Uratsiilon oluline pürimidiini derivaat, millel on lai valik bioloogilisi, meditsiinilisi ja tööstuslikke rakendusi. Uratsiili sünteesi, sealhulgas keemilise sünteesi, mikroobse sünteesi ja ensüümkatalüüsitud sünteesi kohta on tehtud palju uurimistulemusi. See artikkel tutvustab üksikasjalikult Uracili erinevaid sünteetilisi meetodeid.
1. Keemiline süntees:
Keemiline süntees on üks varasemaid ja esinduslikumaid Uratsiili sünteesimeetodeid. Keemilises sünteesis saadakse Uratsiili 5-klorouratsiili ja atsetüülatsetooni kondensatsioonireaktsiooni kaudu, millele järgneb muundamine erinevate reaktsioonide kaudu. Allpool on loetletud mitu klassikalist keemilise sünteesi teed:
1.1 Lähteaine sünteesimeetodiks kasutage 5-klorouratsiili:
Klassikaline sünteesitee, milles kasutati lähteainena 5-klorouratsiili, sai alguse kahe teadlase Cory ja Shepherdsoni uurimistööst. Nad sünteesisid Uratsiili, pannes 5-klorouratsiili reageerima püridooni või -ketoestriga. Hiljem täiustasid ja optimeerisid seda sünteetilist marsruuti paljud teadlased, millest tuntuimate hulka kuuluvad Khorana ja Dorfmani jt uuringud.
1950. aastatel sünteesis Khorana meeskond Uratsiili, kasutades neljaetapilise reaktsiooni käigus lähteainetena 5-klorouratsiili ja atsetüülatsetooni. Nende hulgas on 5-klorouratsiili ja atsetüülatsetooni kondensatsioonireaktsioon põhietapp Uratsiili prekursori 5-kloro-2-formüül-4-karboksüpürimidiini (CMCP) saamiseks, millele järgneb redutseerimine. , happega katalüüsitud tsükli lõhenemine ja dehüdratsioon Uratsiil sünteesiti lõpuks reaktsioonis mitmeastmelise muundamise teel.
Dorfman et al. parandas 5-klorouratsiili keemilist sünteesi, kasutades katalüsaatorina naatriummetüültrifluorometaansulfonaati (MeOTf), ja sai kondensatsioonireaktsioonis CMCP-d ning kondensatsiooni, dekarboksüülimise ja muude reaktsioonide kombinatsiooni abil saadi lõpuks Uratsiil. Seejärel on selle tee mõned täiustused hõlmavad püridiini kondensatsioonireaktsiooni 2-oksouureaga ja 1,3-dioksepaani kasutamist vaheühendina jne.
1.2 Aminoketooni kasutamine lähtematerjali sünteesimeetodina:
Lisaks 5-klorouratsiili lähteainena kasutavale sünteesimeetodile on olemas ka lakoonilisem meetod, mis kasutab lähteainena aminoketooni. Sellel sünteetilisel teel kasutatakse ureaasi (Urease) käivitava ainena kusihappe hüdrolüüsimisel diaminoäädikhappeks ja seejärel aminoketooni saamiseks leeliselistes tingimustes. Aminoketooni järgnev oksüdeerimine atsüüloksürühmaks vesinikjodiidi katalüüsil annab Uratsiili. Meetod on kõrge aatomisäästlikkuse ja keskkonnasõbralikkusega ning on rohelise keemiaga kooskõlas olev sünteesimeetod.
2. Mikroobide süntees:
Mikroobide süntees viitab Uratsiili sünteesile mikroobide metaboolsete radade kaudu. Looduses on Uratsiil metaboliit, mida toodavad eukarüootid ja bakterid desoksüribonukleiinhappe (DNA) ja ribonukleiinhappe (RNA) metabolismi kaudu.
Mikroobses sünteesis kasutatakse tavaliselt lähteainena kusihapet ja lõpuks sünteesitakse uratsiil mitmeastmelise metabolismi kaudu. Näited on järgmised.
Sel teel lagundatakse kusihape ureidaasi katalüüsi kaudu uureaks ja püruvaadiks; seejärel muudetakse püruvaat uratsiiliks mitmesuguste ensüümide, nagu karboksülaasi ja karboksüleerimis-dekarbonülaasi osalusel, ning sellele järgnev Uratsiili reaktsioon saadakse pantoteenhappeamiidi raja kaudu. Enamiku mikroorganismide ensümaatiline mehhanism Uratsiili sünteesimiseks on tihedalt seotud pantoteenhappeamiidi metaboolse rajaga.
Lisaks on teatatud insenerbakterite ehitamisest, et sünteesida Uratsiili geenitehnoloogia abil, näiteks hüdroksübutüraat-3-karboksülaathüdroksülaasi (HPCDH) kasutamine, mis moodustab glükoolhapet Escherichia colis (E.coli) ja dissotsiatsioon. kuni 9 Selliste ensüümide nagu lipoüülkoensüümi A püroviinamarihappe dekarboksülaas (PDH-E2) osalusel viidi Uratsiili biosüntees insenerbakterites esimest korda läbi, kasutades toorainena merevaikhapet ja aminoühendeid.
3. Ensüümkatalüüsitud süntees:
Ensüümkatalüüsitud sünteesimeetodis kasutatakse Uratsiili sünteesimiseks ensüümi katalüüsitud reaktsiooni, mille eeliseks on keskkonnasõbralikkus ja leebed reaktsioonitingimused. On leitud, et Uratsiili sünteesi katalüüsivad mitmed ensüümid, sealhulgas: Uratsiili ensüüm, ureaas ja ureaas. Siin on kaks näidet.
3.1 Uratsiili ensüümkatalüüsitud süntees:
Uratsiili ensüüm võib katalüüsida uratsiili ja teiste ühendite reaktsiooni ratseemia isomeerimise teel, et saada uratsiili. Nende hulgas on uratsiil ühend, mis eksisteerib laialdaselt bioloogilistes süsteemides ja mida võib laialdaselt kasutada. Nii Saccharomyces cerevisiae kui ka Escherichia coli sisaldavad ensüümi Uracil, millel on lai kasutusala. Reaktsiooni substraate muutes, näiteks kasutades erinevaid substraate, nagu laktaattreoniin ja uratsiil, saab muuta nii tõhusust kui ka produktide jaotust.
3.2 Ureaasi katalüüsitav süntees:
Uratsiili ensüümkatalüüsitud sünteesimeetod hõlmab ka ureaasi katalüüsitud reaktsiooni. Ureaas on ensüüm, mis võib katalüüsida karbamiidi muundumist uureaks ja ammoniaagiks, kusjuures uurea saab edasi reageerida, et toota Uratsiili. Valides erinevaid uureasubstraate, nagu uurea ja fenüüluurea, ning muutes reaktsiooni katalüütilisi tingimusi, saab teostada Uratsiili laboratoorse sünteesi.
Kokkuvõttes võib Uratsiili sünteesida mitmel viisil, sealhulgas klassikalise keemilise sünteesi, mikroobse sünteesi ja ensüümkatalüüsitud sünteesi teel. Nendel sünteetilistel meetoditel on laialdased kasutusvõimalused erinevates valdkondades ja need pakuvad ka mitmeid võimalusi Uratsili suuremahuliseks tootmiseks.
Keemilised omadused:
1. Keto-alkoholi tautomeeria: vesilahuses muunduvad uratsiil ja selle tautomeer vesinikuratsiil üksteiseks ühe prootonite erinevuse mõjul.
2. N-glükosüülimine: Uratsiili saab metüülglükosüülida, saades 5-metüüluratsiili.
3. Alküleerimine: leeliselistes tingimustes saab uratsiili alküülida, kasutades tavaliselt metüleerivat ainet metüülmetüülkarbonaati.
4. Karboksümetüülimine: karboksüülrühma saab ühendada uratsiiliga karboksümetüülimise teel.
Reaktiivne olemus:
1. Leeliseline hüdrolüüsi reaktsioon: leeliselistes tingimustes saab uratsiili hüdrolüüsida uratsiilhappeks, mis on DNA lagunemise viis.
2. Oksüdatsioonireaktsioon: Uratsiili saab oksüdeerida ja muuta 5-hüdroksüuratsiiliks, mis on tavaline DNA kahjustuse käigus tekkiv toode.
3. Deamineerimisreaktsioon: Uratsiil võib deamineerimisreaktsiooni kaudu toota trihüdrouratsiili.
4. Amineerimisreaktsioon: Uratsiili saab ammoniaagiga muuta vaheühendiks atsetaminobenseensulfoonhappe (ATPS) sünteesil.
Uratsiil on oluline orgaaniline molekul, mis osaleb rakkude metabolismi erinevates reaktsioonides. Sellel on mitmesugused reaktiivsed omadused, sealhulgas ketooli tautomerisatsioon, N-glükosüülimine, alküülimine, karboksümetüülimine jne. Lisaks osaleb uratsiil ka mõnes olulises reaktsioonis, nagu leeliseline hüdrolüüs, oksüdatsioon, deamineerimine, ammoniaak jne. Need reaktsioonid tagavad hulgaliselt uurimis- ja rakendusväärtust. Näiteks saab keemilisi ravimeid sünteesida karboksümetüülimise teel ja uratsiili leeliseline hüdrolüüs on DNA lagunemise võtmetee. Need uuringud annavad meile põhjaliku ülevaate Uracili rollist ja tähtsusest. oluline abi.