內醯胺

Posted on 2014/09/14 in 化學, 有機化合物, 有機化學 with 沒有迴響 6,073 views

內醯胺 (Lactam)
國立臺灣師範大學化學系黃鈺雅碩士班二年級

哌啶(piperidine)、內醯胺(lactam)、吡咯里西啶(pyrrolizidine)、吡啶酮(pyridone)為自然界中，常見之含氮雜環天然物，如圖1(a~d)所示。此類含氮骨架之天然物，多具有生物活性或醫藥活性之特質。因此，過去許多化學學者致力於探討合成含氮雜環化合物之相關研究。

其中，於圖1(b)為內醯胺，並與另一環狀架構呈現並環結構，很多天然物含有此骨架，像青黴素 (penicillin) 圖1(e)就是一個典型的例子，而本篇文章將針對內醯胺之架構、合成方式與實際應用進行初步介紹。

圖1. 含氮雜環天然物(a) piperidine (b) lactam (c) pyrrolizidine (d) pyridone (e) penicillin

內醯胺(lactam)的命名由來是擷取內酯(lactone)和醯胺(amide)得來，即表示為環狀的醯胺。命名時以內醯胺為主體，由氮 $$\mathrm{(N)}$$ 原子為起始，以希臘字母分別表示為 $$\alpha$$、$$\beta$$、$$\gamma$$，而最小為四員環-$$\beta$$-內醯胺，依次為 $$\gamma$$-內醯胺（五員環）、$$\delta$$-內醯胺（六員環）等，如圖2所示。

圖2. 內醯胺結構

本文介紹常見兩種得以在實驗過程中，以合成方式，得到內醯胺之架構的過程：

$$(1)$$ 利用帶有酮基之環狀化合物(cyclic ketones)與疊氮酸(hydrazoic acid)進行化學反應，首先酮基與路易士酸配位，疊氮經電子轉移攻打到酮基的碳上，再經由施密特反應(Schmidt reaction)進行重排，以脫去氮氣，便可得到內醯胺（如圖3所示）。^[1]

圖3. 施密特反應(Schmidt reaction)合成 lactam 之過程

$$(2)$$ 利用環戊二烯(cyclopentadiene)與氯磺醯異氰酸酯(chlorosulfonyl isocyanate)進行狄耳士–阿德爾反應(Diels–Alder reaction)：於室溫下，進行[4+2]環化反應，得到 $$\gamma$$-內醯胺；另外，在低溫中 $$(-78^\circ C)$$ 則進行[2+2]環化反應，生成 $$\beta$$-內醯胺（如圖4所示）。^[2]

圖4. 狄耳士-阿德爾(Diels-Alder reaction)合成 lactam 之過程

除了上述二種較為人所知之人名反應外，亦可直接利用胺基酸的環化、線形醯基的衍伸物進行分子內環化等等…方式，以合成出內醯胺之骨架。

含氮雜環的化合物大多具有生物活性及藥理性質，現今對於內醯胺之應用，經常作為藥理之抗生素，例如：$$\beta$$-內醯胺類抗生素中，存在 $$\beta$$-內醯胺之主架構。而 $$\beta$$-內醯胺類抗生素之種類相當廣泛，如頭孢菌素、碳青微烯、青霉素及其衍生物等。

其中，較為廣為人知的 $$\beta$$-內醯胺類抗生素為青黴素 (penicillins)，亦稱為盤尼西林（如圖1(e)），此為人類史上第一個發現之抗生素，因此類抗生素係經由青霉菌提煉而來，故得其名。^[3] 而 $$\beta$$-內醯胺胺類抗生素可作為人體抗生素之主因為：$$\beta$$-內醯胺類抗生素主要針對人體中細菌之細胞壁進行反應，然而人體細胞中，並無細胞壁存在，故對人類的毒性較小，而這類抗生素常用以治療和預防被同類抗生素打擊的細菌。

在藥品之副作用方面，雖 $$\beta$$-內醯胺類抗生素相較於其他藥物之副作用程度較少且較為安全，然而，於過去之病史資料中，亦曾發生過致命性之不良反應，如過敏性休克，使用時仍須考量其對人體之副作用程度。^[4]

參考資料