ペナム

ペナムは、より広範なβ-ラクタム系抗生物質および関連化合物のペニシリンサブクラスを定義する主要な骨格構造です。これらは、β-ラクタム部分と5員環チアゾリジン環が融合した二環式環系です。^{[ 1 ]}環ひずみとアミド共鳴の制限により、この構造は不安定で、アミド結合での触媒的切断に対して非常に感受性が高いです。^{[ 2 ]}ベンジルペニシリン（ペニシリンG）は、ペナム構造を含む天然物親です。

ペナムは柔軟性のない構造を持つ。橋頭窒素のピラミッド型幾何構造のため、構造は波打った（つまり曲がった）形状に固定されている。CN結合のピラミッド化（χ = 54°）とねじれ（τ = 18°）は、孤立電子対が環状環との平面性から排除されることによる歪みと静電反発効果によって引き起こされる。その結果、歪んだCN結合は、共鳴重なりを可能にするカルボニル炭素と窒素の孤立電子対の軌道のずれを引き起こす。アミドCN結合長は1.406  Åで、非環状第三級アミドよりも単結合性が高い。CO結合長は1.205  Åで、非環状第三級アミドのCO結合よりも短い。^{[ 3 ]}

ペナムは、内部結合角が90°である4員環β-ラクタム環の角度ひずみにより歪みが生じている。 ^{[ 4 ] [ 3 ]}その結果、ペナムは酸触媒および塩基触媒による加水分解を受けやすい。^{[ 1 ] [ 4 ]}