föreläsare: i den här videon kommer vi att titta på beta-laktamantibiotika. Laktamer är tekniskt amider, men de är olikafrån typiska amider. Låt oss först titta på en typisk amide. Vi vet att det ensamma paret elektroner på kväve inte är lokaliserat till kväve, det delokaliseras, detdeltar i resonans. När vi ritade resonansenstruktur för en amid, denna topp syre här får anegativ en formell laddning, och det skulle vara en dubbelbindning mellan kolet och nitrogenerna. Låt mig gå vidare och rita i våra grupper., Det skulle ge nitrogena plus en formell avgift. Om vi tittar på resonansenstruktur till höger och vi tänker på hybridiseringsstaten av kväve i denna resonansstruktur, det ärbviously SP2 hybridiserad här, vilket indikerar att kvävet är plant. I en idealisk amid ger det plana kvävet den bästa överlappningen av orbitaler. Det gör att detta ensamma par avelektroner kan delokaliseras, vilket ökar elektrondensiteten runt vårt karbonylkol, så det gör vårt karbonylkol mindre elektrofilt och därmed mindre reaktivt. Vi sa att detta är anledningen till amidesär i allmänhet overksamma här., Det är en idealisk amide. Det finns en speciell i penicillin, en amid i en ring, som vi kallar en laktam. Låt oss titta på den allmännastruktur för penicillin här, eller ett penicillinderivat, för att du kan ändra derivatetgenom att ändra r-gruppen. Du kan byta till amoxicillin eller ampicillin eller något liknande. Letar du efter vår laktamring, det är en amide i en ring, och vi kan se att här är vår laktam. Om vi ville klassificera denna laktam är kolet bredvid karbonyl alfa-kolet. Kolet bredvid detär beta-kolet, och sedan träffade vi kväve., Det är därför vi kallardetta en beta-laktamring. Under andra världskriget var det ett stort försök att syntetisera penicillin. Kemister visste inte exaktstrukturen, men självklart om du kunde göra det, skulle det vara en stor hjälp i krigsinsatsen. Det var känt att penicillinvar lätt hydrolyserad i syra eller i bas, och så vissa kemister trodde att en laktamring inte kunde vara närvarande eftersomDet finns så stark resonans i amider att det bordeminska reaktiviteten, och det borde inte vara så lätt att hydrolysera det. Men andra kemister som R. B., Woodward gynnade beta-laktamstrukturen, och naturligtvis de kemikaliernaförvisade sig vara korrekta. Woodward tyckte att detta intressanta arrangemang i penicillinav dessa två ringar, låt mig gå vidare och visa dig dessa två ringar här. Vi har en fyrledad ring,som är vår beta-laktam, och då har vi, om du tycker om den här ringen som separat här på theight, en femledarring. Det är ett smält fyra fem ringsystem. Om du tittar på modellstrukturen som jag tog en bild av här till vänster, kan du se att detta smälta fyra fem ring system förhindrar dåitrogen från att vara plana., Låt mig lyfta fram några av atomerna här. Denna blå atom är kväve. Då kan vi se att våra bilar här borta till vänster, och sedan finns det vår smält fyra fem ring system. Tänk på detta kväve, titta på denna geometri här, du kan se att detta band är upp, detta band är upp lite. Detta är definitivt inte en planarnitrogen här, och eftersom det inte är planar du inte kommer att få samma typ av resonansstabilisering som vi pratade om här borta., Kväve kan inte donera så mycket elektrontäthet till vårt karbonylkol på grund av detta smält fyra fem ringsystem överlappar orbitalerna inte tillräckligt bra. Eftersom det inte finns så mycket elektrontäthet till vårt karbonylkol,kommer det att göra denna karbonylkarbon mer delvis positiv, mer elektrofil och därmed mer reaktiv. Det är en av anledningarnavarför denna beta-laktam visade sig vara lätt hydrolyserad. En annan anledning till att dettabeta-lactam kan bryta beror på ringstam eller vinkelstam. Låt oss ta en titt på det här smälta fyra fem ringsystemet igen., Låt mig gå vidare och använda svart så att vi kan se vad vi pratar om här. Här är betalaktamen, jag drar in den här. Du kan se kväve där i blått. Vår fyrledade ring. Om vi tänker på denhybridisering tillstånd av, låt oss säga detta kol här, Detta kol är bunden till fouratoms, det är SP3 hybridiserade. Den ideala bindningsvinkeln forSp3 hybridiserat kol är 109,5 grader, det är det ideala. Vi kan se att vi är långt ifråndet ideala i denna situation. Jag är inte säker på exakt vad det är men det är definitivt mindre än 109.5., Om vi tänker på dettabeing en kvadrat kan det vara närmare 90 grader, någonstans där inne. En bindningsvinkel på någonstansrunt 90 grader, eller någonstans nära det, är jag säker på att det inte är exakt 90 grader, är en avvikelse från dettaperfekt vinkel på 109,5. Ju mer du avviker från109, 5 ju mer belastning det finns, kallar du den ringstammen eller vinkelstammen. När du gör en modell uppsättningdu kan faktiskt känna dessa bindningar böja, och detta gerdu en idé om stammen som är närvarande, vilket gör denna modell så att du faktiskt kankänna denna vinkelstam., Det bästa sättet att mildravinkelstammen skulle vara att bryta ringen, du kan hydrolysera din amide. Du kan bryta ringright här och du kan se att det är vad jag har drawnover här till höger. Vi har hydrolyserat vår amid, vi har lindrat denna vinkel stam. Om man tittar på vinkeln nu har denna vinkel ökat, det är inte längre någonstans runt 90, Det är definitivt ökat, det har kommit närmare vårperfekt vinkel på 109.5. Det är tanken på vinkel eller ringstam., Öppna ringen lindrarden stam och får din bindningsvinkel närmare det ideala värdet, om vi tänker på just detta kol, till exempel, att vara SP3 hybridiserad. Vi har dessa två faktorer som gör beta-laktamringen väldigt reaktiv. En är att det inte finns så mycketresonansstabilisering och den andra är ringstam. De två av dessa saker kombineras för att göra detta extremt reaktivt. Låt oss ta en titt påmekanik för penicillin., Här har vi vårt penicillinderivat, och här har vi thetrans peptidasenzym, vilket är ett enzym i bakterier som används för att bygga cellväggarna hos bakterierna. Detta är det aktiva enzymet här, och vi kan se att activeenzymet har ett OH på det. Denna OH kommer att fungera som en nukleofil, och det kommer att angripa karbonylkol här på vår beta-laktamring. Vi vet att detta karbonylkarbon är mer elektrofil än för de flesta amider, och vi vet också att det finns betydande ringor vinkel stam här., Det är faktiskt den reaktiva delen av vår penicillinderivatmolekyl. Nukleofilen angriper elektrofil, och elektroniken kommer att ge dig syre. Sedan när du reformera karbonyl, dessa elektroner kommer att flytta backin att reformera karbonyl, som kommer att sparka dessa electronsoff på kväve. Detta är ganska mycket bara en nukleofil acyl substitutionsmetod. Vi kommer att bryta amide, och låt oss gå vidare ochvisa produkten här. Vad skulle hända? Låt mig lyfta fram några av dessa atomer som vi kan följa med. Det här syret är syre., Och kolet här är kolet här. Vi bröt förbindelsen mellan kol och kväve. Det skulle vara detta kväve här borta, låt mig gå vidare och cirkla det. Och detta kväve pickedup en proton i processen. Poängen är att vi nu har avaktiverat enzymet. Detta är nu ett inaktiverat enzym. Det finns inte längre detta gratis OH här. Om det är inaktiverat kan det inte bygga väggar för bakterierna, och om bakterierna inte kan bygga cellväggar som innebär att vårt immunsystem kan bekämpa någon form av bakteriell infektion utan en cellvägg., Detta är tanken bakom hur beta-laktamantibiotika som penicillin fungerar. De förhindrar bakterienfrån att bygga cellväggar och sedan kan vårt immunsystem göra resten. Allt handlar om att tänka på kemin i denna beta-laktamring.