uracilje dôležitý pyrimidínový derivát so širokým spektrom biologických, medicínskych a priemyselných aplikácií. Došlo k značnému množstvu výsledkov výskumu syntézy Uracilu, vrátane chemickej syntézy, mikrobiálnej syntézy a syntézy katalyzovanej enzýmami. Tento článok podrobne predstaví rôzne syntetické metódy Uracilu.
1. Chemická syntéza:
Chemická syntéza je jednou z prvých a najreprezentatívnejších syntetických metód Uracilu. Pri chemickej syntéze sa uracil získava kondenzačnou reakciou 5-chlóruracilu a acetylacetónu s následnými transformáciami prostredníctvom rôznych reakcií. Niekoľko klasických spôsobov chemickej syntézy je uvedených nižšie:
1.1 Vezmite 5-chlóruracil ako syntetickú cestu východiskového materiálu:
Klasická syntetická cesta s použitím 5-chlóruracilu ako východiskového materiálu začala výskumom dvoch vedcov, Coryho a Shepherdsona. Syntetizovali uracil reakciou 5-chlóruracilu s pyridónom alebo -ketoesterom. Neskôr bola táto syntetická cesta vylepšená a optimalizovaná mnohými výskumníkmi, z ktorých medzi najznámejšie patrí výskum Khorana a Dorfmana et al.
V 50. rokoch 20. storočia tím Khorana syntetizoval uracil pomocou 5-chlóruracilu a acetylacetónu ako východiskových materiálov prostredníctvom štvorstupňovej reakcie. Medzi nimi je kondenzačná reakcia 5-chlóruracilu a acetylacetónu základným krokom na získanie prekurzora 5-chlór-2-formyl-4-karboxypyrimidínu (CMCP) uracilu, po ktorom nasleduje redukcia , kyselinou katalyzované štiepenie kruhu a dehydratácia Uracil bol nakoniec syntetizovaný viacstupňovou konverziou v reakcii.
Dorfman a kol. zlepšil chemickú syntézu 5-chlóruracilu pomocou metyltrifluórmetánsulfonátu sodného (MeOTf) ako katalyzátora a získal CMCP v kondenzačnej reakcii a kombináciou kondenzácie, dekarboxylácie a iných reakcií sa nakoniec vyrobil uracil. Následne niektoré vylepšenia tejto cesty zahŕňajú kondenzačnú reakciu pyridínu s 2-oxomočovinou a použitie 1,3-dioxepánu ako medziproduktu atď.
1.2 Použitie aminoketónu ako syntetickej cesty východiskového materiálu:
Okrem syntetickej cesty s použitím 5-chlóruracilu ako východiskového materiálu existuje aj stručnejšia metóda využívajúca ako východiskový materiál aminoketón. V tejto syntetickej ceste sa ureáza (Ureáza) používa ako hnacia látka na hydrolýzu kyseliny močovej na kyselinu diaminooctovú a potom sa získa aminoketón za alkalických podmienok. Následná oxidácia aminoketónu na acyloxyskupinu za katalýzy jodovodíkom poskytuje uracil. Metóda má vysokú atómovú hospodárnosť a šetrnosť k životnému prostrediu a je to metóda syntézy v súlade so zelenou chémiou.
2. Mikrobiálna syntéza:
Mikrobiálna syntéza sa týka syntézy Uracilu prostredníctvom mikrobiálnych metabolických dráh. Uracil je v prírode metabolit produkovaný eukaryotmi a baktériami prostredníctvom metabolizmu kyseliny deoxyribonukleovej (DNA) a kyseliny ribonukleovej (RNA).
Pri mikrobiálnej syntéze sa ako východiskový materiál zvyčajne používa kyselina močová a uracil sa nakoniec syntetizuje viacstupňovým metabolizmom. Príklady sú nasledovné:
Pri tejto ceste sa kyselina močová rozkladá na močovinu a pyruvát prostredníctvom katalýzy ureidázy; následne sa pyruvát premení na uracil za účasti rôznych enzýmov, ako je karboxyláza a karboxylácia-dekarbonyláza, a následne sa reakcia uracilu získa cestou amidu kyseliny pantoténovej. Enzymatický mechanizmus väčšiny mikroorganizmov na syntézu Uracilu úzko súvisí s metabolickou dráhou amidu kyseliny pantoténovej.
Okrem toho existujú správy o konštrukcii inžinierskych baktérií na syntetizovanie Uracilu prostredníctvom genetického inžinierstva, ako je napríklad použitie hydroxybutyrát-3-karboxyláthydroxylázy (HPCDH), ktorá tvorí kyselinu glykolovú v Escherichia coli (E.coli) a disociácia až 9 Za účasti enzýmov, ako je dekarboxyláza kyseliny pyrohroznovej (PDH-E2) lipoylkoenzýmu A, bola biosyntéza Uracilu v inžinierskych baktériách po prvýkrát realizovaná s použitím kyseliny jantárovej a aminozlúčenín ako surovín.
3. Enzýmom katalyzovaná syntéza:
Enzýmom katalyzovaná metóda syntézy využíva enzýmom katalyzovanú reakciu na syntézu Uracilu, ktorá má výhody šetrnosti k životnému prostrediu a miernych reakčných podmienok. Zistilo sa, že syntézu uracilu katalyzujú viaceré enzýmy, najmä: enzým uracilu, ureáza a ureáza. Tu sú dva príklady:
3.1 Syntéza katalyzovaná enzýmom uracilom:
Enzým uracil môže katalyzovať reakciu uracilu a iných zlúčenín prostredníctvom racemizačnej izomerizácie, čím sa získa uracil. Medzi nimi je uracil zlúčenina, ktorá sa široko vyskytuje v biologických systémoch a má vyhliadky na široké použitie. Saccharomyces cerevisiae aj Escherichia coli obsahujú enzým Uracil, ktorý má široký aplikačný priestor. Zmenou reakčných substrátov, napríklad použitím rôznych substrátov, ako je laktát treonín a uracil, sa môže meniť účinnosť aj distribúcia produktu.
3.2 Syntéza katalyzovaná ureázou:
Enzýmom katalyzovaná syntéza Uracilu zahŕňa aj katalyzovanú reakciu ureázy. Ureáza je enzým, ktorý môže katalyzovať premenu močoviny na močovinu a amoniak, pričom močovina môže ďalej reagovať za vzniku uracilu. Výberom rôznych močovinových substrátov, ako je močovina a fenylmočovina, a zmenou katalytických podmienok reakcie možno realizovať syntézu Uracilu v laboratórnom meradle.
Stručne povedané, uracil môže byť syntetizovaný rôznymi spôsobmi, vrátane klasickej chemickej syntézy, mikrobiálnej syntézy a syntézy katalyzovanej enzýmami. Tieto syntetické metódy majú široké uplatnenie v rôznych oblastiach a tiež poskytujú viacero možností na výrobu Uracilu vo veľkom meradle.
Chemické vlastnosti:
1. Keto-alkoholová tautoméria: Vo vodnom roztoku sa uracil a jeho tautomér, hydrogenuracil, navzájom transformujú vplyvom rozdielu jedného protónu.
2. N-glykozylácia: Uracil môže byť metyl-glykozylovaný za vzniku 5-metyluracilu.
3. Alkylácia: V alkalických podmienkach môže byť uracil alkylovaný, zvyčajne s použitím metylačného činidla metylmetylkarbonátu.
4. Karboxymetylácia: Karboxylová skupina môže byť kombinovaná s uracilom prostredníctvom karboxymetylácie.
Reaktívna povaha:
1. Alkalická hydrolytická reakcia: V alkalických podmienkach môže byť uracil hydrolyzovaný na kyselinu uracilovú, čo je spôsob degradácie DNA.
2. Oxidačná reakcia: Uracil môže byť oxidovaný a premenený na 5-hydroxyuracil, čo je bežný produkt vznikajúci pri poškodení DNA.
3. Deaminačná reakcia: Uracil môže produkovať trihydrouracil prostredníctvom deaminačnej reakcie.
4. Aminačná reakcia: Uracil sa môže premeniť na medziprodukt na syntézu kyseliny acetaminobenzénsulfónovej (ATPS) amoniáciou.
Uracil je dôležitá organická molekula zapojená do rôznych reakcií bunkového metabolizmu. Má rôzne reaktívne vlastnosti, vrátane ketolovej tautomerizácie, N-glykozylácie, alkylácie, karboxymetylácie atď. Okrem toho sa uracil podieľa aj na niektorých dôležitých reakciách, ako je alkalická hydrolýza, oxidácia, deaminácia, amoniácia atď. množstvo výskumnej a aplikačnej hodnoty. Napríklad chemické liečivá môžu byť syntetizované karboxymetyláciou a alkalická hydrolýza uracilu je kľúčovou cestou degradácie DNA. Tieto štúdie nám poskytujú hĺbkové pochopenie úlohy a významu Uracilu. dôležitá pomoc.