Foreleser: I denne videoen skal vi se på betalaktamantibiotika. Lactamer er teknisk amides, men de er differentfrom typisk amides. Først la oss se på en typisk amide. Vi vet at lone par av elektroner på nitrogen er ikke lokalisert til nitrogen, det er delocalized, itparticipates i resonans. Når vi trakk resonancestructure for en amide, denne toppen oksygen her får anegative en formell kostnad, og det ville være en dobbel binding mellom karbon og nitrogens. La meg gå foran og trekke i våre grupper., Som ville gi nitrogena pluss en formell kostnad. Hvis vi ser på resonancestructure på høyre side, og vi tror om hybridizationstate av nitrogen i dette resonans struktur, er det’sobviously Sp2 hybridiserte her, noe som indikerer at nitrogen er plane. I en ideell amide den plane nitrogen gir den beste overlapping av orbitals. Som gjør at dette enslig par ofelectrons å være delocalized, noe som øker electrondensity rundt våre karbonyl karbon, så som gjør våre karbonyl karbon mindre elektrofil, andtherefore mindre reaktiv. Vi sa dette er grunnen til at amidesare generelt unreactive her., Det er en ideell amide. Det er spesielt i penicillin, en amide i en ring,som vi kaller en lactam. La oss se på generalstructure for penicillin her, eller en penicillin derivat,fordi du kan endre derivativeby endre gruppe. Du kan endre til eller amoxicillin ampicillin eller noe sånt. Leter du etter vår lactam ringen,det er en amide i en ring, og vi kan se at her er våre lactam. Hvis vi ønsket å klassifisere denne lactam karbon ved thecarbonyl er alfa karbon. Karbon ved thatis beta karbon, og da vi traff nitrogen., Det er derfor vi callthis en beta-lactam ringen. Under andre Verdenskrig var det en stor innsats for å syntetisere penicillin. Kjemikere ikke vet exactstructure, men selvsagt hvis du kunne gjøre det, ville det bea stor hjelp i krigen. Det var kjent at penicillinwas lett hydrolysert i syre eller base, og så noen chemiststhought at en lactam ringen kunne ikke være til stede becausethere er så sterk resonans i amides at det shoulddecrease reaktivitet, og det bør ikke være soeasy å hydrolyze det. Men andre kjemikere som R. B., Woodward favoriserte beta-lactam struktur, og selvfølgelig de chemistsproved til å være korrekt. Woodward tenkte at dette interessant arrangement i penicillinof disse to ringer, la meg gå foran og showyou disse to ringene her. Vi har en fire-husket ring,som er vår beta-lactam, og så må vi, hvis youthink om denne ringen som separate over her på theright en fem-medlem ringen. Det er en smeltet fire fem ringsystem. Hvis du ser på modelstructure at jeg tok et bilde av over her på venstre side, du cansee at dette smeltet fire fem ring system som forhindrer thenitrogen fra å være plane., La meg gå videre og highlightsome av disse atomene her. Denne blå atom er nitrogen. Deretter kan vi se at ourcarbonyls over her på venstre side, og så er det ourfused fire fem ringsystem. Tenker på denne nitrogen,og ser på dette geometri her kan du se denne bindingen er opp,denne bindingen er opp en liten bit. Dette er definitivt ikke en planarnitrogen her, og fordi det er ikke plane du er notgoing å få samme slags resonans stabilisering thatwe snakket om over her., Nitrogen kan ikke donere asmuch electron tettheten til vår karbonyl karbon på grunn av thisfused fire fem ring system, orbitals ikke overlapper godt nok. Fordi det er ikke så muchdonation av elektron tettheten til vår karbonyl karbon,som kommer til å gjøre dette karbonyl carbonmore delvis positivt, mer elektrofil andtherefore mer reaktivt. Det er en av de reasonswhy denne beta-lactam viste seg å være lett hydrolysert. En annen grunn til at thisbeta-lactam kan bryte skyldes ring belastning eller vinkel belastning. La oss ta en titt på dette smeltet fire fem ringen systemet igjen., La meg gå videre og bruke svart så vi kan se hva vi snakker om her. Her er vår beta-lactam, jeg’mgoing å trekke det inn her. Du kan se nitrogen det i blått. Våre fire husket ringen. Hvis vi tenker på thehybridization staten, la oss si at dette karbonet her, dette karbon er bundet til fouratoms, det er Sp3 hybridiserte. Den ideelle bond vinkel forSp3 hybridiserte karbon er 109.5 grader, som er det ideelle. Vi kan se at vi er langt suge ideelle i denne situasjonen. Jeg er ikke sikker på nøyaktig hva det er, men det er definitivt mindre enn 109.5., Hvis vi tenker på thisbeing en firkantet det kan være nærmere 90 grader,et sted i det. En bond-vinkel av somewherearound 90 grader, eller et sted i nærheten av det, er jeg sikker på at det ikke er nøyaktig 90 grader, er et avvik fra thisideal bond vinkel på 109.5. Jo mer du avvike from109.5 jo mer belastning det er, du ringer at ringen belastning eller vinkel belastning. Når du skal lage en modell setyou faktisk kan føle disse obligasjonene bend, og dette givesyou en idé om den belastning som er til stede,noe som gjør denne modellen, slik at du kan actuallyfeel denne vinkelen belastning., Den beste måten å alleviatethat vinkel belastning ville være å bryte ringen, youcould hydrolyze din amide. Du kan bryte ringright her, og du kunne se det er hva jeg har drawnover her på høyre side. Vi har hydrolysert våre amide, wehave lettet denne vinkelen belastning. Se på vinkelen nå er denne vinkelen har økt, er det ikke lenger et sted rundt 90, det er definitivt økt, det er kommet nærmere ourideal bond vinkel på 109.5. Det er ideen om anglestrain eller ring belastning., Åpne ringen alleviatesthat belastning og får bond-vinkel nærmere den ideelle verdi, hvis vi tenker på akkurat dette karbon, for eksempel, å være Sp3 hybridiserte. Vi har disse to faktorer som gjør beta-lactam ring svært reaktiv. Er det ikke som muchresonance stabilisering og den andre er ringen belastning. To av disse tingene kombineres for å gjøre dette ekstremt reaktive. La oss ta en titt på themechanism av virkningen av penicillin., Her har vi vår penicillin derivat, og over her har vi thetrans peptidase enzymet, som er et enzym i bakterier som brukes til å bygge cellen vegger av at bakterier. Dette er den aktive enzymet her, og vi kan se activeenzyme har en OH på det. Dette OH kommer tofunction som en nucleophile, og det kommer til å attackour karbonyl karbon høyre her på vår beta-lactam ringen. Vi vet at dette carbonylcarbon er mer elektrofil enn for de fleste amides,og vi vet også at det er betydelig ringor vinkel belastning her., Det er faktisk den reaktive delen av vår penicillin derivat-molekylet. Den nucleophile angrep electrophile, og disse elektronikk willkick av på oksygen. Så når du reformere karbonyl, de elektroner som vil bevege backin å reformere karbonyl, som vil sparke disse electronsoff på nitrogen. Dette er ganske mye bare en nucleophilic acyl substitusjon metode. Vi kommer til å bryte den amide, og la oss gå videre andshow produktet her. Hva ville skje? Vel, la meg fremheve noen av disse atomene sowe kan følge med. Dette oksygen her er dette oksygen., Og dette carbon høyre hereis dette carbon her. Vi brøt bond betweenthe karbon og nitrogen. Det ville være denne nitrogen over her, la meg gå videre og sette en ring rundt det. Og denne nitrogen pickedup et proton i prosessen. Poenget er at vi har nowdisabled enzymet. Dette er nå en deaktivert enzym. Det er ikke lenger denne gratis OH her. Hvis det er deaktivert, kan den ikke buildcell vegger for bakterier, og hvis bakteriene kan’tbuild cellevegger som betyr at våre immunesystem kan bekjempe enhver form for en bakteriell infectionwithout en cellevegg., Dette er ideen bak hvordan beta-lactam antibiotika som penicillin arbeid. De hindrer bacteriafrom bygning celle vegger og deretter vår immunesystem kan gjøre resten. Det hele kommer ned til å tenke på kjemi av denne beta-lactam ringen.