Uracileste un derivat important de pirimidină cu o gamă largă de aplicații biologice, medicale și industriale. Au existat un număr considerabil de rezultate ale cercetării privind sinteza uracilului, inclusiv sinteza chimică, sinteza microbiană și sinteza catalizată de enzime. Acest articol va prezenta în detaliu diferitele metode sintetice ale Uracilului.
1. Sinteză chimică:
Sinteza chimică este una dintre cele mai vechi și mai reprezentative metode de sinteză ale uracilului. În sinteza chimică, uracilul se obține prin reacția de condensare a 5-clorouracilului și acetilacetonei, cu transformări ulterioare prin diferite reacții. Mai jos sunt enumerate mai multe căi clasice de sinteză chimică:
1.1 Luați 5-clorouracilul ca cale sintetică a materiei prime:
Calea sintetică clasică care folosește 5-clorouracilul ca materie primă a început din cercetările a doi oameni de știință, Cory și Shepherdson. Ei au sintetizat uracil prin reacția 5-clorouracilului cu piridonă sau -cetoester. Mai târziu, acest traseu sintetic a fost îmbunătățit și optimizat de mulți cercetători, dintre care cei mai faimoși includ cercetările lui Khorana și Dorfman și colab.
În anii 1950, echipa Khorana a sintetizat uracil folosind 5-clorouracil și acetilacetonă ca materii prime printr-o reacție în patru etape. Printre acestea, reacția de condensare a 5-clorouracilului și acetilacetonei este etapa centrală pentru obținerea precursorului 5-clor{-2-formil{-4-carboxipirimidină (CMCP) al uracilului, urmată de reducerea , scisarea inelului catalizat de acid și deshidratarea Uracilul a fost în cele din urmă sintetizat prin conversie în mai multe etape în reacție.
Dorfman şi colab. a îmbunătățit sinteza chimică a 5-clorouracilului, folosind metiltrifluormetansulfonat de sodiu (MeOTf) ca catalizator și a obținut CMCP în reacția de condensare și printr-o combinație de condensare, decarboxilare și alte reacții uracil a fost în sfârșit produs. Ulterior, unele îmbunătățiri ale acestei căi includ reacția de condensare a piridinei cu 2-oxouree și utilizarea 1,3-dioxepanului ca intermediar etc.
1.2 Luarea aminocetonei ca cale sintetică a materiei prime:
Pe lângă calea sintetică care utilizează 5-clorouracil ca materie primă, există și o metodă mai concisă care utilizează aminocetonă ca materie primă. Pe această cale sintetică, ureaza (Ureaza) este utilizată ca agent de conducere pentru a hidroliza acidul uric în acid diaminoacetic și apoi obținerea aminocetonei în condiții alcaline. Oxidarea ulterioară a aminocetonei la gruparea aciloxi sub cataliza iodurii de hidrogen dă Uracil. Metoda are o economie ridicată de atom și este prietenoasă cu mediul și este o metodă de sinteză în conformitate cu chimia verde.
2. Sinteza microbiană:
Sinteza microbiană se referă la sinteza uracilului prin căile metabolice microbiene. În natură, uracilul este un metabolit produs de eucariote și bacterii prin metabolismul acidului dezoxiribonucleic (ADN) și acidului ribonucleic (ARN).
În sinteza microbiană, acidul uric este de obicei folosit ca materie primă, iar uracilul este în cele din urmă sintetizat printr-un metabolism în mai multe etape. Exemplele sunt următoarele:
Pe această cale, acidul uric se descompune în uree și piruvat prin cataliza ureidazei; ulterior, piruvatul este transformat în uracil cu participarea diferitelor enzime, cum ar fi carboxilază și carboxilază-decarbonilază, iar reacția ulterioară a uracilului este obținută prin calea amidei acidului pantotenic. Mecanismul enzimatic al majorității microorganismelor de a sintetiza uracilul este strâns legat de calea metabolică a amidei acidului pantotenic.
În plus, au existat rapoarte despre construcția de bacterii de inginerie pentru a sintetiza uracil prin inginerie genetică, cum ar fi utilizarea hidroxibutirat-3-carboxilat hidroxilazei (HPCDH) care formează acid glicolic în Escherichia coli (E.coli) și disociere. la 9 Cu participarea enzimelor precum acidul piruvic decarboxilaza (PDH-E2) a lipoil coenzimei A, biosinteza uracilului în bacterii de inginerie a fost realizată pentru prima dată folosind acid succinic și compuși amino ca materii prime.
3. Sinteză catalizată de enzime:
Metoda de sinteză catalizată de enzime utilizează reacția catalizată de enzime pentru a sintetiza uracil, care are avantajele ecologice și condițiile de reacție blânde. S-a descoperit că mai multe enzime catalizează sinteza uracilului, inclusiv: enzima uracil, urază și urază. Iată două exemple:
3.1 Sinteză catalizată de enzime uracil:
Enzima uracil poate cataliza reacția uracilului și a altor compuși prin izomerizare de racemizare pentru a obține uracil. Printre acestea, uracilul este un compus care există pe scară largă în sistemele biologice și are perspectiva de a fi utilizat pe scară largă. Atât Saccharomyces cerevisiae, cât și Escherichia coli conțin enzima Uracil, care are un spațiu larg de aplicare. Prin variarea substraturilor de reacție, de exemplu folosind diferite substraturi, cum ar fi lactat treonină și uracil, atât eficiența cât și distribuția produsului pot fi variate.
3.2 Sinteză catalizată de urează:
Metoda de sinteză catalizată de enzime a Uracilului include, de asemenea, reacția catalizată a ureazei. Ureaza este o enzimă care poate cataliza conversia ureei în uree și amoniac, în care ureea poate fi reacţionată în continuare pentru a produce uracil. Prin selectarea diferitelor substraturi de uree, cum ar fi ureea și fenilureea și modificarea condițiilor catalitice ale reacției, poate fi realizată sinteza la scară de laborator a Uracilului.
În rezumat, uracilul poate fi sintetizat într-o varietate de moduri, inclusiv sinteza chimică clasică, sinteza microbiană și sinteza catalizată de enzime. Aceste metode sintetice au perspective largi de aplicare în diferite domenii și oferă, de asemenea, opțiuni multiple pentru producția la scară largă de Uracil.
Proprietăți chimice:
1. Tautomerie ceto-alcool: În soluție apoasă, uracilul și tautomerul său, hidrogen uracil, se transformă unul în celălalt prin influența unei diferențe de protoni.
2. N-glicozilare: uracilul poate fi metil-glicozilat pentru a produce 5-metiluracil.
3. Alchilare: În condiții alcaline, uracilul poate fi alchilat, de obicei folosind agentul de metilare metil carbonat de metil.
4. Carboximetilare: Gruparea carboxil poate fi combinată cu uracil prin carboximetilare.
Natura reactivă:
1. Reacția de hidroliză alcalină: În condiții alcaline, uracilul poate fi hidrolizat la acid uracil, care este o modalitate de degradare a ADN-ului.
2. Reacția de oxidare: uracilul poate fi oxidat și transformat în 5-hidroxiuracil, care este un produs comun format în timpul leziunilor ADN.
3. Reacția de deaminare: uracilul poate produce trihidrouracil prin reacția de deaminare.
4. Reacția de aminare: uracilul poate fi transformat într-un intermediar pentru sinteza acidului acetaminobenzensulfonic (ATPS) prin amoniație.
Uracilul este o moleculă organică importantă implicată în diferite reacții în metabolismul celular. Are o varietate de proprietăți reactive, inclusiv tautomerizarea ketolului, N-glicozilarea, alchilarea, carboximetilarea etc. În plus, uracilul este implicat și în unele reacții importante, cum ar fi hidroliza alcaline, oxidarea, deaminarea, amoniația etc. Aceste reacții oferă o bogăție de cercetare și valoare aplicativă. De exemplu, medicamentele chimice pot fi sintetizate prin carboximetilare, iar hidroliza alcalină a uracilului este o cale cheie pentru degradarea ADN-ului. Aceste studii ne oferă o înțelegere aprofundată a rolului și semnificației lui Uracil. ajutor important.