Uraciler et vigtigt pyrimidinderivat med en bred vifte af biologiske, medicinske og industrielle anvendelser. Der har været et betydeligt antal forskningsresultater om syntesen af Uracil, herunder kemisk syntese, mikrobiel syntese og enzymkatalyseret syntese. Denne artikel vil introducere de forskellige syntetiske metoder af Uracil i detaljer.
1. Kemisk syntese:
Kemisk syntese er en af de tidligste og mest repræsentative syntetiske metoder for Uracil. Ved kemisk syntese opnås Uracil gennem kondensationsreaktionen af 5-chlorouracil og acetylacetone, med efterfølgende transformationer gennem forskellige reaktioner. Flere klassiske kemiske synteseruter er anført nedenfor:
1.1 Tag 5-chlorouracil som den syntetiske rute for udgangsmateriale:
Den klassiske syntetiske rute med 5-chlorouracil som udgangsmateriale startede fra forskning udført af to videnskabsmænd, Cory og Shepherdson. De syntetiserede Uracil ved at reagere 5-chlorouracil med pyridon eller -ketoester. Senere blev denne syntetiske rute forbedret og optimeret af mange forskere, hvoraf de mest berømte omfatter forskningen fra Khorana og Dorfman et al.
I 1950'erne syntetiserede Khorana-teamet Uracil ved hjælp af 5-chlorouracil og acetylacetone som udgangsmaterialer gennem en fire-trins reaktion. Blandt dem er kondensationsreaktionen af 5-chlorouracil og acetylacetone det centrale trin for at opnå precursoren 5-chlor-2-formyl-4-carboxypyrimidin (CMCP) af Uracil, efterfulgt af reduktion syrekatalyseret ringudspaltning og dehydrering Uracil blev til sidst syntetiseret gennem flertrinsomdannelse i reaktionen.
Dorfman et al. forbedrede den kemiske syntese af 5-chlorouracil ved at bruge natriummethyltrifluormethansulfonat (MeOTf) som katalysator og opnåede CMCP i kondensationsreaktionen, og gennem en kombination af kondensation, decarboxylering og andre reaktioner blev uracil endelig produceret. Efterfølgende omfatter nogle forbedringer af denne rute kondensationsreaktionen af pyridin med 2-oxourea og brugen af 1,3-dioxepan som mellemprodukt osv.
1.2 At tage aminoketon som den syntetiske vej for udgangsmateriale:
Ud over den syntetiske vej med 5-chlorouracil som udgangsmateriale, er der også en mere kortfattet metode, der bruger aminoketon som udgangsmateriale. I denne syntesevej bruges urease (Urease) som drivmiddel til at hydrolysere urinsyre til diaminoeddikesyre og derefter opnå aminoketon under alkaliske forhold. Efterfølgende oxidation af aminoketonen til acyloxygruppen under katalyse af hydrogeniodid giver Uracil. Metoden har høj atomøkonomi og miljøvenlighed, og er en syntesemetode på linje med grøn kemi.
2. Mikrobiel syntese:
Mikrobiel syntese refererer til syntesen af Uracil gennem mikrobielle metaboliske veje. I naturen er Uracil en metabolit produceret af eukaryoter og bakterier gennem metabolismen af deoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA).
Ved mikrobiel syntese bruges urinsyre normalt som udgangsmateriale, og Uracil syntetiseres til sidst gennem flertrinsmetabolisme. Eksempler er som følger:
På denne vej nedbrydes urinsyre til urinstof og pyruvat gennem katalyse af uridase; efterfølgende omdannes pyruvat til uracil med deltagelse af forskellige enzymer såsom carboxylase og carboxylerings-decarbonylase, og den efterfølgende reaktion af uracil opnås gennem pantothensyreamid-vejen. Den enzymatiske mekanisme for de fleste mikroorganismer til at syntetisere Uracil er tæt forbundet med pantothensyreamidets metaboliske vej.
Derudover har der været rapporter om konstruktion af ingeniørbakterier til at syntetisere Uracil gennem genteknologi, såsom brugen af hydroxybutyrat-3-carboxylathydroxylase (HPCDH), der danner glykolsyre i Escherichia coli (E.coli) og dissociation til 9 Med deltagelse af enzymer såsom pyrodruesyredecarboxylase (PDH-E2) af lipoylcoenzym A, blev biosyntesen af Uracil i ingeniørbakterier realiseret for første gang ved at bruge ravsyre og aminoforbindelser som råmaterialer.
3. Enzymkatalyseret syntese:
Enzymkatalyseret syntesemetode anvender enzymkatalyseret reaktion til at syntetisere Uracil, som har fordelene ved miljøvenlighed og milde reaktionsbetingelser. Flere enzymer har vist sig at katalysere syntesen af Uracil, hovedsageligt herunder: Uracil enzym, urease og urease. Her er to eksempler:
3.1 Uracil enzymkatalyseret syntese:
Uracil enzym kan katalysere reaktionen af uracil og andre forbindelser gennem -racemisering isomerisering for at opnå Uracil. Blandt dem er uracil en forbindelse, der i vid udstrækning findes i biologiske systemer og har udsigt til at blive meget brugt. Både Saccharomyces cerevisiae og Escherichia coli indeholder Uracil-enzym, som har et bredt anvendelsesrum. Ved at variere reaktionssubstraterne, for eksempel ved at bruge forskellige substrater såsom lactat-threonin og uracil, kan både effektiviteten og produktfordelingen varieres.
3.2 Syntese katalyseret af urease:
Den enzymkatalyserede syntesemetode af Uracil omfatter også den katalyserede reaktion af urease. Urease er et enzym, der kan katalysere omdannelsen af urinstof til urinstof og ammoniak, hvori urinstof kan reageres yderligere for at producere Uracil. Ved at vælge forskellige urinstofsubstrater, såsom urinstof og phenylurinstof, og ændre de katalytiske betingelser for reaktionen, kan syntesen af Uracil i laboratorieskala realiseres.
Sammenfattende kan Uracil syntetiseres på en række forskellige måder, herunder klassisk kemisk syntese, mikrobiel syntese og enzymkatalyseret syntese. Disse syntetiske metoder har brede anvendelsesmuligheder inden for forskellige områder og giver også flere muligheder for storstilet produktion af Uracil.
Kemiske egenskaber:
1. Keto-alkohol tautomerisme: I vandig opløsning omdannes uracil og dets tautomer, hydrogen uracil, til hinanden ved påvirkning af én protonforskel.
2. N-glycosylering: Uracil kan methyl-glycosyleres for at producere 5-methyluracil.
3. Alkylering: Under alkaliske forhold kan uracil alkyleres, sædvanligvis under anvendelse af methyleringsmidlet methylmethylcarbonat.
4. Carboxymethylering: Carboxylgruppen kan kombineres med uracil gennem carboxymethylering.
Reaktiv karakter:
1. Alkalisk hydrolysereaktion: Under alkaliske forhold kan uracil hydrolyseres til uracilsyre, som er en måde at nedbryde DNA på.
2. Oxidationsreaktion: Uracil kan oxideres og omdannes til 5-hydroxyuracil, som er et almindeligt produkt, der dannes under DNA-skade.
3. Deamineringsreaktion: Uracil kan producere trihydrouracil gennem deamineringsreaktion.
4. Amineringsreaktion: Uracil kan omdannes til et mellemprodukt til syntese af acetaminobenzensulfonsyre (ATPS) ved ammoniering.
Uracil er et vigtigt organisk molekyle involveret i forskellige reaktioner i cellemetabolisme. Det har en række reaktive egenskaber, herunder ketol-tautomerisering, N-glycosylering, alkylering, carboxymethylering osv. Derudover er uracil også involveret i nogle vigtige reaktioner, såsom alkalihydrolyse, oxidation, deaminering, ammoniering osv. Disse reaktioner giver et væld af forsknings- og anvendelsesværdi. For eksempel kan kemiske lægemidler syntetiseres gennem carboxymethylering, og den alkaliske hydrolyse af uracil er en nøglevej for DNA-nedbrydning. Disse undersøgelser giver os en dybdegående forståelse af Uracils rolle og betydning. vigtig hjælp.