13495 Obraz 7 (25)

IM

Podobnie jak hydroliza estrów, hydroliza amidów jest katalizowana przez kwasy i zasady i jest reakcją nukleofilowego 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 nukleofilami. Przykładem jest reakcja p-laktamów z aminami:

IM

ch₂ - c - o

ch₂-nh

+ h₂nr

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-ciwbakteiyjnym. Do p-laktamów należą penicyliny, najstarsze ze znanych antybiotyków. Penicyliny zabijają bakterie dlatego, że 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.

COOH

penicylina

O

II

O NHCR

I-    ¹¹

[ Enzym -NH—C

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 zjawisko 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 tetraedrycznego kąta 109°. W pierścieniu pięcioczło-nowym kąty są praktycznie takie same, jak w węglowodorach łańcuchowych.

cyklopropan

cyklobutan

cykłopentan

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:

+ hq

♦ afjCHżOiża

ta reakcja przebiega szybko i łatwo

+ HQ

brak reakcji

ta reakcja nie jest możliwa do wykonania