wykładowca: w tym filmie przyjrzymy się antybiotykom beta-laktamowym. Laktamy są technicznie amidami, jednak różnią się od typowych amidów. Najpierw przyjrzyjmy się typowemu amidowi. Wiemy, że samotna para elektronów na azocie nie jest zlokalizowana na azocie, jest zdelokalizowana, bierze udział w rezonansie. Kiedy narysujemy strukturę rezonansową amidu, ten górny tlen otrzymuje jeden ładunek formalny i będzie to wiązanie podwójne między węglem a nitrogenami. Proszę pozwolić, że losuję nasze grupy., To dałoby nitrogenie plus jedną opłatę formalną. Jeśli spojrzymy na strukturę rezonansową po prawej stronie i pomyślimy o hybrydyzacji azotu w tej strukturze rezonansowej, to jest ona hybrydyzowana Sp2, co wskazuje, że azot jest płaski. W idealnym amidzie azot płaski daje najlepsze nakładanie się orbitali. To pozwala na delokalizację tej samotnej pary elektronów, co zwiększa elektryczność wokół naszego węgla karbonylowego, dzięki czemu nasz węgiel karbonylowy jest mniej elektrofilowy, a zatem mniej reaktywny. Powiedzieliśmy, że to dlatego amides są tutaj na ogół niereaktywne., To idealny amid. Jest specjalny w penicylinie, amid w pierścieniu, który nazywamy laktamem. Przyjrzyjmy się tutaj ogólnej strukturze penicyliny, czyli pochodnej penicyliny, ponieważ można by zmienić pochodną grupy R. Możesz zmienić się w amoksycylinę, ampicylinę lub coś w tym stylu. Szukając naszego pierścienia laktamowego, jest to amid w pierścieniu i widzimy, że tutaj jest nasz laktam. Gdybyśmy chcieli sklasyfikować ten laktam, węgiel obok karbonylu jest węglem Alfa. Węgiel obok to węgiel beta, a potem uderzymy w azot., Dlatego nazywamy to pierścieniem beta-laktamowym. Podczas II wojny światowej nastąpił ogromny wysiłek syntezy penicyliny. Chemicy nie znali dokładności, ale oczywiście, jeśli się uda, będzie to ogromna pomoc w wysiłku wojennym. Wiadomo było, że penicylinę łatwo hydrolizowano w kwasie lub w zasadzie, więc niektórzy chemicy pomyśleli, że pierścień laktamowy nie może być obecny, ponieważ jest tak silny rezonans w amidach, że powinien zmniejszyć reaktywność i nie powinien być tak łatwy do hydrolizy. Jednak inni chemicy jak R. B., Woodward faworyzował strukturę beta-laktamu i oczywiście chemicy uznali, że są poprawni. Woodward pomyślał, że ten interesujący układ w penicillin z tych dwóch pierścieni, pozwól, że pokażę Ci te dwa pierścienie tutaj. Mamy czteroczłonowy pierścień, który jest naszym beta-laktamem, a potem, jeśli myślisz o tym pierścieniu jako osobnym, mamy pięcioczłonowy pierścień. Jest to układ scalony z czterema pięcioma pierścieniami. Jeśli spojrzysz na modele, które zrobiłem zdjęcie tutaj po lewej stronie, możesz zauważyć, że ten zespolony układ czterech pięciopierścieniowych pierścieni zapobiega planaryzacji., Pozwólcie, że przedstawię wam te atomy. Ten niebieski atom to azot. Potem widzimy, że nasze karbonylki są tutaj po lewej stronie, a potem są nasze zużyte cztery pięć pierścieni. Myśląc o tym azocie, patrząc na tę geometrię tutaj, możecie zobaczyć, że to wiązanie jest w górze, to wiązanie jest w górze trochę. To zdecydowanie nie jest planarnitrogen, a ponieważ nie jest planarny, nie uzyskasz tego samego rodzaju stabilizacji rezonansowej, o której rozmawialiśmy tutaj., Azot nie może przekazać tak dużej gęstości elektronowej naszemu węglowi karbonylowemu z powodu tego układu czterech pięciu pierścieni, orbitale nie pokrywają się wystarczająco dobrze. Ponieważ nie ma tak dużej gęstości elektronów w naszym węglu karbonylowym, to spowoduje, że ten węglan karbonylowy będzie bardziej częściowo dodatni, bardziej elektrofilowy i tym samym bardziej reaktywny. To jeden z powodów, dla których ten beta-laktam okazał się łatwo hydrolizowany. Innym powodem, dla którego Tabeta-laktam może pęknąć, jest ze względu na szczep pierścieniowy lub szczep kątowy. Spójrzmy jeszcze raz na ten fused four five ring system., Pozwól, że użyję czarnego, żebyśmy mogli zobaczyć, o czym tu mówimy. Tu jest nasz Beta-laktam, zamierzam go tu narysować. Widać tam azot w Kolorze Niebieskim. Pierścień czteroczłonowy. Jeśli pomyślimy o stanie hibridyzacji, powiedzmy, że ten węgiel jest związany z fouratomami, jest hybrydyzowany przez Sp3. Idealny kąt wiązania dla hybrydyzowanego węgla SP3 wynosi 109,5 stopnia. Widzimy, że jesteśmy daleko od ideału w tej sytuacji. Nie jestem pewien dokładnie, co to jest, ale to zdecydowanie mniej niż 109.5., Jeśli pomyślimy o tym, że jest to kwadrat, to może być bliżej 90 stopni,gdzieś tam. Kąt wiązania około 90 stopni, lub gdzieś blisko niego, jestem pewien, że nie jest to dokładnie 90 stopni, jest odchyleniem od tego kąta wiązania 109,5. Im bardziej odbiegasz od 109,5, tym więcej jest szczepu, nazywamy to szczepem pierścieniowym lub szczepem kątowym. Kiedy tworzysz zestaw modelowy, możesz poczuć, jak te wiązania zginają się, a to daje ci wyobrażenie o obecnym szczepie,tworząc ten model, abyś mógł faktycznie odczuć ten szczep kątowy., Najlepszym sposobem na złagodzenie napięcia kątowego byłoby złamanie pierścienia, można hydrolizować amid. Możesz złamać ringright tutaj i możesz zobaczyć, że to jest to, co narysowałem tutaj po prawej. Zhydrolizowaliśmy nasz amid, zwolniliśmy ten szczep kątowy. Patrząc teraz na kąt, kąt ten się zwiększył, nie jest już gdzieś około 90, jest zdecydowanie większy, zbliżył się do naszego kąta wiązania 109,5. To jest idea anglestrain lub Ring strain., Otwarcie pierścienia łagodzi napięcie i przybliża kąt wiązania do idealnej wartości, jeśli myślimy o tym właśnie węglu, na przykład o hybrydyzacji Sp3. Mamy te dwa czynniki, które sprawiają, że pierścień beta-laktamowy jest bardzo reaktywny. Jednym z nich jest nie tyle stabilizacja rezonansowa, a drugim jest naprężenie pierścieniowe. Te dwie rzeczy w połączeniu sprawiają, że jest to niezwykle reaktywne. Przyjrzyjmy się mechanizmowi działania penicyliny., Tutaj mamy naszą pochodną penicyliny, a tutaj mamy enzym peptydazy, który jest enzymem bakterii, który jest używany do budowy ścian komórkowych tej bakterii. To jest aktywny enzym tutaj, i widzimy, że activeenzyme ma OH na nim. Ten OH będzie działał jako nukleofil i zaatakuje nasz karbonylowy pierścień beta-laktamowy. Wiemy, że ten karbonylowęglowodór jest bardziej elektrofilowy niż dla większości amidów, a także wiemy, że istnieje znaczne napięcie kątowe pierścienia., To reaktywna część cząsteczki pochodnej penicyliny. Nukleofil atakuje elektrofil, a ta Elektronika uderzy w tlen. Wtedy, gdy zreformujesz karbonyl, te elektrony cofną się, aby zreformować karbonyl, co spowoduje wyrzucenie tych elektronów na azot. To tylko nukleofilowa metoda substytucji acylu. / Align = „left” / Co by się stało? Pozwól, że podkreślę, że niektóre z tych atomów sowe mogą podążać za sobą. Ten tlen tutaj jest tym tlenem., A ten węgiel tutaj jest tym węglem tutaj. Zerwaliśmy więź między węglem a azotem. To może być ten azot tutaj, pozwól mi go okrążyć. Azot wychwycił proton. Chodzi o to, że teraz odkryliśmy enzym. Obecnie jest to enzym wyłączony. Nie ma już tego darmowego OH tutaj. Jeśli jest wyłączony, nie może budować ścian komórkowych dla bakterii, a jeśli bakterie mogą budować ściany komórkowe, oznacza to, że nasz system immunologiczny może zwalczyć każdy rodzaj infekcji bakteryjnej bez ściany komórkowej., To jest idea, jak antybiotyki beta-laktamowe, takie jak penicylina działają. Zapobiegają bakteriom od budowania ścian komórkowych, a nasz system immunologiczny może zrobić resztę. Wszystko sprowadza się do myślenia o chemii tego pierścienia beta-laktamowego.