Uracileest un important dérivé de la pyrimidine avec un large éventail d'applications biologiques, médicales et industrielles. Il y a eu un nombre considérable de résultats de recherche sur la synthèse de l'uracile, y compris la synthèse chimique, la synthèse microbienne et la synthèse catalysée par des enzymes. Cet article présentera en détail les différentes méthodes de synthèse d'Uracil.
1. Synthèse chimique :
La synthèse chimique est l'une des méthodes de synthèse les plus anciennes et les plus représentatives de l'uracile. En synthèse chimique, l'uracile est obtenu par la réaction de condensation du 5-chlorouracile et de l'acétylacétone, avec des transformations ultérieures par différentes réactions. Plusieurs voies classiques de synthèse chimique sont listées ci-dessous :
1.1 Prenez le 5-chlorouracile comme voie de synthèse du matériau de départ :
La voie de synthèse classique utilisant le 5-chlorouracile comme matériau de départ est née des recherches de deux scientifiques, Cory et Shepherdson. Ils ont synthétisé l'uracile en faisant réagir le 5-chlorouracile avec la pyridone ou le -cétoester. Plus tard, cette voie de synthèse a été améliorée et optimisée par de nombreux chercheurs, dont les plus célèbres incluent les recherches de Khorana et Dorfman et al.
Dans les années 1950, l'équipe de Khorana a synthétisé l'uracile en utilisant le 5-chlorouracile et l'acétylacétone comme matières premières par une réaction en quatre étapes. Parmi eux, la réaction de condensation du 5-chlorouracil et de l'acétylacétone est l'étape principale pour obtenir le précurseur 5-chloro-2-formyl-4-carboxypyrimidine (CMCP) de l'uracile, suivie d'une réduction , scission et déshydratation du cycle catalysées par un acide L'uracile a finalement été synthétisé par conversion en plusieurs étapes dans la réaction.
Dorfman et al. amélioré la synthèse chimique du 5-chlorouracil, en utilisant le méthyltrifluorométhanesulfonate de sodium (MeOTf) comme catalyseur, et obtenu le CMCP dans la réaction de condensation, et grâce à une combinaison de condensation, de décarboxylation et d'autres réactions, l'uracile a finalement été produit. Par la suite, certaines améliorations de cette voie incluent la réaction de condensation de la pyridine avec l'2-oxourée, et l'utilisation du 1,3-dioxépane comme intermédiaire, etc.
1.2 En prenant l'aminocétone comme voie de synthèse du matériau de départ :
En plus de la voie de synthèse utilisant le 5-chlorouracile comme matériau de départ, il existe également une méthode plus concise utilisant l'aminocétone comme matériau de départ. Dans cette voie de synthèse, l'uréase (uréase) est utilisée comme agent moteur pour hydrolyser l'acide urique en acide diaminoacétique, puis obtenir une aminocétone dans des conditions alcalines. L'oxydation ultérieure de l'aminocétone en groupe acyloxy sous la catalyse de l'iodure d'hydrogène donne l'uracile. La méthode présente une économie d'atomes et un respect de l'environnement élevés, et est une méthode de synthèse conforme à la chimie verte.
2. Synthèse microbienne :
La synthèse microbienne fait référence à la synthèse d'uracile par des voies métaboliques microbiennes. Dans la nature, l'uracile est un métabolite produit par les eucaryotes et les bactéries par le métabolisme de l'acide désoxyribonucléique (ADN) et de l'acide ribonucléique (ARN).
Dans la synthèse microbienne, l'acide urique est généralement utilisé comme matériau de départ et l'uracile est finalement synthétisé par un métabolisme en plusieurs étapes. Les exemples sont les suivants :
Dans cette voie, l'acide urique est décomposé en urée et pyruvate par la catalyse de l'uréidase ; par la suite, le pyruvate est converti en uracile avec la participation de diverses enzymes telles que la carboxylase et la carboxylation-décarbonylase, et la réaction ultérieure de l'uracile est obtenue par la voie de l'amide de l'acide pantothénique. Le mécanisme enzymatique de la plupart des micro-organismes pour synthétiser l'uracile est étroitement lié à la voie métabolique de l'amide de l'acide pantothénique.
De plus, il y a eu des rapports sur la construction de bactéries d'ingénierie pour synthétiser l'uracile par génie génétique, comme l'utilisation de l'hydroxybutyrate-3-carboxylate hydroxylase (HPCDH) qui forme de l'acide glycolique dans Escherichia coli (E.coli) et la dissociation à 9 Avec la participation d'enzymes telles que l'acide pyruvique décarboxylase (PDH-E2) du lipoyl coenzyme A, la biosynthèse de l'uracile dans les bactéries d'ingénierie a été réalisée pour la première fois en utilisant l'acide succinique et des composés aminés comme matières premières.
3. Synthèse catalysée par des enzymes :
La méthode de synthèse catalysée par une enzyme utilise une réaction catalysée par une enzyme pour synthétiser l'uracile, qui présente les avantages du respect de l'environnement et des conditions de réaction douces. Plusieurs enzymes se sont avérées catalyser la synthèse de l'uracile, notamment : l'enzyme uracile, l'uréase et l'uréase. Voici deux exemples :
3.1 Synthèse catalysée par l'enzyme uracile :
L'enzyme uracile peut catalyser la réaction de l'uracile et d'autres composés par isomérisation -racémisation pour obtenir l'uracile. Parmi eux, l'uracile est un composé qui existe largement dans les systèmes biologiques et qui a la perspective d'être largement utilisé. Saccharomyces cerevisiae et Escherichia coli contiennent tous deux l'enzyme uracile, qui a un large espace d'application. En faisant varier les substrats de réaction, par exemple en utilisant différents substrats tels que le lactate de thréonine et l'uracile, à la fois l'efficacité et la distribution du produit peuvent être modifiées.
3.2 Synthèse catalysée par l'uréase :
La méthode de synthèse catalysée par une enzyme de l'uracile comprend également la réaction catalysée de l'uréase. L'uréase est une enzyme qui peut catalyser la conversion de l'urée en urée et en ammoniac, l'urée pouvant ensuite être mise à réagir pour produire de l'uracile. En sélectionnant différents substrats d'urée, tels que l'urée et la phénylurée, et en modifiant les conditions catalytiques de la réaction, la synthèse à l'échelle du laboratoire de l'uracile peut être réalisée.
En résumé, l'uracile peut être synthétisé de diverses manières, y compris la synthèse chimique classique, la synthèse microbienne et la synthèse catalysée par des enzymes. Ces méthodes synthétiques ont de larges perspectives d'application dans différents domaines et offrent également de multiples options pour la production à grande échelle d'Uracil.
Propriétés chimiques:
1. Tautomérie céto-alcoolique : en solution aqueuse, l'uracile et son tautomère, l'hydrogène uracile, se transforment l'un dans l'autre sous l'influence d'une différence de proton.
2. N-glycosylation : l'uracile peut être méthyl-glycosylé pour produire du 5-méthyluracile.
3. Alkylation : Dans des conditions alcalines, l'uracile peut être alkylé, généralement en utilisant l'agent de méthylation carbonate de méthyle et de méthyle.
4. Carboxyméthylation : Le groupe carboxyle peut être combiné avec l'uracile par carboxyméthylation.
Caractère réactif :
1. Réaction d'hydrolyse alcaline : Dans des conditions alcalines, l'uracile peut être hydrolysé en acide uracile, qui est un moyen de dégradation de l'ADN.
2. Réaction d'oxydation : l'uracile peut être oxydé et converti en 5-hydroxyuracile, qui est un produit courant formé lors de dommages à l'ADN.
3. Réaction de désamination : L'uracile peut produire du trihydrouracile par réaction de désamination.
4. Réaction d'amination : L'uracile peut être converti en un intermédiaire pour la synthèse de l'acide acétaminobenzènesulfonique (ATPS) par ammoniation.
L'uracile est une molécule organique importante impliquée dans diverses réactions du métabolisme cellulaire. Il a une variété de propriétés réactives, y compris la tautomérisation du cétol, la N-glycosylation, l'alkylation, la carboxyméthylation, etc. De plus, l'uracile est également impliqué dans certaines réactions importantes, telles que l'hydrolyse alcaline, l'oxydation, la désamination, l'ammoniation, etc. Ces réactions fournissent une mine de valeur de recherche et d'application. Par exemple, des médicaments chimiques peuvent être synthétisés par carboxyméthylation, et l'hydrolyse alcaline de l'uracile est une voie clé pour la dégradation de l'ADN. Ces études nous fournissent une compréhension approfondie du rôle et de l'importance d'Uracil. aide importante.