Uracilialah terbitan pirimidin yang penting dengan pelbagai aplikasi biologi, perubatan dan perindustrian. Terdapat sejumlah besar hasil penyelidikan mengenai sintesis Uracil, termasuk sintesis kimia, sintesis mikrob dan sintesis bermangkin enzim. Artikel ini akan memperkenalkan pelbagai kaedah sintetik Uracil secara terperinci.
1. Sintesis kimia:
Sintesis kimia adalah salah satu kaedah sintetik Uracil yang terawal dan paling representatif. Dalam sintesis kimia, Uracil diperoleh melalui tindak balas pemeluwapan 5-chlorouracil dan asetilaseton, dengan penjelmaan seterusnya melalui tindak balas yang berbeza. Beberapa laluan sintesis kimia klasik disenaraikan di bawah:
1.1 Ambil 5-chlorouracil sebagai laluan sintetik bahan permulaan:
Laluan sintetik klasik menggunakan 5-chlorouracil sebagai bahan permulaan bermula daripada penyelidikan dua saintis, Cory dan Shepherdson. Mereka mensintesis Uracil dengan bertindak balas 5-chlorouracil dengan pyridone atau -ketoester. Kemudian, laluan sintetik ini telah diperbaiki dan dioptimumkan oleh ramai penyelidik, yang paling terkenal termasuk penyelidikan Khorana dan Dorfman et al.
Pada tahun 1950-an, pasukan Khorana mensintesis Uracil menggunakan 5-chlorouracil dan acetylacetone sebagai bahan permulaan melalui tindak balas empat langkah. Antaranya, tindak balas pemeluwapan 5-chlorouracil dan acetylacetone ialah langkah teras untuk mendapatkan prekursor 5-chloro-2-formyl-4-carboxypyrimidine (CMCP) Uracil, diikuti dengan pengurangan , pemotongan cincin bermangkin asid dan dehidrasi Uracil akhirnya disintesis melalui penukaran berbilang langkah dalam tindak balas.
Dorfman et al. menambah baik sintesis kimia 5-chlorouracil, menggunakan natrium methyltrifluoromethanesulfonate (MeOTf) sebagai mangkin, dan memperoleh CMCP dalam tindak balas pemeluwapan, dan melalui gabungan pemeluwapan, penyahkarboksilan dan tindak balas lain Uracil akhirnya dihasilkan. Selepas itu, beberapa penambahbaikan laluan ini termasuk tindak balas pemeluwapan piridin dengan 2-oxourea, dan penggunaan 1,3-dioxepane sebagai perantaraan, dsb.
1.2 Mengambil aminoketone sebagai laluan sintetik bahan permulaan:
Selain laluan sintetik menggunakan 5-chlorouracil sebagai bahan permulaan, terdapat juga kaedah yang lebih ringkas menggunakan aminoketone sebagai bahan permulaan. Dalam laluan sintetik ini, urease (Urease) digunakan sebagai agen penggerak untuk menghidrolisis asid urik kepada asid diaminoacetic, dan kemudian memperoleh aminoketone dalam keadaan alkali. Pengoksidaan seterusnya aminoketone kepada kumpulan acyloxy di bawah pemangkinan hidrogen iodida memberikan Uracil. Kaedah ini mempunyai ekonomi atom yang tinggi dan keramahan alam sekitar, dan merupakan kaedah sintesis selaras dengan kimia hijau.
2. Sintesis mikrob:
Sintesis mikrob merujuk kepada sintesis Uracil melalui laluan metabolik mikrob. Secara semula jadi, Uracil adalah metabolit yang dihasilkan oleh eukariota dan bakteria melalui metabolisme asid deoksiribonukleik (DNA) dan asid ribonukleik (RNA).
Dalam sintesis mikrob, asid urik biasanya digunakan sebagai bahan permulaan, dan Uracil akhirnya disintesis melalui metabolisme pelbagai langkah. Contohnya adalah seperti berikut:
Dalam laluan ini, asid urik diuraikan menjadi urea dan piruvat melalui pemangkinan ureidase; seterusnya, piruvat ditukar kepada urasil dengan penyertaan pelbagai enzim seperti karboksilase dan karboksilasi-dekarbonilase, dan seterusnya Tindak balas Uracil diperoleh melalui laluan amida asid pantotenik. Mekanisme enzimatik kebanyakan mikroorganisma untuk mensintesis Uracil berkait rapat dengan laluan metabolik amida asid pantotenik.
Selain itu, terdapat laporan mengenai pembinaan bakteria kejuruteraan untuk mensintesis Uracil melalui kejuruteraan genetik, seperti penggunaan hidroksibutirat-3-karboksilat hidroksilase (HPCDH) yang membentuk asid glikolik dalam Escherichia coli (E.coli) dan penceraian. hingga 9 Dengan penyertaan enzim seperti dekarboksilase asid piruvat (PDH-E2) lipoil koenzim A, biosintesis Uracil dalam bakteria kejuruteraan direalisasikan buat kali pertama menggunakan asid suksinik dan sebatian amino sebagai bahan mentah.
3. Sintesis bermangkin enzim:
Kaedah sintesis bermangkin enzim menggunakan tindak balas bermangkin enzim untuk mensintesis Uracil, yang mempunyai kelebihan keramahan alam sekitar dan keadaan tindak balas yang ringan. Beberapa enzim telah ditemui untuk memangkinkan sintesis Uracil, terutamanya termasuk: Enzim Uracil, urease dan urease. Berikut adalah dua contoh:
3.1 Sintesis bermangkin enzim Uracil:
Enzim urasil boleh memangkinkan tindak balas urasil dan sebatian lain melalui pengisomeran -racemization untuk mendapatkan Uracil. Antaranya, urasil merupakan sebatian yang banyak wujud dalam sistem biologi dan mempunyai prospek untuk digunakan secara meluas. Kedua-dua Saccharomyces cerevisiae dan Escherichia coli mengandungi enzim Uracil, yang mempunyai ruang aplikasi yang luas. Dengan mempelbagaikan substrat tindak balas, contohnya menggunakan substrat yang berbeza seperti laktat threonine dan uracil, kedua-dua kecekapan dan pengedaran produk boleh diubah.
3.2 Sintesis yang dimangkin oleh urease:
Kaedah sintesis bermangkin enzim Uracil juga termasuk tindak balas pemangkin urease. Urease ialah enzim yang boleh memangkinkan penukaran urea kepada urea dan ammonia, di mana urea boleh bertindak balas selanjutnya untuk menghasilkan Uracil. Dengan memilih substrat urea yang berbeza, seperti urea dan fenilurea, dan mengubah keadaan pemangkin tindak balas, sintesis skala makmal Uracil dapat direalisasikan.
Ringkasnya, Uracil boleh disintesis dalam pelbagai cara, termasuk sintesis kimia klasik, sintesis mikrob dan sintesis bermangkin enzim. Kaedah sintetik ini mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam bidang yang berbeza, dan juga menyediakan pelbagai pilihan untuk pengeluaran Uracil secara besar-besaran.
Sifat kimia:
1. Tautomerisme keto-alkohol: Dalam larutan akueus, urasil dan tautomernya, hidrogen urasil, bertukar menjadi satu sama lain melalui pengaruh satu perbezaan proton.
2. N-glikosilasi: Urasil boleh dimetil-glikosilasi untuk menghasilkan 5-methyluracil.
3. Alkilasi: Dalam keadaan beralkali, urasil boleh dialkilasi, biasanya menggunakan agen metilasi metil metil karbonat.
4. Carboxymethylation: Kumpulan karboksil boleh digabungkan dengan urasil melalui carboxymethylation.
Sifat reaktif:
1. Tindak balas hidrolisis beralkali: Di bawah keadaan beralkali, urasil boleh dihidrolisiskan kepada asid urasil, yang merupakan cara degradasi DNA.
2. Tindak balas pengoksidaan: Uracil boleh dioksidakan dan ditukar kepada 5-hydroxyuracil, iaitu produk biasa yang terbentuk semasa kerosakan DNA.
3. Tindak balas deaminasi: Uracil boleh menghasilkan trihydrouracil melalui tindak balas deaminasi.
4. Tindak balas aminasi: Uracil boleh ditukar menjadi perantara untuk sintesis asid acetaminobenzenesulfonic (ATPS) melalui ammoniasi.
Uracil ialah molekul organik penting yang terlibat dalam pelbagai tindak balas dalam metabolisme sel. Ia mempunyai pelbagai sifat reaktif, termasuk tautomerisasi ketol, N-glikosilasi, alkilasi, karboksimetilasi, dan lain-lain. Selain itu, urasil juga terlibat dalam beberapa tindak balas penting, seperti hidrolisis alkali, pengoksidaan, deaminasi, ammoniasi, dll. Tindak balas ini memberikan kekayaan penyelidikan dan nilai aplikasi. Sebagai contoh, ubat kimia boleh disintesis melalui karboksimetilasi, dan hidrolisis alkali urasil adalah laluan utama untuk degradasi DNA. Kajian-kajian ini memberi kita pemahaman yang mendalam tentang peranan dan kepentingan Uracil. bantuan penting.