урациле важно пиримидиново производно с широк спектър от биологични, медицински и индустриални приложения. Има значителен брой резултати от изследвания върху синтеза на урацил, включително химичен синтез, микробен синтез и ензимно катализиран синтез. Тази статия ще представи подробно различните синтетични методи на урацил.
1. Химичен синтез:
Химическият синтез е един от най-ранните и най-представителни синтетични методи на урацил. При химическия синтез урацилът се получава чрез реакция на кондензация на 5-хлороурацил и ацетилацетон с последващи трансформации чрез различни реакции. Няколко класически пътя за химичен синтез са изброени по-долу:
1.1 Вземете 5-хлороурацил като синтетичен път на изходен материал:
Класическият синтетичен път, използващ 5-хлороурацил като изходен материал, започна от изследването на двама учени, Кори и Шепърдсън. Те синтезираха урацил чрез взаимодействие на 5-хлороурацил с пиридон или -кетоестер. По-късно този синтетичен път беше подобрен и оптимизиран от много изследователи, най-известните от които включват изследванията на Khorana и Dorfman et al.
През 50-те години на миналия век екипът на Khorana синтезира урацил, използвайки 5-хлороурацил и ацетилацетон като изходни материали чрез реакция в четири стъпки. Сред тях реакцията на кондензация на 5-хлороурацил и ацетилацетон е основната стъпка за получаване на прекурсора 5-хлоро-2-формил-4-карбоксипиримидин (CMCP) на урацил, последвано от редукция , киселинно катализирано разцепване на пръстена и дехидратация Урацилът най-накрая се синтезира чрез многоетапно превръщане в реакцията.
Дорфман и др. подобри химичния синтез на 5-хлорурацил, използвайки натриев метилтрифлуорометансулфонат (MeOTf) като катализатор и получи CMCP в реакцията на кондензация и чрез комбинация от кондензация, декарбоксилиране и други реакции накрая беше произведен урацил. Впоследствие някои подобрения на този път включват реакцията на кондензация на пиридин с 2-оксоурея и използването на 1,3-диоксепан като междинен продукт и т.н.
1.2 Приемане на аминокетон като синтетичен път на изходен материал:
В допълнение към синтетичния път, използващ 5-хлороурацил като изходен материал, има и по-кратък метод, използващ аминокетон като изходен материал. При този синтетичен път уреазата (Urease) се използва като движещ агент за хидролизиране на пикочната киселина до диаминооцетна киселина и след това получаване на аминокетон при алкални условия. Последващото окисление на аминокетона до ацилокси групата под катализа от йодоводород дава урацил. Методът има висока атомна икономия и екологичност и е метод на синтез в съответствие със зелената химия.
2. Микробен синтез:
Микробният синтез се отнася до синтеза на урацил чрез микробни метаболитни пътища. В природата урацилът е метаболит, произведен от еукариоти и бактерии чрез метаболизма на дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и рибонуклеинова киселина (РНК).
При микробния синтез пикочната киселина обикновено се използва като изходен материал, а урацилът накрая се синтезира чрез многоетапен метаболизъм. Примерите са както следва:
По този път пикочната киселина се разгражда до урея и пируват чрез катализа на уреидаза; впоследствие пируватът се превръща в урацил с участието на различни ензими като карбоксилаза и карбоксилиране-декарбонилаза и последващата реакция на урацил се получава чрез пътя на амида на пантотеновата киселина. Ензимният механизъм на повечето микроорганизми за синтезиране на урацил е тясно свързан с метаболитния път на амида на пантотеновата киселина.
Освен това има доклади за конструирането на инженерни бактерии за синтезиране на урацил чрез генно инженерство, като използването на хидроксибутират-3-карбоксилат хидроксилаза (HPCDH), която образува гликолова киселина в Escherichia coli (E.coli) и дисоциация до 9 С участието на ензими като декарбоксилаза на пирогроздена киселина (PDH-E2) на липоил коензим А, биосинтезата на урацил в инженерни бактерии беше реализирана за първи път с използване на янтарна киселина и амино съединения като суровини.
3. Ензимно катализиран синтез:
Методът на ензимно катализиран синтез използва ензимно катализирана реакция за синтезиране на урацил, който има предимствата на екологосъобразност и меки реакционни условия. Установено е, че няколко ензима катализират синтеза на урацил, включително главно: урацилов ензим, уреаза и уреаза. Ето два примера:
3.1 Синтез, катализиран от ензим урацил:
Урациловият ензим може да катализира реакцията на урацил и други съединения чрез -рацемизационна изомеризация за получаване на урацил. Сред тях урацилът е съединение, което съществува широко в биологичните системи и има перспективата да бъде широко използвано. Както Saccharomyces cerevisiae, така и Escherichia coli съдържат ензим Uracil, който има широко приложение. Чрез промяна на реакционните субстрати, например използване на различни субстрати като лактат треонин и урацил, както ефективността, така и разпределението на продукта могат да варират.
3.2 Синтез, катализиран от уреаза:
Ензимно-катализираният синтезен метод на Uracil включва също катализираната реакция на уреаза. Уреазата е ензим, който може да катализира превръщането на уреята в урея и амоняк, при което уреята може допълнително да реагира за получаване на урацил. Чрез избиране на различни карбамидни субстрати, като карбамид и фенилкарбамид, и промяна на каталитичните условия на реакцията може да се осъществи лабораторен синтез на урацил.
В обобщение, урацилът може да бъде синтезиран по различни начини, включително класически химичен синтез, микробен синтез и ензимно катализиран синтез. Тези синтетични методи имат широки перспективи за приложение в различни области и също така предоставят множество възможности за широкомащабно производство на урацил.
Химични свойства:
1. Кето-алкохолен тавтомеризъм: Във воден разтвор урацилът и неговият тавтомер, водороден урацил, се трансформират един в друг чрез влиянието на една протонна разлика.
2. N-гликозилиране: Урацилът може да бъде метил-гликозилиран, за да се получи 5-метилурацил.
3. Алкилиране: При алкални условия урацилът може да бъде алкилиран, обикновено с помощта на метилиращия агент метил метил карбонат.
4. Карбоксиметилиране: Карбоксилната група може да се комбинира с урацил чрез карбоксиметилиране.
Реактивен характер:
1. Реакция на алкална хидролиза: При алкални условия урацилът може да се хидролизира до урацилова киселина, което е начин за разграждане на ДНК.
2. Окислителна реакция: Урацилът може да бъде окислен и преобразуван в 5-хидроксиурацил, който е често срещан продукт, образуван по време на увреждане на ДНК.
3. Реакция на дезаминиране: Урацилът може да произведе трихидроурацил чрез реакция на дезаминиране.
4. Реакция на аминиране: Урацилът може да се превърне в междинен продукт за синтеза на ацетаминобензенсулфонова киселина (ATPS) чрез амоняк.
Урацилът е важна органична молекула, участваща в различни реакции в клетъчния метаболизъм. Той има различни реактивни свойства, включително тавтомеризация на кетол, N-гликозилиране, алкилиране, карбоксиметилиране и др. В допълнение, урацилът също участва в някои важни реакции, като алкална хидролиза, окисление, деаминиране, амоняк и др. Тези реакции осигуряват богата изследователска и приложна стойност. Например, химически лекарства могат да бъдат синтезирани чрез карбоксиметилиране, а алкалната хидролиза на урацил е ключов път за разграждане на ДНК. Тези проучвания ни предоставят задълбочено разбиране на ролята и значението на Uracil. важна помощ.