講師：このビデオでは、β-ラクタム系抗生物質を見ていきます。 ラクタムは技術的にはアミドであるが、典型的なアミドとは異なる。 まず、典型的なアミドを見てみましょう。 窒素上の孤立電子対は窒素に局在せず非局在化し共鳴に参加することがわかっています アミドの共鳴構造を描いたとき、この上の酸素は負の一つの正式な電荷を得、それは炭素とニトロゲンの間の二重結合になるでしょう。 私は先に行くと私たちのグループで描画しましょう。, それは窒素プラス一つの正式な電荷を与えるだろう。 右の共鳴構造を見て、この共鳴構造における窒素の混成状態について考えると、ここではSp2混成されており、窒素が平面であることを示しています。 理想的なアミドでは、平面窒素は軌道の最良の重なりを与える。 これによりこの孤立電子対が非局在化することができ、カルボニル炭素の周りの電気密度が増加し、カルボニル炭素を求電子性が低く、したがって反応性が低くなります。 このため、ここではamidesは一般的に非反応性であると述べました。, それは理想的なアミドです。 ペニシリンには特別なものがあります環の中のアミドですこれはラクタムと呼ばれています ここでは、ペニシリンの一般的な構造、またはペニシリン誘導体を見てみましょう、あなたは誘導体を変更することができるので、rグループを変更する あなたはアモキシシリンやアンピシリンなどに変わることができます。 私たちのラクタムリングを探して、それはリング内のアミドであり、我々はここに私たちのラクタムであることがわかります。 このラクタムを分類したいのであれば、カルボニルの隣の炭素はアルファ炭素です。 その隣の炭素はベータ炭素であり、それから窒素に当たります。, それがこれをβ-ラクタム環と呼ぶ理由です。 第二次世界大戦中にペニシリンを合成するための巨大な努力がありました。 化学者は正確な構造を知りませんでしたが、明らかにあなたがそれを作ることができれば、それは戦争の努力に大きな助けになるでしょう。 ペニシリンは酸または塩基で容易に加水分解されることが知られていたので、一部の化学者は、ラクタム環が存在できないと考えたアミド中の強い共鳴があり、反応性を低下させるべきであり、加水分解するのはそれほど簡単ではないはずである。 しかし、R.B.のような他の化学者, ウッドワードはβ-ラクタム構造を支持し、もちろんそれらの化学者は正しいことが証明された。 ウッドワードかの興味深い配列penicillinofこれら二つのリング、私は見ていて気分が良いものshowyouこれら二つのリングです。 ベータラクタムである四員環がありますそしてこの環についてここで別のものとして考えると五員環があります フュージングフォーファイブリングシステムだ 左の写真を撮った模型を見ると、この融合した四つの五つの環システムは、窒素が平面であることを妨げていることがわかります。, 私は先に行くと、ここでこれらの原子のいくつかを強調しましょう。 この青い原子は窒素です。 左のカーボニールが見えますそして四つの五つのリングシステムがあります この窒素について考えてみるとこの幾何学的形状を見るとこの結合が上がっていることがわかりますこの結合は少し上がっています これは間違いなくここでは計画ではなく、平面ではないので、私たちがここで話したのと同じ種類の共鳴安定化を得ることはできません。, 窒素はカルボニル炭素に非常に電子密度を寄付することはできません。 私たちのカルボニル炭素への電子密度のあまり与えがないので、それはこのカルボニル炭素をより部分的に正にし、より求電子性を高め、したがってより反応性を高めるでしょう。 それが理由の一つですなぜこのβ-ラクタムは容易に加水分解されることが判明したのですか。 Thisbetaラクタムが壊れることができるもう一つの理由はリングひずみか角度の緊張が原因です。 この融合した四つの五つのリングシステムをもう一度見てみましょう。, 私は先に行くと、我々はここで話しているかを見ることができるように黒を使用してみまし ここで私たちのベータラクタムです、私はここでそれを描くつもりです。 そこの窒素が青で見えます。 私たちの四員環。 水素化状態を考えるとこの炭素は四原子に結合してSp3ハイブリダイズされているとしましょう Sp3ハイブリダイズ炭素の理想的な結合角は109.5度であり、それが理想である。 私たちはこのような状況では理想的です。 私はそれが何であるか正確にはわかりませんが、それは間違いなく109.5未満です。, これについて考えると正方形になっていると、そこのどこかで90度に近いかもしれません。 どこかにある90度の結合角、またはそれに近いところで、私はそれが正確に90度ではないと確信しています、109.5のこの理想的な結合角からの偏差です。 109.5から逸脱するほどひずみが増えるほど、そのリングひずみまたは角度ひずみと呼びます。 モデルセットを作るときこれらの結合が曲がっているのを実際に感じることができますこれは存在するひずみについてのアイデアを与えますこのモデルを作ることで実際にこの角度ひずみを感じることができます。, 角度のひずみを軽減する最善の方法は、リングを壊すことです。 きのringrightちこちで目にしたことんどろ風mikiモデルを作ってみdrawnoverここでは右側です。 我々は我々のアミドを加水分解し、我々はこの角度の歪みを緩和しました。 角度を見ると、この角度は増加しています、それはもはや90の周りのどこかではなく、間違いなく増加しています、それは109.5の理想的な結合角に近づ アングルストレインやリングストレインのアイデアです。, リングを開くと歪みが緩和され、結合角が理想的な値に近づきます例えば、この炭素だけを考えているなら、Sp3ハイブリダイズされています。 我々は、β-ラクタム環を非常に反応性にするこれら二つの要因を持っています。 一つは、共鳴の安定化がそれほど多くなく、もう一つはリングひずみであることです。 これらの二つのものは、これは非常に反応性にするために組み合わ それらを見てみましょうペニシリンの作用のメカニズム。, ここにはペニシリン誘導体がありここにはテトランスペプチダーゼ酵素がありますこれは細菌の細胞壁を構築するために使用される細菌の酵素です これはここの活性酵素です活性酵素にOHがあることがわかります このOHは求核剤として機能し、β-ラクタム環のカルボニル炭素を攻撃します。 このカルボニルカルボンはほとんどのアミドよりも求電子性が高いことがわかっていますここにはかなりのリンゴー角ひずみがあることもわかっています, それは実際に私たちのペニシリン派生物の分子の反応部分です。 求核剤は求電子剤を攻撃し、これらの電子機器はあなたの酸素にオフwillkick。 その後、カルボニルを改質すると、それらの電子はカルボニルを改質するために戻って移動し、これらの電子を窒素に蹴り付けます。 これはほとんど単なる求核アシル置換法です。 アミドを分解して、ここで製品を見せてみましょう。 何が起こるだろうか？ さて、私はこれらの原子のいくつかを強調してみましょう。 この酸素はこの酸素です, この炭素はここにあります 炭素と窒素の間の結合を壊しました それはここにこの窒素であろう、私は先に行くと、それを丸めてみましょう。 そして、この窒素はプロトンをピックアップしました。 ポイントは、我々は今、酵素を無効にしたということです。 これは今では無効な酵素です。 もはやこの無料のああここにはありません。 それが無効になっている場合、それは細菌のための細胞壁を構築することはできませんし、細菌が細胞壁を構築することができない場合、私たちの免疫システムは、細胞壁なしで細菌感染のいずれかの種類を撃退することができることを意味します。, これはペニシリンの仕事のようなベータラクタムの抗生物質がいかにの後ろの考えである。 それらはbacteriafromの建物の細胞壁を防ぎ、それから私達のimmunesystemは残りをすることができます。 それはすべてこのベータラクタムリングの化学について考えることに来る。