mluvili., Dusík nemůže darovat asmuchovou elektronovou hustotu našemu karbonylovému uhlíku, protože tento roztavený systém čtyř pěti kroužků se orbitaly dostatečně nepřekrývají. Vzhledem k tomu,že na našem karbonylovém uhlíku není tolik elektronové hustoty, bude tento karbonylový uhlík částečně pozitivní, elektrofilní a tím i reaktivnější. To je jeden z důvodůproč se tento beta-laktam ukázal být snadno hydrolyzován. Dalším důvodem, proč totobeta-laktam se může zlomit, je způsobeno kruhovým napětím nebo úhlem. Pojďme se podívat na tento fúzovaný systém four five ring znovu., Nech mě jít a použít černou, abychom viděli, o čem tady mluvíme. Tady je náš beta laktam, teď ho nakreslím sem. Dusík je vidět modře. Náš čtyřčlenný prsten. Pokud se zamyslíme nad stavem hybridizace, řekněme, že tento uhlík je vázán na fouratomy, je SP3 hybridizován. Ideální úhel vazby prosp3 hybridizovaný uhlík je 109,5 stupňů, to je ideální. Vidíme, že jsme v této situaci daleko od ideálu. Nejsem si jistý, co přesně to je, ale je to rozhodně méně než 109.5., Když se nad tím zamyslíme, může to být blíž k 90 stupňům, někde tam. Pouto úhel somewherearound 90 stupňů, nebo někde blízko, jsem si jistý, že to není přesně 90 stupňů, je odchylka od thisideal dluhopisů úhel 109.5. Čím více se odchýlíte from109.5 více napětí tam je, říkáte, že prsten kmen nebo úhel napětí. Když děláš model máte pocit, že tyto dluhopisy ohýbat, a vám to teď všechno dává představu o kmen, který je přítomen,takže tento model tak, že můžete actuallyfeel tento úhel napětí., Nejlepší způsob, jak zmírnitto Úhlové napětí by bylo zlomit prsten, vymohl by hydrolyzovat váš amid. Mohl bys tady zlomit prstýnek a uvidíš, že to je to, co jsem nakreslil tady napravo. Hydrolyzovali jsme amid, uvolnili jsme tento úhel. Při pohledu na úhlu nyní,tento úhel se zvýšil, je to už někde kolem 90, to je určitě zvýšené, je dostat se blíže k ourideal dluhopisů úhel 109.5. To je myšlenka anglestrain nebo ring strain., Otevření prstence zmírňuje napětí a přibližuje váš úhel vazby ideální hodnotě, pokud uvažujeme o právě tomto uhlíku, například o hybridizaci Sp3. Máme tyto dva faktory, díky nimž je beta-laktamový kroužek velmi reaktivní. Jeden je, že není tolik stabilizace rovnováhy a druhý je napětí prstence. Dvě z těchto věcí se spojily, aby to bylo extrémně reaktivní. Podívejme se na němechanismus působení penicilinu., Tady máme derivát penicilinu a tady máme enzym peptidázy thetrans, což je enzym v bakteriích, který se používá k budování buněčných stěn těchto bakterií. Tady je aktivní enzym a můžeme vidět, že aktivníenzym má OH. Tento OH bude fungovat jako nukleofil a zaútočí na karbonylový uhlík přímo tady na náš beta-laktamový kruh. Víme, že tento karbonylkarbon je více elektrofilní než u většiny amidů, a také víme, že je zde významné napětí úhlu ringor., To je vlastně reaktivní část naší molekuly penicilinového derivátu. Nukleofil útočí na elektrofil a tato elektronika se dostane na váš kyslík. Pak, když reformujete karbonyl, tyto elektrony se posunou zpět, aby reformovaly karbonyl, který tyto elektrony nakopne na dusík. To je do značné míry jen nukleofilní acyl substituční metoda. Rozbijeme amide a jdeme dál a ukážeme produkt zde. Co by se stalo? Dobře, dovolte mi zdůraznit některé z těchto atomů sowe může následovat podél. Tenhle kyslík je kyslík., A tenhle uhlík je tady ten uhlík. Přerušili jsme vazbu mezi uhlíkem a dusíkem. To by byl dusík tady, nech mě jít a zakroužkovat ho. A tento dusík při tom nabral proton. Jde o to, že jsme enzym zneškodnili. To je nyní postižený enzym. Tady už to není zadarmo. Pokud je to zakázáno, nemůže stavět stěny pro bakterie, a pokud bakterie nemohou stavět buněčné stěny, znamená to, že náš imunesystém může odrazit jakýkoli druh bakteriální infekcebez buněčné stěny., To je myšlenka, jak fungují beta-laktamová antibiotika jako penicilin. Zabraňují bakteriiz budování buněčných stěn a pak náš imunesystém může udělat zbytek. Všechno jde o přemýšlení o chemii tohoto beta-laktamového kruhu.