Obraz 7 (34)

190

Podobnie jak hydroliza estrów, hydroliza amidów jest katalizowana przez kwasy i zasady i jest reakcją nukleo fik) wego podstawienia przy acylowym atomie węgla. Amidy trudniej ulegają takiemu podstawieniu niż estry, ale czasem budowa cząsteczki znacznie przyspiesza reakcje. Tak jest w przypadku p-laktamów. Te cykliczne amidy bardzo łatwo reagują z wodą i z innymi nukleo filami Przykładem jest reakcja P-laktamów z aminami:

O II u EE 0	ch2-c
1 1 + h2nr	-► | ^nNH-R
ch2-nh	ch2
	^nnh2

Łatwość reakcji z aminami umożliwia wykorzystanie P-laktamów przez przyrodę w wiecznej walce, jaką mikroorganizmy toczą między sobą, Różne pleśnie wytwarzają tzw. antybiotyki p-laktamowe o potężnym działaniu prze-ciwbakteryjnym. Do P-laktamów należą penicyliny, najstarsze ze znanych antybiotyków. Penicyliny zabijają bakterie dlatego, źe reagują z grupami aminowymi jednego z enzymów, uczestniczących w syntezie bakteryjnej ściany komórkowej. W wyniku reakcji następuje otwarcie pierścienia P-laktamo-wego a jednocześnie do grupy aminowej enzymu przyłącza się dużą grupa acylowa, pochodząca od penicyliny. Zmodyfikowany w ten sposób enzym nie może pełnić swojej funkcji, synteza ściany komórkowej zostaje zaburzona i bakterie nie są zdolne do życia.

Enzym

COOH

penicylina

COOH

Przykład penicylin jest dość trudny ze względu na ich skomplikowaną budowę. Tak już jednak jest w biochemii i biologii, że to co jest ważne, odbywa się z udziałem cząsteczek o skomplikowanej budowie. Nie można jednak unikać omawiania takich cząsteczek, bo nie uczymy się chemii po to, żeby zapamiętywać jakieś tam wzory chemiczne ale po to, żeby lepiej rozumieć świat.

Reaktywność p-laktamów zasługuje na uwagę także dlatego, że ilustruje pewne ogólne gawisko o dużym znaczeniu dla rozumienia chemii organicznej. Zjawiskiem tym jest zależność reaktywności pierścieni od ich wielkości Wystarczy, gdy omówimy to zjawisko na przykładzie cykloalkanów.

Związki o małych pierścieniach, zbudowanych z trzech lub czterech atomów, łatwiej ulegają reakcjom prowadzącym do otwarcia pierścienia w porównaniu ze związkami zawierającymi pierścienie pięcioczłonowe lub większe. Przyczyną różnej reaktywności są kąty między wiązaniami. W pierścieniach trójczłonowych i czteroczłonowych kąty wynoszą 60° i 90°, czyli są znacznie mniejsze od łetraedrycznego kąta 109°. W pierścieniu pięcioczło-nowym kąty są praktycznie takie same, jak w węglowodorach łańcuchowych.

cyklopropan

cyklobutan

cyklopentan

Gdy atomy węgla są zmuszane do utworzenia kątów mniejszych od 109° to wiązania chemiczne muszą odchylić się od swych właściwych kierunków a to wymaga wkładu energii Mówimy, że zmniejszenie kątów powoduje stan naprężenia, jak odchylenie sprężyny, i jest przyczyną łatwego przebiegu reakcji zmierzających do otwarcia pierścienia. Wymownie o tym świadczy porównanie reaktywności cyklopropanu i cyklopentanu względem chlorowodoru:

+ HC1

CH3CH2CH2CI

ta reakcja przebiega szybko i łatwo

+ HC1

brak reakcji

ta reakcja nie jest możliwa do wykonania