Uracilje važan derivat pirimidina sa širokim spektrom bioloških, medicinskih i industrijskih primjena. Postojao je značajan broj rezultata istraživanja o sintezi uracila, uključujući hemijsku sintezu, mikrobnu sintezu i sintezu kataliziranu enzimima. Ovaj članak će detaljno predstaviti različite sintetičke metode Uracila.
1. Hemijska sinteza:
Hemijska sinteza je jedna od najranijih i najreprezentativnijih sintetičkih metoda Uracila. U hemijskoj sintezi, uracil se dobija reakcijom kondenzacije 5-hlorouracila i acetilacetona, uz naknadne transformacije kroz različite reakcije. Nekoliko klasičnih puteva kemijske sinteze je navedeno u nastavku:
1.1 Uzmite 5-hlorouracil kao sintetički put početnog materijala:
Klasični sintetički put koji koristi 5-hlorouracil kao polazni materijal započeo je istraživanjem dvojice naučnika, Coryja i Shepherdsona. Oni su sintetizirali Uracil reakcijom 5-hlorouracila sa piridonom ili -ketoestrom. Kasnije su ovaj sintetički put poboljšali i optimizirali mnogi istraživači, od kojih su najpoznatiji istraživanja Khorane i Dorfmana et al.
1950-ih, Khorana tim je sintetizirao Uracil koristeći 5-hlorouracil i acetilaceton kao početne materijale kroz reakciju u četiri koraka. Među njima, reakcija kondenzacije 5-hlorouracila i acetilacetona je ključni korak za dobijanje prekursora 5-kloro-2-formil-4-karboksipirimidina (CMCP) uracila, nakon čega slijedi redukcija , kiselinom katalizirano cijepanje prstena i dehidracija Uracil je konačno sintetiziran kroz konverziju u više koraka u reakciji.
Dorfman et al. poboljšao hemijsku sintezu 5-hlorouracila, koristeći natrijum 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 sa 2-oksoureom, i korištenje 1,3-dioksepana kao međuprodukta, itd.
1.2 Uzimanje aminoketona kao sintetičkog puta početnog materijala:
Pored sintetičkog puta koji koristi 5-hlorouracil kao početni materijal, postoji i sažetiji metod koji koristi aminoketon kao početni materijal. U ovoj sintetičkoj ruti, ureaza (Ureaza) se koristi kao pokretač za hidrolizu mokraćne kiseline u diaminosirćetnu kiselinu, a zatim dobijanje aminoketona u alkalnim uslovima. Naknadna oksidacija aminoketona u aciloksi grupu pod katalizom jodida vodika daje Uracil. Metoda ima visoku ekonomičnost atoma i ekološku prihvatljivost, te je metoda sinteze u skladu sa zelenom hemijom.
2. Mikrobna sinteza:
Mikrobna sinteza se odnosi na sintezu uracila putem mikrobnih metaboličkih puteva. U prirodi, Uracil je metabolit koji proizvode eukarioti i bakterije putem metabolizma deoksiribonukleinske kiseline (DNK) i ribonukleinske kiseline (RNA).
U mikrobnoj sintezi, mokraćna kiselina se obično koristi kao početni materijal, a uracil se konačno sintetizira kroz višestepeni metabolizam. Primjeri su sljedeći:
Na ovaj način, mokraćna kiselina se razlaže na ureu i piruvat kroz katalizu ureidaze; nakon toga, piruvat se pretvara u uracil uz učešće različitih enzima kao što su karboksilaza i karboksilaciona-dekarbonilaza, a naknadna reakcija uracila se dobija putem amida pantotenske kiseline. Enzimski mehanizam većine mikroorganizama da sintetizira uracil usko je povezan s metaboličkim putem amida pantotenske kiseline.
Osim toga, postojali su izvještaji o izgradnji inženjerskih bakterija za sintetizaciju Uracila putem genetskog inženjeringa, kao što je upotreba hidroksibutirat-3-karboksilat hidroksilaze (HPCDH) koja formira glikolnu kiselinu u Escherichia coli (E.coli) i disocijacijom do 9 Uz učešće enzima kao što je dekarboksilaza pirogrožđane kiseline (PDH-E2) lipoil koenzima A, po prvi put je realizovana biosinteza Uracila u inženjerskim bakterijama korišćenjem jantarne kiseline i amino jedinjenja kao sirovina.
3. Enzimski katalizirana sinteza:
Metoda sinteze katalizirane enzima koristi reakciju kataliziranu enzimima za sintezu Uracila, koji ima prednosti ekološke prihvatljivosti i blagih uvjeta reakcije. Utvrđeno je da nekoliko enzima katalizira sintezu Uracila, uglavnom uključujući: Uracil enzim, ureazu i ureazu. Evo dva primjera:
3.1 Uracil enzim katalizirana sinteza:
Uracil enzim može katalizirati reakciju uracila i drugih spojeva kroz izomerizaciju racemizacije kako bi se dobio Uracil. Među njima, uracil je jedinjenje koje široko postoji u biološkim sistemima i ima izglede za široku upotrebu. I Saccharomyces cerevisiae i Escherichia coli sadrže enzim Uracil, koji ima širok prostor primjene. Variranjem reakcijskih supstrata, na primjer korištenjem različitih supstrata kao što su laktat treonin i uracil, i efikasnost i distribucija proizvoda mogu se mijenjati.
3.2 Sinteza katalizirana ureazom:
Metoda sinteze Uracila katalizirana enzima također uključuje kataliziranu reakciju ureaze. Ureaza je enzim koji može katalizirati pretvaranje uree u ureu i amonijak, pri čemu urea može dalje reagirati kako bi se proizveo Uracil. Odabirom različitih supstrata uree, kao što su urea i fenilurea, i promjenom katalitičkih uvjeta reakcije, može se realizirati sinteza Uracila u laboratorijskim skalama.
Ukratko, Uracil se može sintetizirati na različite načine, uključujući klasičnu kemijsku sintezu, mikrobnu sintezu i sintezu kataliziranu enzimima. Ove sintetičke metode imaju široku perspektivu primjene u različitim poljima, a također pružaju više opcija za proizvodnju Uracila velikih razmjera.
Hemijska svojstva:
1. Keto-alkohol tautomerizam: U vodenom rastvoru, uracil i njegov tautomer, vodonik uracil, transformišu se jedan u drugi pod uticajem jedne protonske razlike.
2. N-glikozilacija: Uracil se može metil-glikozilirati da bi se proizveo 5-metiluracil.
3. Alkilacija: U alkalnim uslovima, uracil se može alkilovati, obično koristeći sredstvo za metilaciju metil metil karbonat.
4. Karboksimetilacija: Karboksilna grupa se može kombinovati sa uracilom putem karboksimetilacije.
Reaktivna priroda:
1. Reakcija alkalne hidrolize: U alkalnim uslovima, uracil može biti hidrolizovan u uracilnu kiselinu, što je način razgradnje DNK.
2. Reakcija oksidacije: Uracil se može oksidirati i pretvoriti u 5-hidroksiuracil, koji je uobičajen proizvod koji nastaje tokom 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) amonijacijom.
Uracil je važan organski molekul uključen u različite reakcije u metabolizmu stanica. 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, amonacija, itd. Ove reakcije osiguravaju bogata vrijednost istraživanja i primjene. Na primjer, hemijski lijekovi se mogu sintetizirati karboksimetilacijom, a alkalna hidroliza uracila je ključni put za degradaciju DNK. Ove studije nam pružaju dubinsko razumijevanje uloge i značaja Uracila. važna pomoć.