Conteúdo principal
Curso: Química orgânica > Unidade 11
Lição 4: Nomenclatura e reações dos derivados de ácido carboxílico- Nomenclatura e propriedades dos haletos de acila (ácido) e anidridos de ácido
- Nomenclatura e propriedades dos ésteres
- Nomenclatura e propriedades das amidas
- Reação de ácidos carboxílicos e derivados
- Substituição nucleofílica acílica
- Hidrólise de éster catalisada por ácido
- Hidrólise catalisada por ácidos e bases de amida
- Antibióticos betalactâmicos
© 2024 Khan AcademyTermos de usoPolítica de privacidadeAviso de cookies
Antibióticos betalactâmicos
O mecanismo de ação dos antibióticos betalactâmicos. Versão original criada por Jay.
Quer participar da conversa?
Nenhuma postagem por enquanto.
Transcrição de vídeo
RKA12MC - Olá, meu amigo e minha amiga! Neste vídeo, vamos ver os antibióticos
betalactâmicos, que são tecnicamente amidas. No entanto, são diferentes
das amidas típicas. Primeiro, vamos dar uma
olhada nesta amida típica. Sabemos que este par de elétrons livres
do nitrogênio participa da ressonância. Então, este par de elétrons do nitrogênio
vem para o nitrogênio com o carbono. Por outro lado, este par de elétrons da ligação
do carbono com o oxigênio vai para o oxigênio. Então, vamos desenhar
nossa estrutura de ressonância. Então, nós temos o carbono ligado,
agora, com uma ligação só com o oxigênio. O oxigênio, com seus dois pares de elétrons,
recebeu mais um, ficando com a sua carga negativa. O carbono ligado no R. O carbono, agora, fazendo uma
dupla ligação com o nitrogênio. O nitrogênio ligado no R', ligado no R''.
E o nitrogênio com sua carga positiva. Então, está aí a
estrutura de ressonância. Se pensarmos sobre a hibridação deste
nitrogênio, o tipo de hibridação vai ser sp², indicando que o nitrogênio é planar. Então, vamos anotar aqui: planar.
Este nitrogênio é planar. Em uma amida ideal, o nitrogênio planar
dá uma melhor sobreposição dos orbitais. Isto permite que este par de elétrons livres
seja deslocado para o carbono da carbonila, aumentando a densidade eletrônica
em torno desse carbono, tornando-o menos
eletrófilo e menos reativo. Dissemos que é por isso que as
amidas, geralmente, não são reativas. Temos aqui embaixo a penicilina, que é uma
amida em um anel que chamamos de lactama. Vamos dar uma olhada na estrutura geral
da penicilina, ou o derivado da penicilina, porque você poderia
alterar o grupo R, formando uma amoxilina ou uma
ampicilina, ou qualquer coisa assim. Este é o anel da lactama,
uma amida em um anel. Se fôssemos classificar esta lactama, o carbono
ao lado da carbonila seria o carbono α (alfa). Ao lado dele, este carbono é o carbono β (beta),
que está ligado no nitrogênio da amida. Por isso que chamamos este anel de betalactâmico.
Então, vamos anotar aqui: β-lactâmico. Está aí a nomenclatura deste anel. Durante a Segunda Guerra Mundial,
houve um esforço para sintetizar a penicilina. Os químicos não sabiam
a sua estrutura exata. Sabia-se que a penicilina era facilmente
hidrolisada em ácido ou em base. Assim, alguns químicos pensaram que o
anel da lactama não poderia estar presente porque há uma ressonância muito forte
nas amidas, o que diminui a sua reatividade, e não deveria ser fácil hidrolisá-la. No entanto, outros químicos como R. B. Woodward
favoreceram a estrutura da β-lactama. E, é claro, esses químicos
provaram estar corretos. Woodward achou interessante estes
dois anéis no arranjo da penicilina. Então, nós temos um anel com
quatro átomos formando este anel. E temos um anel com um, dois, três, quatro, cinco
átomos, tendo aí cinco membros neste segundo anel. Se olharmos esta foto,
que é a estrutura em modelo, você pode ver que fundiu um anel de quatro
átomos com um anel de cinco átomos. Isto impede que o nitrogênio seja planar. Este átomo em azul é o nitrogênio. Então,
vamos anotar aqui que ele é o nitrogênio. À esquerda, nós temos a nossa carbonila, nosso anel
de quatro membros, e nosso anel de cinco membros. Pensando neste nitrogênio,
olhando a geometria dele, nós podemos ver que estas ligações são
mais altas. Então, vemos que ele não é planar. Por não ser planar, você não consegue o
mesmo tipo de estabilização que acontece aqui. O nitrogênio não pode doar com tanta intensidade a
densidade eletrônica ao nosso carbono da carbonila, por causa desse sistema
de anéis fundidos aqui. Os orbitais não se sobrepõem o suficiente.
Como não conseguimos doar com tanta intensidade, o carbono da carbonila fica com
uma densidade de carga positiva. Portanto, ele fica mais
eletrófilo e mais reativo. Esta é uma das razões pelas quais esta
betalactama pode ser facilmente hidrolisada. Outra razão pela qual a betalactama pode quebrar
é devido ao anel de tensão ou ângulo de tensão. Vamos dar uma olhada nisto. Então, nós temos aqui a fusão do anel de quatro
átomos com a fusão do anel de cinco átomos. Vamos desenhar aqui
a nossa betalactama. Então, nós temos um, dois, três, quatro,
formando aí o nosso anel de quatro átomos. O nitrogênio é este átomo em azul. Se pensarmos sobre a hibridação
deste carbono, a hibridação é sp³. O ângulo ideal para o carbono
hibridado sp³ é 109,5 graus. Podemos ver que estamos longe da
situação ideal para esta angulação. Eu não tenho certeza exatamente de quanto é,
mas é, definitivamente, menor que 109,5 graus. Se pensarmos sobre
isto ser um quadrado, pode estar mais próximo de um
ângulo de 90 graus (aqui de dentro). Um ângulo de ligação em torno de 90 graus... tenho certeza de que não é
exatamente 90 graus este ângulo, mas o desvio do ângulo ideal
de 109,5 graus é muito grande. Quanto maior o desvio de 109,5 graus,
mais tensão existe neste ângulo. Isto nós chamamos de tensão
de anel, ou tensão de ângulo. Quando você está fazendo um conjunto de modelos,
você pode sentir a tensão ao dobrar estas ligações. Isto dá uma ideia da
tensão que está presente. A melhor maneira de aliviar esta
tensão seria quebrar este anel. Você poderia hidrolisar,
então, esta amida. Quebrando este anel, nós
temos esta estrutura da direita. Hidrolisando a nossa amida, nós
vamos aliviar esta tensão angular. Olhando, agora, para este ângulo,
nós vimos que ele aumentou. Não está mais por volta de 90 graus. Ficou
mais perto do ângulo ideal que é o 109,5 graus. Esta é a ideia de tensão angular,
ou tensão do anel. Abrindo o anel, alivia esta tensão, e fica mais próximo do ângulo ideal
para este carbono que está hibridado sp³. Nós temos, então, estes dois fatores que fazem
o anel betalactâmico ser muito reativo: um é que não há estabilização de ressonância;
e o outro é a tensão do anel. Estas duas coisas combinadas
podem torná-lo extremamente reativo. Vamos dar uma olhada no
mecanismo de ação da penicilina. Nós temos aqui um derivado da penicilina
e aqui nós temos uma enzima, a transpeptidase, que é uma enzima usada para construir
as paredes celulares das bactérias. Essa enzima é ativa
(vamos colocar aqui que ela é ativa). Podemos ver que a enzima é ativa
porque ela tem este OH ligado nela. Este OH vai funcionar como nucleófilo e
vai atacar o nosso carbono da carbonila, que é este carbono aqui, que
está no nosso anel betalactâmico. Sabemos que este carbono é mais
eletrófilo do que a maioria das amidas, e também sabemos que há tensão
significativa do ângulo deste anel. Esta é realmente a porção reativa da
nossa molécula derivada da penicilina. Então, este par de elétrons do oxigênio,
que vai funcionar como nucleófilo, vai vir e atacar o carbono
da carbonila, que é eletrófilo. Por outro lado, este par de elétrons do
carbono com o oxigênio vai para o oxigênio. E, depois, este par de elétrons do oxigênio acaba
voltando para o carbono para reformar a carbonila, e empurra este par de elétrons do
carbono com o nitrogênio para o nitrogênio. Isto é praticamente apenas um
método de substituição nucleofílica. Nós vamos quebrar a amida e
teremos o nosso produto aqui. Vamos ver o que vai acontecer. Deixe-me destacar alguns átomos
para que possamos acompanhar. Este oxigênio vai ser este
oxigênio aqui debaixo. Este carbono da carbonila vai
ser este carbono aqui debaixo. Nós quebramos esta ligação
do carbono com o nitrogênio. E este nitrogênio aqui vai ser este nitrogênio
aqui debaixo, que pegou um próton no processo. O ponto é que, agora,
desativamos esta enzima. Ela, agora, é uma enzima desativada.
Não há mais este OH livre. Se estiver desativada, não pode
construir a parede celular das bactérias. Significa que o nosso sistema imunológico pode
lutar contra qualquer tipo de infecção bacteriana, pois as bactérias estão sem a parede celular. Esta é a ideia por trás de como a betalactama,
que é penicilina, atua como antibiótico. Elas impedem que as bactérias
construam suas paredes celulares, e, então, nosso sistema
imunológico pode fazer o resto. Tudo se resume em pensar na
química deste anel betalactâmico.