uraciloé um importante derivado de pirimidina com uma ampla gama de aplicações biológicas, médicas e industriais. Houve um número considerável de resultados de pesquisa sobre a síntese de Uracil, incluindo síntese química, síntese microbiana e síntese catalisada por enzimas. Este artigo apresentará os vários métodos sintéticos de Uracil em detalhes.
1. Síntese química:
A síntese química é um dos métodos sintéticos mais antigos e representativos do Uracil. Na síntese química, o Uracil é obtido através da reação de condensação de 5-clorouracil e acetilacetona, com subsequentes transformações através de diferentes reações. Várias rotas clássicas de síntese química estão listadas abaixo:
1.1 Tome 5-clorouracil como a rota sintética do material de partida:
A rota sintética clássica usando 5-clorouracil como material de partida começou com a pesquisa de dois cientistas, Cory e Shepherdson. Eles sintetizaram Uracil reagindo 5-clorouracil com piridona ou -cetoéster. Mais tarde, essa rota sintética foi aprimorada e otimizada por muitos pesquisadores, sendo os mais famosos os de Khorana e Dorfman et al.
Na década de 1950, a equipe de Khorana sintetizou o Uracil usando 5-clorouracil e acetilacetona como materiais de partida por meio de uma reação de quatro etapas. Entre eles, a reação de condensação de 5-clorouracil e acetilacetona é a etapa central para obter o precursor 5-cloro-2-formil-4-carboxipirimidina (CMCP) de Uracil, seguido de redução , cisão do anel catalisada por ácido e desidratação O uracil foi finalmente sintetizado através da conversão em várias etapas na reação.
Dorfman e outros. melhorou a síntese química de 5-clorouracil, usando metiltrifluorometanossulfonato de sódio (MeOTf) como catalisador e obteve CMCP na reação de condensação e, por meio de uma combinação de condensação, descarboxilação e outras reações, Uracil foi finalmente produzido. Posteriormente, algumas melhorias desta rota incluem a reação de condensação da piridina com 2-oxouréia e o uso de 1,3-dioxepano como intermediário, etc.
1.2 Tomando aminocetona como a rota sintética do material de partida:
Além da rota sintética usando 5-clorouracil como material de partida, há também um método mais conciso usando aminocetona como material de partida. Nesta rota sintética, a urease (Urease) é usada como agente condutor para hidrolisar o ácido úrico a ácido diaminoacético e, em seguida, obter a aminocetona em condições alcalinas. A oxidação subseqüente da aminocetona ao grupo aciloxi sob a catálise de iodeto de hidrogênio dá Uracil. O método tem alta economia de átomos e respeito ao meio ambiente, e é um método de síntese em linha com a química verde.
2. Síntese microbiana:
A síntese microbiana refere-se à síntese de Uracil através de vias metabólicas microbianas. Na natureza, o Uracil é um metabólito produzido por eucariotos e bactérias através do metabolismo do ácido desoxirribonucléico (DNA) e do ácido ribonucléico (RNA).
Na síntese microbiana, o ácido úrico é geralmente usado como material de partida e o Uracil é finalmente sintetizado através do metabolismo em várias etapas. Os exemplos são os seguintes:
Nessa rota, o ácido úrico é decomposto em uréia e piruvato pela catálise da ureidase; posteriormente, o piruvato é convertido em uracil com a participação de várias enzimas, como carboxilase e carboxilação-descarbonilase, e a reação subsequente do uracil é obtida pela via da amida do ácido pantotênico. O mecanismo enzimático da maioria dos microorganismos para sintetizar Uracil está intimamente relacionado com a via metabólica da amida do ácido pantotênico.
Além disso, há relatos sobre a construção de bactérias de engenharia para sintetizar Uracil por meio de engenharia genética, como o uso de hidroxibutirato-3-carboxilato hidroxilase (HPCDH) que forma ácido glicólico em Escherichia coli (E.coli) e dissociação a 9 Com a participação de enzimas como o ácido pirúvico descarboxilase (PDH-E2) da lipoil coenzima A, a biossíntese de Uracil em bactérias de engenharia foi realizada pela primeira vez usando ácido succínico e compostos amino como matérias-primas.
3. Síntese catalisada por enzimas:
O método de síntese catalisada por enzima utiliza reação catalisada por enzima para sintetizar Uracil, que tem as vantagens de compatibilidade ambiental e condições de reação suaves. Várias enzimas foram encontradas para catalisar a síntese de Uracil, incluindo principalmente: Enzima Uracil, urease e urease. Aqui estão dois exemplos:
3.1 Síntese catalisada pela enzima uracil:
A enzima Uracil pode catalisar a reação de uracil e outros compostos através da isomerização -racemização para obter Uracil. Dentre eles, o uracil é um composto que existe amplamente em sistemas biológicos e tem perspectiva de ser amplamente utilizado. Tanto a Saccharomyces cerevisiae quanto a Escherichia coli contêm a enzima Uracil, que tem um amplo espaço de aplicação. Ao variar os substratos da reação, por exemplo, usando diferentes substratos, como lactato treonina e uracil, tanto a eficiência quanto a distribuição do produto podem ser variadas.
3.2 Síntese catalisada por urease:
O método de síntese catalisada por enzima de Uracil também inclui a reação catalisada de urease. A urease é uma enzima que pode catalisar a conversão de ureia em ureia e amônia, em que a ureia pode reagir posteriormente para produzir Uracil. Ao selecionar diferentes substratos de uréia, como uréia e fenilureia, e alterar as condições catalíticas da reação, a síntese de Uracil em escala laboratorial pode ser realizada.
Em resumo, o Uracil pode ser sintetizado de várias maneiras, incluindo síntese química clássica, síntese microbiana e síntese catalisada por enzimas. Esses métodos sintéticos têm amplas perspectivas de aplicação em diferentes campos e também oferecem várias opções para a produção em larga escala de Uracil.
Propriedades quimicas:
1. Tautomerismo de ceto-álcool: Em solução aquosa, o uracilo e seu tautômero, o hidrogênio uracilo, são transformados um no outro pela influência de uma diferença de próton.
2. N-glicosilação: Uracil pode ser metil-glicosilado para produzir 5-metiluracil.
3. Alquilação: Em condições alcalinas, o uracilo pode ser alquilado, geralmente usando o agente de metilação metil metil carbonato.
4. Carboximetilação: O grupo carboxila pode ser combinado com uracila através da carboximetilação.
Natureza reativa:
1. Reação de hidrólise alcalina: Em condições alcalinas, o uracil pode ser hidrolisado em ácido uracil, que é uma forma de degradação do DNA.
2. Reação de oxidação: O uracil pode ser oxidado e convertido em 5-hidroxiuracil, que é um produto comum formado durante danos ao DNA.
3. Reação de desaminação: O uracil pode produzir trihidrouracil através da reação de desaminação.
4. Reação de aminação: O uracil pode ser convertido em um intermediário para a síntese do ácido acetaminobenzenossulfônico (ATPS) por amonização.
O uracil é uma importante molécula orgânica envolvida em diversas reações do metabolismo celular. Possui uma variedade de propriedades reativas, incluindo tautomerização de cetol, N-glicosilação, alquilação, carboximetilação, etc. Além disso, o uracil também está envolvido em algumas reações importantes, como hidrólise alcalina, oxidação, desaminação, amonização, etc. uma riqueza de pesquisa e valor de aplicação. Por exemplo, drogas químicas podem ser sintetizadas através da carboximetilação, e a hidrólise alcalina do uracil é uma via chave para a degradação do DNA. Esses estudos nos fornecem uma compreensão profunda do papel e significado do Uracil. ajuda importante.