Uracilje pomemben derivat pirimidina s široko paleto bioloških, medicinskih in industrijskih aplikacij. Obstaja veliko rezultatov raziskav o sintezi uracila, vključno s kemično sintezo, mikrobno sintezo in encimsko katalizirano sintezo. Ta članek bo podrobno predstavil različne sintetične metode Uracila.
1. Kemijska sinteza:
Kemijska sinteza je ena najzgodnejših in najbolj reprezentativnih sintetičnih metod Uracila. Pri kemijski sintezi se uracil pridobiva s kondenzacijsko reakcijo 5-klorouracila in acetilacetona z naknadnimi transformacijami z različnimi reakcijami. Spodaj je navedenih več klasičnih poti kemične sinteze:
1.1 Vzemite 5-klorouracil kot sintetično pot izhodne snovi:
Klasična sintetična pot z uporabo 5-klorouracila kot izhodnega materiala se je začela z raziskavami dveh znanstvenikov, Coryja in Shepherdsona. Uracil so sintetizirali z reakcijo 5-klorouracila s piridonom ali -ketoestrom. Kasneje so to sintetično pot izboljšali in optimizirali številni raziskovalci, med najbolj znane med njimi so raziskave Khorane in Dorfmana et al.
V petdesetih letih 20. stoletja je ekipa Khorana sintetizirala uracil z uporabo 5-klorouracila in acetilacetona kot izhodnih materialov z reakcijo v štirih korakih. Med njimi je reakcija kondenzacije 5-klorouracila in acetilacetona ključni korak za pridobitev prekurzorja 5-kloro-2-formil-4-karboksipirimidina (CMCP) uracila, ki ji sledi redukcija , kislinsko kataliziran razrez obroča in dehidracija Uracil je bil končno sintetiziran z večstopenjsko pretvorbo v reakciji.
Dorfman et al. izboljšal kemijsko sintezo 5-kloroouracila z uporabo natrijevega metiltrifluorometansulfonata (MeOTf) kot katalizatorja in pridobil CMCP v reakciji kondenzacije, s kombinacijo kondenzacije, dekarboksilacije in drugih reakcij pa je bil končno proizveden Uracil. Kasneje nekatere izboljšave te poti vključujejo reakcijo kondenzacije piridina z 2-oksosečnino in uporabo 1,3-dioksepana kot intermediata itd.
1.2 Uporaba aminoketona kot sintetične poti izhodnega materiala:
Poleg sintetične poti, ki uporablja 5-klorouracil kot izhodni material, obstaja tudi bolj jedrnata metoda, ki uporablja aminoketon kot izhodni material. Pri tej sintetični poti se ureaza (Urease) uporablja kot pogonsko sredstvo za hidrolizacijo sečne kisline v diaminoocetno kislino in nato pridobivanje aminoketona v alkalnih pogojih. Poznejša oksidacija aminoketona v aciloksi skupino pod katalizo vodikovega jodida daje Uracil. Metoda ima visoko atomsko ekonomičnost in okolju prijaznost ter je sintezna metoda v skladu z zeleno kemijo.
2. Mikrobna sinteza:
Mikrobna sinteza se nanaša na sintezo uracila po presnovnih poteh mikrobov. V naravi je uracil metabolit, ki ga proizvajajo evkarionti in bakterije s presnovo deoksiribonukleinske kisline (DNK) in ribonukleinske kisline (RNA).
Pri mikrobni sintezi se sečna kislina običajno uporablja kot začetni material, uracil pa se končno sintetizira z večstopenjskim metabolizmom. Primeri so naslednji:
Na tej poti se sečna kislina s katalizo ureidaze razgradi v sečnino in piruvat; nato se piruvat pretvori v uracil s sodelovanjem različnih encimov, kot sta karboksilaza in karboksilacija-dekarbonilaza, in posledična reakcija Uracil nastane po poti amida pantotenske kisline. Encimski mehanizem večine mikroorganizmov za sintezo uracila je tesno povezan s presnovno potjo amida pantotenske kisline.
Poleg tega obstajajo poročila o izdelavi inženirskih bakterij za sintezo Uracila z genskim inženiringom, kot je uporaba hidroksibutirat-3-karboksilat hidroksilaze (HPCDH), ki tvori glikolno kislino v Escherichia coli (E.coli) in disociacijo do 9 S sodelovanjem encimov, kot je dekarboksilaza piruvične kisline (PDH-E2) lipoil koencima A, je bila prvič izvedena biosinteza uracila v inženirskih bakterijah z uporabo jantarne kisline in amino spojin kot surovin.
3. Encimsko katalizirana sinteza:
Encimsko katalizirana sintezna metoda uporablja encimsko katalizirano reakcijo za sintezo Uracila, ki ima prednosti okolju prijaznosti in blagih reakcijskih pogojev. Ugotovljeno je bilo, da številni encimi katalizirajo sintezo uracila, predvsem: encim uracil, ureazo in ureazo. Tu sta dva primera:
3.1 Sinteza, katalizirana z encimi uracil:
Encim uracil lahko katalizira reakcijo uracila in drugih spojin z -racemizacijsko izomerizacijo, da dobimo uracil. Med njimi je uracil spojina, ki je široko prisotna v bioloških sistemih in ima možnost, da se široko uporablja. Tako Saccharomyces cerevisiae kot Escherichia coli vsebujeta encim Uracil, ki ima široko področje uporabe. S spreminjanjem reakcijskih substratov, na primer z uporabo različnih substratov, kot sta laktat treonin in uracil, je mogoče spreminjati učinkovitost in porazdelitev produkta.
3.2 Sinteza, katalizirana z ureazo:
Encimsko katalizirana sintezna metoda Uracila vključuje tudi katalizirano reakcijo ureaze. Ureaza je encim, ki lahko katalizira pretvorbo sečnine v sečnino in amoniak, pri čemer lahko sečnina nadalje reagira v uracil. Z izbiro različnih substratov sečnine, kot sta sečnina in fenilsečnina, in spreminjanjem katalitičnih pogojev reakcije je mogoče izvesti laboratorijsko sintezo uracila.
Če povzamemo, lahko uracil sintetiziramo na različne načine, vključno s klasično kemično sintezo, mikrobno sintezo in encimsko katalizirano sintezo. Te sintetične metode imajo široke možnosti uporabe na različnih področjih in ponujajo tudi več možnosti za obsežno proizvodnjo Uracila.
Kemijske lastnosti:
1. Keto-alkoholna tavtomerija: V vodni raztopini se uracil in njegov tavtomer, vodikov uracil, transformirata drug v drugega pod vplivom razlike enega protona.
2. N-glikozilacija: Uracil se lahko metil-glikozilira, da nastane 5-metiluracil.
3. Alkilacija: V alkalnih pogojih lahko uracil alkiliramo, običajno z uporabo metilirnega sredstva metil metil karbonata.
4. Karboksimetilacija: Karboksilna skupina se lahko kombinira z uracilom s karboksimetilacijo.
Reaktivna narava:
1. Reakcija alkalne hidrolize: V alkalnih pogojih lahko uracil hidrolizira v uracilno kislino, kar je način razgradnje DNA.
2. Reakcija oksidacije: Uracil se lahko oksidira in pretvori v 5-hidroksiuracil, ki je pogost produkt, ki nastane med poškodbo DNK.
3. Reakcija deaminacije: Uracil lahko proizvede trihidrouracil z reakcijo deaminacije.
4. Reakcija aminacije: Uracil lahko pretvorimo v intermediat za sintezo acetaminobenzensulfonske kisline (ATPS) z amonijakom.
Uracil je pomembna organska molekula, ki sodeluje pri različnih reakcijah celičnega metabolizma. Ima različne reaktivne lastnosti, vključno s tavtomerizacijo ketola, N-glikozilacijo, alkilacijo, karboksimetilacijo itd. Poleg tega je uracil vključen tudi v nekatere pomembne reakcije, kot so alkalna hidroliza, oksidacija, deaminacija, amoniacija itd. Te reakcije zagotavljajo bogata raziskovalna in uporabna vrednost. Na primer, kemična zdravila je mogoče sintetizirati s karboksimetilacijo, alkalna hidroliza uracila pa je ključna pot za razgradnjo DNA. Te študije nam omogočajo poglobljeno razumevanje vloge in pomena Uracila. pomembna pomoč.