uraciloes un importante derivado de la pirimidina con una amplia gama de aplicaciones biológicas, médicas e industriales. Ha habido un número considerable de resultados de investigación sobre la síntesis de uracilo, incluida la síntesis química, la síntesis microbiana y la síntesis catalizada por enzimas. Este artículo presentará los diversos métodos sintéticos de Uracil en detalle.
1. Síntesis química:
La síntesis química es uno de los primeros y más representativos métodos de síntesis de uracilo. En síntesis química, el uracilo se obtiene mediante la reacción de condensación de 5-clorouracilo y acetilacetona, con las posteriores transformaciones a través de diferentes reacciones. Varias rutas clásicas de síntesis química se enumeran a continuación:
1.1 Tome 5-clorouracilo como la ruta sintética del material de partida:
La ruta sintética clásica que usa 5-clorouracilo como material de partida comenzó con la investigación de dos científicos, Cory y Shepherdson. Sintetizaron uracilo al hacer reaccionar 5-clorouracilo con piridona o -cetoéster. Posteriormente, esta ruta sintética fue mejorada y optimizada por muchos investigadores, los más famosos de los cuales incluyen la investigación de Khorana y Dorfman et al.
En la década de 1950, el equipo de Khorana sintetizó uracilo utilizando 5-clorouracilo y acetilacetona como materiales de partida a través de una reacción de cuatro pasos. Entre ellos, la reacción de condensación de 5-clorouracilo y acetilacetona es el paso central para obtener el precursor 5-cloro-2-formil-4-carboxipirimidina (CMCP) de uracilo, seguido de reducción , escisión del anillo catalizada por ácido y deshidratación Finalmente, se sintetizó uracilo a través de la conversión de varios pasos en la reacción.
Dorfmann et al. mejoró la síntesis química de 5-clorouracilo, usando metiltrifluorometanosulfonato de sodio (MeOTf) como catalizador, y obtuvo CMCP en la reacción de condensación, y mediante una combinación de condensación, descarboxilación y otras reacciones, finalmente se produjo uracilo. Posteriormente, algunas mejoras de esta ruta incluyen la reacción de condensación de piridina con 2-oxourea, y el uso de 1,3-dioxepano como intermedio, etc.
1.2 Tomando aminocetona como la ruta sintética del material de partida:
Además de la ruta sintética que utiliza 5-clorouracilo como material de partida, también existe un método más conciso que utiliza aminocetona como material de partida. En esta ruta sintética, la ureasa (Ureasa) se utiliza como agente impulsor para hidrolizar el ácido úrico a ácido diaminoacético, y luego obtener aminocetona en condiciones alcalinas. La oxidación subsiguiente de la aminocetona al grupo aciloxi bajo la catálisis de yoduro de hidrógeno da Uracil. El método tiene una alta economía de átomos y es amigable con el medio ambiente, y es un método de síntesis en línea con la química verde.
2. Síntesis microbiana:
La síntesis microbiana se refiere a la síntesis de uracilo a través de vías metabólicas microbianas. En la naturaleza, el uracilo es un metabolito producido por eucariotas y bacterias a través del metabolismo del ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).
En la síntesis microbiana, el ácido úrico se usa generalmente como material de partida y el uracilo finalmente se sintetiza a través del metabolismo de varios pasos. Los ejemplos son los siguientes:
En esta ruta, el ácido úrico se descompone en urea y piruvato mediante la catálisis de la ureidasa; posteriormente, el piruvato se convierte en uracilo con la participación de diversas enzimas como la carboxilasa y la carboxilación-descarbonilasa, y la posterior reacción del uracilo se obtiene a través de la vía de la amida del ácido pantoténico. El mecanismo enzimático de la mayoría de los microorganismos para sintetizar uracilo está estrechamente relacionado con la vía metabólica de la amida del ácido pantoténico.
Además, ha habido informes sobre la construcción de bacterias de ingeniería para sintetizar uracilo a través de la ingeniería genética, como el uso de hidroxibutirato-3-carboxilato hidroxilasa (HPCDH) que forma ácido glicólico en Escherichia coli (E.coli) y la disociación a 9 Con la participación de enzimas como el ácido pirúvico descarboxilasa (PDH-E2) de la lipoil coenzima A, se realizó por primera vez la biosíntesis de Uracil en bacterias de ingeniería utilizando ácido succínico y compuestos amino como materias primas.
3. Síntesis catalizada por enzimas:
El método de síntesis catalizada por enzimas utiliza una reacción catalizada por enzimas para sintetizar uracilo, que tiene las ventajas de ser respetuoso con el medio ambiente y condiciones de reacción suaves. Se han encontrado varias enzimas que catalizan la síntesis de uracilo, entre las que se incluyen principalmente: enzima uracilo, ureasa y ureasa. Aquí hay dos ejemplos:
3.1 Síntesis catalizada por enzimas de uracilo:
La enzima uracilo puede catalizar la reacción de uracilo y otros compuestos a través de la isomerización de racemización para obtener uracilo. Entre ellos, el uracilo es un compuesto que existe ampliamente en los sistemas biológicos y tiene la perspectiva de ser ampliamente utilizado. Tanto Saccharomyces cerevisiae como Escherichia coli contienen enzima uracilo, que tiene un amplio espacio de aplicación. Al variar los sustratos de reacción, por ejemplo usando diferentes sustratos como lactato, treonina y uracilo, se puede variar tanto la eficiencia como la distribución del producto.
3.2 Síntesis catalizada por ureasa:
El método de síntesis catalizada por enzimas de Uracil también incluye la reacción catalizada de la ureasa. La ureasa es una enzima que puede catalizar la conversión de urea en urea y amoníaco, donde la urea puede reaccionar aún más para producir uracilo. Seleccionando diferentes sustratos de urea, como urea y fenilurea, y cambiando las condiciones catalíticas de la reacción, se puede realizar la síntesis de uracilo a escala de laboratorio.
En resumen, el uracilo se puede sintetizar de diversas formas, incluida la síntesis química clásica, la síntesis microbiana y la síntesis catalizada por enzimas. Estos métodos sintéticos tienen amplias perspectivas de aplicación en diferentes campos y también brindan múltiples opciones para la producción a gran escala de uracilo.
Propiedades químicas:
1. Tautomería de ceto-alcohol: en solución acuosa, el uracilo y su tautómero, el uracilo de hidrógeno, se transforman entre sí mediante la influencia de una diferencia de protones.
2. N-glicosilación: el uracilo se puede metilglicosilar para producir 5-metiluracilo.
3. Alquilación: en condiciones alcalinas, el uracilo se puede alquilar, generalmente utilizando el agente de metilación metil carbonato de metilo.
4. Carboximetilación: el grupo carboxilo se puede combinar con uracilo mediante carboximetilación.
Naturaleza reactiva:
1. Reacción de hidrólisis alcalina: en condiciones alcalinas, el uracilo se puede hidrolizar a ácido de uracilo, que es una forma de degradación del ADN.
2. Reacción de oxidación: el uracilo puede oxidarse y convertirse en 5-hidroxiuracilo, que es un producto común que se forma durante el daño del ADN.
3. Reacción de desaminación: Uracil puede producir trihidrouracilo a través de la reacción de desaminación.
4. Reacción de aminación: el uracilo se puede convertir en un intermediario para la síntesis de ácido acetaminobencenosulfónico (ATPS) mediante amoníaco.
El uracilo es una molécula orgánica importante involucrada en varias reacciones en el metabolismo celular. Tiene una variedad de propiedades reactivas, que incluyen tautomerización de cetol, N-glicosilación, alquilación, carboximetilación, etc. Además, el uracilo también participa en algunas reacciones importantes, como hidrólisis alcalina, oxidación, desaminación, amoníaco, etc. Estas reacciones proporcionan una gran cantidad de valor de investigación y aplicación. Por ejemplo, los fármacos químicos se pueden sintetizar a través de la carboximetilación, y la hidrólisis alcalina del uracilo es una vía clave para la degradación del ADN. Estos estudios nos brindan una comprensión profunda del papel y la importancia de Uracil. ayuda importante