Uracilje važan derivat pirimidina sa širokim rasponom biološke, medicinske i industrijske primjene. Postoji značajan broj rezultata istraživanja o sintezi uracila, uključujući kemijsku sintezu, mikrobnu sintezu i sintezu kataliziranu enzimima. Ovaj će članak detaljno predstaviti različite sintetske metode Uracila.
1. Kemijska sinteza:
Kemijska sinteza jedna je od najranijih i najreprezentativnijih sintetskih metoda Uracila. U kemijskoj sintezi, uracil se dobiva reakcijom kondenzacije 5-klorouracila i acetilacetona, uz naknadne transformacije kroz različite reakcije. Dolje je navedeno nekoliko klasičnih puteva kemijske sinteze:
1.1 Uzmite 5-klorouracil kao sintetski put početnog materijala:
Klasični sintetski put koji koristi 5-klorouracil kao početni materijal započeo je istraživanjem dvojice znanstvenika, Coryja i Shepherdsona. Sintetizirali su uracil reakcijom 5-klorouracila s piridonom ili -ketoesterom. Kasnije su ovaj sintetski put poboljšali i optimizirali mnogi istraživači, od kojih su najpoznatiji istraživanje Khorane i Dorfmana i sur.
U 1950-ima, Khorana tim je sintetizirao Uracil koristeći 5-klorouracil i acetilaceton kao početne materijale kroz reakciju u četiri koraka. Među njima, reakcija kondenzacije 5-klorouracila i acetilacetona ključni je korak za dobivanje prekursora 5-kloro-2-formil-4-karboksipirimidina (CMCP) uracila, nakon čega slijedi redukcija , kiselinom katalizirano cijepanje prstena i dehidracija Uracil je konačno sintetiziran višestupanjskom konverzijom u reakciji.
Dorfman i sur. poboljšao je kemijsku sintezu 5-klorouracila, koristeći natrijev metiltrifluorometansulfonat (MeOTf) kao katalizator, i dobio CMCP u reakciji kondenzacije, te je kombinacijom kondenzacije, dekarboksilacije i drugih reakcija konačno proizveden Uracil. Nakon toga, neka poboljšanja ovog puta uključuju reakciju kondenzacije piridina s 2-oksoureom i korištenje 1,3-dioksepana kao intermedijera, itd.
1.2 Uzimanje aminoketona kao sintetskog puta početnog materijala:
Uz sintetski put koji koristi 5-klorouracil kao početni materijal, postoji i konciznija metoda koja koristi aminoketon kao početni materijal. U ovom sintetskom putu, ureaza (Urease) se koristi kao pokretački agens za hidrolizu mokraćne kiseline u diaminooctenu kiselinu, a zatim dobivanje aminoketona u alkalnim uvjetima. Naknadna oksidacija aminoketona u aciloksi skupinu pod katalizom jodovodika daje Uracil. Metoda ima visoku atomsku ekonomičnost i prihvatljivost za okoliš, te je metoda sinteze u skladu sa zelenom kemijom.
2. Mikrobna sinteza:
Mikrobna sinteza odnosi se na sintezu uracila kroz mikrobne metaboličke putove. U prirodi je Uracil metabolit koji proizvode eukarioti i bakterije metabolizmom deoksiribonukleinske kiseline (DNA) i ribonukleinske kiseline (RNA).
U mikrobnoj sintezi, mokraćna kiselina se obično koristi kao početni materijal, a uracil se konačno sintetizira kroz višestupanjski metabolizam. Primjeri su sljedeći:
Na tom se putu mokraćna kiselina razgrađuje u ureu i piruvat katalizom ureidaze; naknadno, piruvat se pretvara u uracil uz sudjelovanje različitih enzima kao što su karboksilaza i karboksilacija-dekarbonilaza, a naknadna reakcija Uracil se dobiva putem amida pantotenske kiseline. Enzimski mehanizam većine mikroorganizama za sintezu uracila usko je povezan s metaboličkim putem amida pantotenske kiseline.
Osim toga, postoje izvješća o konstrukciji inženjerskih bakterija za sintetiziranje Uracila putem genetskog inženjeringa, kao što je upotreba hidroksibutirat-3-karboksilat hidroksilaze (HPCDH) koja stvara glikolnu kiselinu u Escherichia coli (E.coli) i disocijacijom do 9 Uz sudjelovanje enzima kao što je dekarboksilaza pirogrožđane kiseline (PDH-E2) lipoil koenzima A, biosinteza Uracila u inženjerskim bakterijama realizirana je prvi put korištenjem jantarne kiseline i amino spojeva kao sirovina.
3. Sinteza katalizirana enzimima:
Metoda sinteze katalizirane enzimima koristi reakciju kataliziranu enzimima za sintezu Uracila, koji ima prednosti prihvatljivosti okoliša i blagih reakcijskih uvjeta. Utvrđeno je da nekoliko enzima katalizira sintezu uracila, uglavnom uključujući: enzim uracil, ureazu i ureazu. Evo dva primjera:
3.1 Sinteza katalizirana enzimom uracila:
Enzim uracil može katalizirati reakciju uracila i drugih spojeva kroz -racemizacijsku izomerizaciju da bi se dobio uracil. Među njima, uracil je spoj koji široko postoji u biološkim sustavima i ima izglede za široku primjenu. I Saccharomyces cerevisiae i Escherichia coli sadrže enzim Uracil koji ima široku primjenu. Variranjem reakcijskih supstrata, na primjer upotrebom različitih supstrata kao što su laktat treonin i uracil, može se mijenjati i učinkovitost i distribucija proizvoda.
3.2 Sinteza katalizirana ureazom:
Metoda sinteze Uracila katalizirana enzimima također uključuje kataliziranu reakciju ureaze. Ureaza je enzim koji može katalizirati pretvorbu uree u ureu i amonijak, pri čemu urea može dalje reagirati da proizvede Uracil. Odabirom različitih supstrata uree, kao što su urea i fenilurea, te promjenom katalitičkih uvjeta reakcije, može se ostvariti sinteza uracila u laboratorijskim razmjerima.
Ukratko, Uracil se može sintetizirati na različite načine, uključujući klasičnu kemijsku sintezu, mikrobnu sintezu i sintezu kataliziranu enzimima. Ove sintetske metode imaju široke izglede za primjenu u različitim poljima, a također pružaju više mogućnosti za proizvodnju Uracila u velikim razmjerima.
Kemijska svojstva:
1. Keto-alkoholna tautomerija: U vodenoj otopini, uracil i njegov tautomer, hidrogen uracil, transformiraju se jedan u drugi pod utjecajem razlike jednog protona.
2. N-glikozilacija: Uracil se može metil-glikozilirati da proizvede 5-metiluracil.
3. Alkilacija: U alkalnim uvjetima, uracil se može alkilirati, obično upotrebom sredstva za metiliranje metil metil karbonata.
4. Karboksimetilacija: karboksilna skupina može se spojiti s uracilom putem karboksimetilacije.
Reaktivna priroda:
1. Reakcija alkalne hidrolize: U alkalnim uvjetima, uracil se može hidrolizirati u uracilnu kiselinu, što je način razgradnje DNA.
2. Reakcija oksidacije: Uracil se može oksidirati i pretvoriti u 5-hidroksiuracil, koji je uobičajeni produkt koji nastaje tijekom oštećenja DNK.
3. Reakcija deaminacije: Uracil može proizvesti trihidrouracil reakcijom deaminacije.
4. Reakcija aminacije: Uracil se može pretvoriti u međuprodukt za sintezu acetaminobenzensulfonske kiseline (ATPS) amonijakom.
Uracil je važna organska molekula koja sudjeluje u različitim reakcijama u staničnom metabolizmu. Ima niz reaktivnih svojstava, uključujući tautomerizaciju ketola, N-glikozilaciju, alkilaciju, karboksimetilaciju, itd. Osim toga, uracil je također uključen u neke važne reakcije, kao što su alkalna hidroliza, oksidacija, deaminacija, amonijak, itd. Ove reakcije osiguravaju bogatstvo istraživačke i primjenjive vrijednosti. Na primjer, kemijski lijekovi mogu se sintetizirati karboksimetilacijom, a alkalna hidroliza uracila ključni je put za razgradnju DNA. Ove nam studije pružaju dubinsko razumijevanje uloge i značaja Uracila. važna pomoć.