Урацилје важан дериват пиримидина са широким спектром биолошких, медицинских и индустријских примена. Постојао је значајан број резултата истраживања о синтези Урацила, укључујући хемијску синтезу, микробну синтезу и синтезу катализовану ензимима. Овај чланак ће детаљно представити различите синтетичке методе Урацила.
1. Хемијска синтеза:
Хемијска синтеза је једна од најранијих и најрепрезентативнијих синтетичких метода Урацила. У хемијској синтези, урацил се добија реакцијом кондензације 5-хлороурацила и ацетилацетона, уз накнадне трансформације кроз различите реакције. Неколико класичних путева хемијске синтезе је наведено у наставку:
1.1 Узмите 5-хлорурацил као синтетички пут почетног материјала:
Класични синтетички пут који користи 5-хлороурацил као почетни материјал почео је истраживањем два научника, Корија и Шепердсона. Они су синтетизовали Урацил реаговањем 5-хлороурацила са пиридоном или -кетоестром. Касније су овај синтетички пут побољшали и оптимизовали многи истраживачи, од којих су најпознатији истраживања Кхоране и Дорфмана ет ал.
Педесетих година прошлог века, Кхорана тим је синтетизовао Урацил користећи 5-хлороурацил и ацетилацетон као почетне материјале кроз реакцију у четири корака. Међу њима, реакција кондензације 5-хлороурацила и ацетилацетона је кључни корак за добијање прекурсора 5-хлоро-2-формил-4-карбоксипиримидина (ЦМЦП) урацила, након чега следи редукција , киселином катализовано сечење прстена и дехидратација Урацил је коначно синтетизован кроз конверзију у више корака у реакцији.
Дорфман ет ал. побољшао хемијску синтезу 5-хлороурацила, користећи натријум метилтрифлуорометансулфонат (МеОТф) као катализатор, и добио ЦМЦП у реакцији кондензације, а комбинацијом кондензације, декарбоксилације и других реакција коначно је произведен Урацил. Након тога, нека побољшања овог пута укључују реакцију кондензације пиридина са 2-оксоуреом и употребу 1,3-диоксепана као интермедијера итд.
1.2 Узимање аминокетона као синтетичког пута почетног материјала:
Поред синтетичког пута који користи 5-хлороурацил као почетни материјал, постоји и сажетији метод који користи аминокетон као почетни материјал. У овој синтетичкој рути, уреаза (Уреаза) се користи као покретачко средство за хидролизу мокраћне киселине у диаминосирћетну киселину, а затим добијање аминокетона у алкалним условима. Накнадна оксидација аминокетона у ацилокси групу под катализом јодоводоника даје Урацил. Метода има високу економичност атома и еколошку прихватљивост, и представља метод синтезе у складу са зеленом хемијом.
2. Микробна синтеза:
Микробна синтеза се односи на синтезу Урацила путем микробних метаболичких путева. У природи, Урацил је метаболит који производе еукариоти и бактерије путем метаболизма дезоксирибонуклеинске киселине (ДНК) и рибонуклеинске киселине (РНА).
У микробној синтези, мокраћна киселина се обично користи као почетни материјал, а урацил се коначно синтетише кроз вишестепени метаболизам. Примери су следећи:
На овом путу, мокраћна киселина се разлаже на уреу и пируват кроз катализу уреидазе; затим, пируват се претвара у урацил уз учешће различитих ензима као што су карбоксилаза и карбоксилација-декарбонилаза, а накнадна реакција урацила се добија путем амида пантотенске киселине. Ензимски механизам већине микроорганизама да синтетише урацил је уско повезан са метаболичким путем амида пантотенске киселине.
Поред тога, било је извештаја о изградњи инжењерских бактерија за синтезу Урацила путем генетског инжењеринга, као што је употреба хидроксибутират-3-карбоксилат хидроксилазе (ХПЦДХ) која формира гликолну киселину у Есцхерицхиа цоли (Е.цоли) и дисоцијацију до 9 Уз учешће ензима као што је декарбоксилаза пирогрожђане киселине (ПДХ-Е2) липоил коензима А, по први пут је реализована биосинтеза Урацила у инжењерским бактеријама коришћењем јантарне киселине и амино једињења као сировина.
3. Ензимски катализована синтеза:
Метода синтезе катализоване ензима користи реакцију катализовану ензимима за синтезу Урацила, који има предности еколошке прихватљивости и благих услова реакције. Утврђено је да неколико ензима катализује синтезу Урацила, углавном укључујући: Урацил ензим, уреазу и уреазу. Ево два примера:
3.1 Синтеза катализована ензимом урацила:
Урацил ензим може катализовати реакцију урацила и других једињења кроз изомеризацију рацемизације да би се добио Урацил. Међу њима, урацил је једињење које је широко распрострањено у биолошким системима и има изгледе за широку употребу. И Саццхаромицес церевисиае и Есцхерицхиа цоли садрже ензим Урацил, који има широк простор за примену. Варирањем реакционих супстрата, на пример коришћењем различитих супстрата као што су лактат треонин и урацил, и ефикасност и дистрибуција производа могу да варирају.
3.2 Синтеза катализована уреазом:
Ензимски катализована метода синтезе Урацила такође укључује катализовану реакцију уреазе. Уреаза је ензим који може катализовати претварање урее у уреу и амонијак, при чему уреа може даље реаговати да би се произвео Урацил. Избором различитих супстрата урее, као што су уреа и фенилуреа, и променом каталитичких услова реакције, може се реализовати синтеза Урацила у лабораторијским размерама.
Укратко, Урацил се може синтетизовати на различите начине, укључујући класичну хемијску синтезу, микробну синтезу и синтезу катализовану ензимима. Ове синтетичке методе имају широку перспективу примене у различитим областима, а такође пружају више опција за производњу Урацила великих размера.
Хемијска својства:
1. Кето-алкохол таутомеризам: У воденом раствору, урацил и његов таутомер, водоник урацил, се трансформишу један у други под утицајем једне протонске разлике.
2. Н-гликозилација: Урацил може бити метил-гликозилиран да би се произвео 5-метилурацил.
3. Алкилација: У алкалним условима, урацил се може алкиловати, обично коришћењем агенса за метилацију метил метил карбоната.
4. Карбоксиметилација: Карбоксилна група се може комбиновати са урацилом путем карбоксиметилације.
Реактивна природа:
1. Реакција алкалне хидролизе: Под алкалним условима, урацил може бити хидролизован у урацилну киселину, што је начин деградације ДНК.
2. Реакција оксидације: Урацил се може оксидовати и конвертовати у 5-хидроксиурацил, који је уобичајен производ који настаје током оштећења ДНК.
3. Реакција деаминације: Урацил може произвести трихидроурацил кроз реакцију деаминације.
4. Реакција аминације: Урацил се може претворити у интермедијер за синтезу ацетаминобензенсулфонске киселине (АТПС) амонијом.
Урацил је важан органски молекул укључен у различите реакције у ћелијском метаболизму. Има низ реактивних својстава, укључујући таутомеризацију кетола, Н-гликозилацију, алкилацију, карбоксиметилацију, итд. Поред тога, урацил је такође укључен у неке важне реакције, као што су алкална хидролиза, оксидација, деаминација, амонација, итд. Ове реакције обезбеђују богата вредност истраживања и примене. На пример, хемијски лекови се могу синтетизовати карбоксиметилацијом, а алкална хидролиза урацила је кључни пут за деградацију ДНК. Ове студије нам пружају дубинско разумевање улоге и значаја Урацила. важна помоћ.