előadó: ebben a videóban béta-laktám antibiotikumokat fogunk nézni. A laktámok technikailag amidok, azonban különböznek a tipikus amidoktól. Először nézzük meg egy tipikus amidot. Tudjuk, hogy a nitrogén egyetlen elektronpárja nem lokalizálódik a nitrogénre, hanem delokalizálódik, rezonanciában vesz részt. Amikor egy amid rezonanciáját rajzoltuk, ez a felső oxigén itt egy formális töltést kap, és kettős kötés lenne a szén és a nitrogének között. Hadd rajzoljam be a csoportjainkat., Ez a nitrogénnek plusz egy hivatalos díjat jelentene. Ha a jobb oldali rezonanciát nézzük, és a nitrogén hibridizációjára gondolunk ebben a rezonanciaszerkezetben, akkor itt SP2 hibridizálódik, jelezve, hogy a nitrogén sík. Ideális amidban a sík nitrogén biztosítja a pályák legjobb átfedését. Ez lehetővé teszi, hogy ez a magányos párelektronok delokalizálódjanak, ami növeli a karbonil-szén körüli elektromosságot, így a karbonil-szénünk kevésbé elektrofil, ezért kevésbé reaktív. Azt mondtuk, ezért amidesare általában nem aktív itt., Ez egy ideális amid. Van egy különleges a penicillinben, egy amid a gyűrűben, amit laktámnak hívunk. Nézzük meg itt a penicillin általános felépítését, vagy egy penicillin-származékot, mert megváltoztathatja a származékotaz R csoport megváltoztatásával. Válthatnál amoxicillinre, ampicillinre, vagy ilyesmi. A laktámgyűrűnket keresve egy amid van a gyűrűben, és láthatjuk, hogy itt van a laktámunk. Ha ezt a laktámot szeretnénk osztályozni, akkor a szén a karbonil mellett az alfa-szén. A mellette lévő szén a béta-szén, majd elérjük a nitrogént., Ezért hívjukez egy béta-laktám gyűrű. A második világháború alatt hatalmas erőfeszítéseket tettek a penicillin szintetizálására. A vegyészek nem tudták a pontos felépítést, de nyilvánvalóan, ha sikerülne, hatalmas segítség lenne a háborús erőfeszítésekben. Ismert volt, hogy a penicillin könnyen hidrolizálható savban vagy bázisban, ezért néhány vegyész úgy gondolta, hogy egy laktámgyűrű nem lehet jelen, mert olyan erős rezonancia van az amidokban, hogy csökkentenie kell a reaktivitást,és nem lehet olyan könnyű hidrolizálni. Azonban más vegyészek, mint R. B., Woodward a béta-laktám szerkezetét részesítette előnyben, és természetesen a kémikusok is helyesnek találták. Woodward úgy gondolta, hogy ez az érdekes elrendezés a két gyűrű penicillinjében, hadd mutassam meg ezt a két gyűrűt. Van egy négytagú gyűrűnk, ami a mi béta-laktámunk, és akkor, ha a fiatalok úgy gondolják, hogy ez a gyűrű külön van az öttagú gyűrűn. Ez egy fuzionált négy ötkarikás rendszer. Ha megnézzük azt a modellt, amelyről a bal oldalon készítettem egy képet, akkor láthatjuk, hogy ez az olvasztott négygyűrűs rendszer megakadályozza, hogy a thenitrogen sík legyen., Hadd emeljek ki néhány atomot. Ez a kék atom a nitrogén. Aztán láthatjuk, hogy a mi karbonyl-ok itt a bal oldalon vannak, aztán ott vannak a fuzionált négy ötkarikás rendszerünk. Erre a nitrogénre gondolva, ezt a geometriát nézve láthatjuk, hogy ez a kötés fel van kapcsolva, ez a kötés egy kicsit fel van állítva. Itt biztosan nem planarnitrogénről van szó, és mivel nem planarról van szó, nem olyan rezonancia-stabilizációt kapunk, mint amiről itt beszéltünk., A nitrogén nem tud annyi elektronsűrűséget adni a karbonil-szénnek, mert ez a négy ötkarikás rendszer, a pályák nem fedik eléggé egymást. Mivel a karbonil-szénnek nincs annyi elektronsűrűsége, így ez a karbonil-karbon részlegesen pozitív, elektrofilabb és ezért reakcióképesebb lesz. Ez az egyik oka annak, hogy ez a béta-laktám könnyen hidrolizálódott. Egy másik ok, amiért eza béta-laktám megszakadhat, a gyűrűs törzs vagy a szög törzs miatt következik be. Vessünk egy pillantást erre olvasztott négy öt gyűrű rendszer még egyszer., Hadd használjam a feketét, hogy lássuk, miről van szó. Itt a béta-laktám, ide fogom rajzolni. Láthatjuk a nitrogén ott kék. A négytagú gyűrűnk. Ha belegondolunk, hogy milyen állapotban van, mondjuk ez a szén itt, ez a szén négy szénhez van kötve, akkor Sp3 hibridizálódik. Az ideális kötési szög forSp3 hibridizált szén 109,5 fok, ez az ideális. Láthatjuk, hogy messze vagyunk az ideálistól ebben a helyzetben. Nem vagyok biztos benne, hogy pontosan mi az, de határozottan kevesebb, mint 109.5., Ha belegondolunk, hogy ez egy négyzet, akkor lehet, hogy közelebb 90 fok, valahol ott. A kötés szöge valahol 90 fok körül van, vagy valahol közel van hozzá, biztos vagyok benne, hogy nem pontosan 90 fok, ez az eltérés a 109,5-es kötési szögtől. Minél jobban eltérsz109. 5 annál több törzs van, ezt a gyűrűtörzsnek vagy szögtörzsnek nevezzük. Amikor egy modellkészletet készítesz, valójában érzed, hogy ezek a kötések hajlanak, és ez ad neked egy ötletet a jelen lévő törzsről, így ez a modell, hogy valóban megérezhesd ezt a szögtörzset., A legjobb módja annak, hogy enyhítsükhogy a szög törzs az lenne, hogy megtörje a gyűrűt, akkor hidrolizálhatja az amidját. Itt megtörheted a gyűrűt, és láthatod, hogy ez az, amit a jobb oldalon rajzoltam. Hidrolizáltuk az amidunkat, enyhítettük ezt a szögtörést. A szöget nézve ez a szög nőtt, már nem valahol 90 körül van, határozottan nőtt, közelebb került a 109.5-ös kötési szöghez. Ez az ötlet anglestrain vagy gyűrű törzs., A gyűrű kinyitása enyhíti a feszültséget, és közelebb hozza a kötési szöget az ideális értékhez, ha csak erre a szénre gondolunk, például Sp3 hibridizálásra. Van ez a két tényező, hogy a béta-laktám gyűrű nagyon reaktív. Az egyik az, hogy nincs annyira stabilizációs egység, a másik pedig a gyűrűs törzs. A két dolog együtt, hogy ez rendkívül reaktív. Vessünk egy pillantást aa penicillin hatásmechanizmusa., Itt van a penicillin-származékunk, és itt van a peptidáz enzim, ami egy enzim a baktériumokban, amit a baktériumok sejtfalainak felépítésére használnak. Ez itt az aktív enzim, és láthatjuk, hogy az aktívenzimen OH van. Ez az OH nukleofilként fog működni, és megtámadja a karbonil-szenet itt a béta-laktám gyűrűnkön. Tudjuk, hogy ez a karbonilszén elektrofilabb, mint a legtöbb amid esetében,és azt is tudjuk, hogy itt jelentős gyűrűs szög törzs van., Ez valójában a penicillin-származék molekula reaktív része. A nukleofil megtámadja az elektrofilt, és ezek az elektronika az oxigénre száll. Aztán a karbonil megreformálásakor ezek az elektronok visszaköltöznek a karbonil megreformálására, ami ezeket az elektronokat a nitrogénre rúgja. Ez nagyjából csak egy nukleofil Acil szubsztitúciós módszer. Meg fogjuk törni az amide-ot, és menjünk tovább és mutassuk meg a terméket itt. Mi történne? Hadd emeljek ki néhány atomot, amit sowe követhet. Ez az oxigén itt az oxigén., És ez a szén itt ez a szén. Megszakítottuk a szén és a nitrogén közötti köteléket. Ez a nitrogén lenne itt, hadd menjek előre, és körbevegyem. És ez a nitrogén egy protont vett fel a folyamat során. A lényeg az, hogy most már az enzimet is lekapcsoltuk. Ez most egy fogyatékos enzim. Itt már nincs ez az ingyenes OH. Ha le van tiltva, akkor nem tud falat építeni a baktériumoknak, és ha a baktériumok nem tudnak sejtfalat építeni, az azt jelenti, hogy immunrendszerünk képes bármilyen bakteriális fertőzés ellen védekezni sejtfal nélkül., Ez az ötlet mögött, hogyan béta-laktám antibiotikumok, mint a penicillin munka. Megakadályozzák, hogy a bakteriafrom sejtfalakat építsen, majd az immunrendszerünk képes a többit megtenni. Mindez a béta-laktám gyűrű kémiájára gondol.