Uracilasyra svarbus pirimidino darinys, plačiai naudojamas biologiškai, medicinoje ir pramonėje. Buvo atlikta daug Uracil sintezės tyrimų rezultatų, įskaitant cheminę sintezę, mikrobų sintezę ir fermentų katalizuojamą sintezę. Šiame straipsnyje bus išsamiai pristatyti įvairūs Uracil sintetiniai metodai.
1. Cheminė sintezė:
Cheminė sintezė yra vienas iš ankstyviausių ir reprezentatyviausių Uracil sintetinių metodų. Cheminėje sintezėje uracilas gaunamas vykstant 5-chlorouracilo ir acetilacetono kondensacijos reakcijai, o vėliau vykstant įvairioms reakcijoms. Toliau pateikiami keli klasikiniai cheminės sintezės būdai:
1.1 Kaip pradinės medžiagos sintetinį būdą naudokite 5-chlorouracilą:
Klasikinis sintetinis būdas, naudojant 5-chlorouracilą kaip pradinę medžiagą, prasidėjo nuo dviejų mokslininkų Cory ir Shepherdson tyrimų. Jie susintetino Uracilą, reaguodami 5-chlorouracilą su piridonu arba -ketoesteriu. Vėliau šis sintetinis kelias buvo patobulintas ir optimizuotas daugelio tyrinėtojų, tarp kurių žinomiausi yra Khoranos ir Dorfmano ir kt. tyrimai.
Šeštajame dešimtmetyje Khorana komanda susintetino Uracilą, naudodama 5-chlorouracilą ir acetilacetoną kaip pradines medžiagas, atlikdama keturių pakopų reakciją. Tarp jų, 5-chlorouracilo ir acetilacetono kondensacijos reakcija yra pagrindinis žingsnis siekiant gauti Uracilo pirmtaką 5-chloro-2-formil-4-karboksipirimidiną (CMCP), o po to redukuojama. , rūgšties katalizuojamas žiedo skilimas ir dehidratacija Uracilas galiausiai buvo susintetintas per daugiapakopę konversiją reakcijoje.
Dorfman ir kt. pagerino cheminę 5-chlorouracilo sintezę, kaip katalizatorių naudojant natrio metiltrifluormetansulfonatą (MeOTf), ir gavo CMCP kondensacijos reakcijoje, o per kondensacijos, dekarboksilinimo ir kitų reakcijų derinį Uracilas galiausiai buvo pagamintas. Vėliau kai kurie šio kelio patobulinimai apima piridino kondensacijos reakciją su 2-oksoura ir 1,3-dioksepano kaip tarpinės medžiagos naudojimą ir kt.
1.2 Aminoketono kaip pradinės medžiagos sintezės būdas:
Be sintetinio būdo naudojant 5-chlorouracilą kaip pradinę medžiagą, yra ir glaustesnis metodas, kai pradinė medžiaga naudojamas aminoketonas. Šiuo sintetiniu būdu ureazė (Ureazė) naudojama kaip varomoji medžiaga hidrolizuojant šlapimo rūgštį į diaminoacto rūgštį, o po to šarminėmis sąlygomis gaunant aminoketoną. Vėlesnis aminoketono oksidavimas į aciloksi grupę, katalizuojant vandenilio jodidą, suteikia Uracil. Metodas pasižymi dideliu atomų ekonomija ir ekologiškumu ir yra sintezės metodas, atitinkantis žaliąją chemiją.
2. Mikrobų sintezė:
Mikrobų sintezė reiškia Uracil sintezę per mikrobų metabolizmo kelius. Gamtoje Uracilas yra metabolitas, kurį gamina eukariotai ir bakterijos metabolizuodami dezoksiribonukleino rūgštį (DNR) ir ribonukleino rūgštį (RNR).
Mikrobų sintezėje šlapimo rūgštis paprastai naudojama kaip pradinė medžiaga, o uracilas galiausiai sintetinamas per daugiapakopį metabolizmą. Pavyzdžiai yra tokie:
Šiuo būdu, katalizuojant ureidazę, šlapimo rūgštis suskaidoma į karbamidą ir piruvatą; vėliau piruvatas paverčiamas uracilu, dalyvaujant įvairiems fermentams, pvz., karboksilazei ir karboksilinimo-dekarbonilazei, o vėliau Uracilo reakcija gaunama pantoteno rūgšties amido keliu. Daugumos mikroorganizmų fermentinis Uracilo sintezės mechanizmas yra glaudžiai susijęs su pantoteno rūgšties amido metabolizmo keliu.
Be to, buvo gauta pranešimų apie inžinerinių bakterijų, skirtų Uracilui sintetinti genų inžinerijos būdu, kūrimą, pvz., hidroksibutirato -3-karboksilato hidroksilazės (HPCDH), kuri sudaro glikolio rūgštį Escherichia coli (E.coli) ir disociacijos, naudojimą. 9 Dalyvaujant tokiems fermentams kaip lipoilkofermento A piruvo rūgšties dekarboksilazė (PDH-E2), Uracil biosintezė inžinerinėse bakterijose pirmą kartą buvo įgyvendinta naudojant gintaro rūgštį ir amino junginius kaip žaliavas.
3. Fermentų katalizuojama sintezė:
Fermentų katalizuojamas sintezės metodas naudoja fermentų katalizuojamą reakciją, kad būtų sintetinamas Uracil, kurio pranašumai yra ekologiškumas ir švelnios reakcijos sąlygos. Nustatyta, kad Uracil sintezę katalizuoja keli fermentai, daugiausia įskaitant: Uracilo fermentą, ureazę ir ureazę. Štai du pavyzdžiai:
3.1 Uracilo fermentų katalizuojama sintezė:
Uracilo fermentas gali katalizuoti uracilo ir kitų junginių reakciją per racemizacijos izomerizaciją ir gauti Uracilą. Tarp jų uracilas yra junginys, plačiai naudojamas biologinėse sistemose ir gali būti plačiai naudojamas. Tiek Saccharomyces cerevisiae, tiek Escherichia coli yra fermento Uracil, kuris turi plačią taikymo sritį. Keičiant reakcijos substratus, pavyzdžiui, naudojant skirtingus substratus, tokius kaip laktatas treoninas ir uracilas, galima keisti ir efektyvumą, ir produkto pasiskirstymą.
3.2 Sintezė, katalizuojama ureazės:
Fermentų katalizuojamas Uracil sintezės metodas taip pat apima katalizuojamą ureazės reakciją. Ureazė yra fermentas, galintis katalizuoti karbamido pavertimą karbamidu ir amoniaku, o karbamidas gali toliau reaguoti ir gaminti Uracilą. Pasirinkus skirtingus karbamido substratus, tokius kaip karbamidas ir fenilkarbamidas, ir keičiant katalizines reakcijos sąlygas, galima įgyvendinti Uracil laboratorinę sintezę.
Apibendrinant galima pasakyti, kad Uracil gali būti sintetinamas įvairiais būdais, įskaitant klasikinę cheminę sintezę, mikrobų sintezę ir fermentų katalizuojamą sintezę. Šie sintetiniai metodai turi plačias pritaikymo perspektyvas įvairiose srityse, taip pat suteikia daugybę galimybių Uracil gaminti dideliu mastu.
Cheminės savybės:
1. Keto-alkoholio tautomerizmas: Vandeniniame tirpale uracilas ir jo tautomeras vandenilio uracilas vienas į kitą virsta vieno protonų skirtumo įtaka.
2. N-glikozilinimas: Uracilas gali būti metilglikozilintas, kad susidarytų 5-metiluracilas.
3. Alkilinimas: šarminėmis sąlygomis uracilas gali būti alkilinamas, dažniausiai naudojant metilinimo agentą metilo metilkarbonatą.
4. Karboksimetilinimas: karboksimetilinimo būdu karboksilo grupę galima sujungti su uracilu.
Reaktyvus pobūdis:
1. Šarminės hidrolizės reakcija: šarminėmis sąlygomis uracilas gali būti hidrolizuojamas iki uracilo rūgšties, kuri yra DNR skaidymo būdas.
2. Oksidacijos reakcija: Uracilas gali būti oksiduojamas ir paverčiamas 5-hidroksiuracilu, kuris yra įprastas produktas, susidarantis pažeidus DNR.
3. Deamininimo reakcija: Uracilas gali gaminti trihidrouracilą per deamininimo reakciją.
4. Aminavimo reakcija: Uracilas gali būti paverstas tarpiniu produktu acetaminobenzensulfonrūgšties (ATPS) sintezei amoniako būdu.
Uracilas yra svarbi organinė molekulė, dalyvaujanti įvairiose ląstelių metabolizmo reakcijose. Jis pasižymi įvairiomis reaktyviosiomis savybėmis, įskaitant ketolio tautomerizaciją, N-glikozilinimą, alkilinimą, karboksimetilinimą ir kt. Be to, uracilas taip pat dalyvauja kai kuriose svarbiose reakcijose, tokiose kaip šarminė hidrolizė, oksidacija, deamininimas, amoniakas ir kt. daug mokslinių tyrimų ir taikymo vertės. Pavyzdžiui, cheminiai vaistai gali būti sintetinami karboksimetilinant, o šarminė uracilo hidrolizė yra pagrindinis DNR skaidymo būdas. Šie tyrimai leidžia mums išsamiai suprasti Uracil vaidmenį ir reikšmę. svarbi pagalba.