אורצילהיא נגזרת פירמידין חשובה עם מגוון רחב של יישומים ביולוגיים, רפואיים ותעשייתיים. היו מספר לא מבוטל של תוצאות מחקר על סינתזה של Uracil, כולל סינתזה כימית, סינתזה מיקרוביאלית וסינתזה מזורזת אנזים. מאמר זה יציג את השיטות הסינתטיות השונות של Uracil בפירוט.
1. סינתזה כימית:
סינתזה כימית היא אחת השיטות הסינתטיות המוקדמות והמייצגות ביותר של Uracil. בסינתזה כימית, Uracil מתקבל באמצעות תגובת עיבוי של 5-כלורוראציל ואצטילאצטון, עם טרנספורמציות שלאחר מכן באמצעות תגובות שונות. להלן מספר מסלולי סינתזה כימית קלאסיים:
1.1 קח את 5-כלורוראציל בתור המסלול הסינטטי של חומר מוצא:
המסלול הסינטטי הקלאסי באמצעות 5-כלורוראציל כחומר המוצא התחיל ממחקרם של שני מדענים, קורי ושפרדסון. הם סינתזו Uracil על ידי תגובה של 5-כלורוראציל עם פירידון או -קטואסטר. מאוחר יותר, מסלול סינתטי זה שופר ואופטימיזציה על ידי חוקרים רבים, שהמפורסמים שבהם כוללים את המחקר של Khorana ו-Dorfman et al.
בשנות ה-50, צוות Khorana סינתז את Uracil באמצעות 5-כלורוראציל ואצטילאצטון כחומרי מוצא באמצעות תגובה בת ארבעה שלבים. ביניהם, תגובת העיבוי של 5-כלורוראציל ואצטילאצטון היא שלב הליבה להשגת המבשר 5-כלורו-2-פורמיל-4-קרבוקסיפירמידין (CMCP) של Uracil, ואחריו הפחתה , ניתוק טבעת מזורזת חומצה והתייבשות Uracil סונתז לבסוף באמצעות המרה רב-שלבית בתגובה.
דורפמן וחב'. שיפר את הסינתזה הכימית של 5-כלורוראציל, תוך שימוש ב-Sodium methyltrifluoromethanesulfonate (MeOTf) כזרז, והשיג CMCP בתגובת העיבוי, ובאמצעות שילוב של עיבוי, דה-קרבוקסילציה ותגובות אחרות נוצר לבסוף Uracil. לאחר מכן, כמה שיפורים במסלול זה כוללים את תגובת העיבוי של פירידין עם 2-אוקסוריאה, והשימוש ב-1,3-דיוקספן כחומר ביניים וכו'.
1.2 נטילת אמינוקטון כדרך הסינטטית של חומר מוצא:
בנוסף למסלול הסינטטי באמצעות 5-כלורוראציל כחומר המוצא, קיימת גם שיטה תמציתית יותר באמצעות אמינוקטון כחומר המוצא. במסלול סינתטי זה, urease (Urease) משמש כחומר מניע להידרוליזה של חומצת שתן לחומצה דיאמינואצטית, ולאחר מכן להשיג אמינוקטון בתנאים אלקליים. חמצון שלאחר מכן של האמינוקטון לקבוצת האצילוקס תחת קטליזה של מימן יודיד נותן Uracil. השיטה בעלת חסכון אטום גבוה וידידותיות לסביבה, והיא שיטת סינתזה בהתאם לכימיה ירוקה.
2. סינתזה של חיידקים:
סינתזה מיקרוביאלית מתייחסת לסינתזה של Uracil דרך מסלולים מטבוליים מיקרוביאליים. בטבע, Uracil הוא מטבוליט המיוצר על ידי אוקריוטים וחיידקים באמצעות מטבוליזם של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) וחומצה ריבונוקלאית (RNA).
בסינתזה מיקרוביאלית, חומצת שתן משמשת בדרך כלל כחומר המוצא, ו-Uracil מסונתז לבסוף באמצעות מטבוליזם רב-שלבי. הדוגמאות הן כדלקמן:
במסלול זה, חומצת שתן מתפרקת לאוריאה ולפירובט באמצעות קטליזה של אורידאז; לאחר מכן, פירובט הופך לאורציל בהשתתפות אנזימים שונים כגון קרבוקסילאז וקרבוקסילציה-דקרבונילאז, והתגובה של אורציל מתקבלת לאחר מכן דרך מסלול האמיד של חומצה פנטותנית. המנגנון האנזימטי של רוב המיקרואורגניזמים לסנתז Uracil קשור קשר הדוק למסלול המטבולי של אמיד חומצה פנטותנית.
בנוסף, היו דיווחים על בניית חיידקים הנדסיים לסינתזה של Uracil באמצעות הנדסה גנטית, כגון שימוש ב-hydroxybutyrate-3-carboxylate hydroxylase (HPCDH) שיוצר חומצה גליקולית ב-Escherichia coli (E.coli) ודיסוציאציה עד 9 בהשתתפות אנזימים כגון חומצה פירובית דקרבוקסילאז (PDH-E2) של קו-אנזים ליפואיל A, הביוסינתזה של Uracil בחיידקים הנדסיים התממשה לראשונה תוך שימוש בחומצה סוקסינית ותרכובות אמינו כחומרי גלם.
3. סינתזה מזורזת אנזים:
שיטת סינתזה מזורזת אנזים משתמשת בתגובה מזורזת אנזים כדי לסנתז את Uracil, שיש לו את היתרונות של ידידותיות לסביבה ותנאי תגובה מתונים. נמצאו מספר אנזימים כמזרזים את הסינתזה של Uracil, בעיקר כולל: אנזים Uracil, urease ו-urease. הנה שתי דוגמאות:
3.1 סינתזה מזורזת אנזים אורציל:
אנזים Uracil יכול לזרז את התגובה של uracil ותרכובות אחרות באמצעות איזומריזציה של racemization להשגת Uracil. ביניהם, uracil היא תרכובת הקיימת באופן נרחב במערכות ביולוגיות ויש לה סיכוי להיות בשימוש נרחב. גם Saccharomyces cerevisiae וגם Escherichia coli מכילים אנזים Uracil, בעל חלל יישום רחב. על ידי שינוי מצעי התגובה, למשל שימוש במצעים שונים כגון lactate threonine ו- uracil, ניתן לגוון גם את היעילות וגם את התפלגות המוצר.
3.2 סינתזה מזורזת על ידי אוריאה:
שיטת הסינתזה מזורזת האנזים של Uracil כוללת גם את התגובה המזוזת של אוריאה. Urease הוא אנזים שיכול לזרז את ההמרה של אוריאה לאוריאה ואמוניה, שבו אוריאה ניתן להגיב עוד יותר לייצור אורציל. על ידי בחירת מצעי אוריאה שונים, כגון אוריאה ופנילאוריאה, ושינוי התנאים הקטליטיים של התגובה, ניתן לממש את הסינתזה של Uracil בקנה מידה מעבדתי.
לסיכום, Uracil יכול להיות מסונתז במגוון דרכים, כולל סינתזה כימית קלאסית, סינתזה מיקרוביאלית וסינתזה מזורזת אנזים. לשיטות סינתטיות אלו יש סיכויי יישום רחבים בתחומים שונים, וגם מספקות אפשרויות מרובות לייצור בקנה מידה גדול של Uracil.
תכונות כימיות:
1. טאוטומריזם קטו-אלכוהול: בתמיסה מימית, האורציל והטאוטומר שלו, מימן אורציל, הופכים זה לזה באמצעות השפעת הפרש פרוטון אחד.
2. N-glycosylation: ניתן לבצע methyl-glycosylation של Uracil לייצור 5-methyluracil.
3. אלקילציה: בתנאים אלקליים ניתן לאלקיל את האורציל, בדרך כלל באמצעות חומר המתיל מתיל מתיל קרבונט.
4. קרבוקסימתילציה: ניתן לשלב את קבוצת הקרבוקסיל עם אורציל באמצעות קרבוקסימתילציה.
אופי תגובתי:
1. תגובת הידרוליזה אלקלית: בתנאים אלקליים, אורציל יכול לעבור הידרוליזה לחומצה אורצילית, שהיא דרך לפירוק DNA.
2. תגובת חמצון: ניתן לחמצן את האורציל ולהמיר אותו ל-5-הידרוקסיאורציל, שהוא מוצר נפוץ שנוצר במהלך נזק ל-DNA.
3. תגובת דמינציה: אורציל יכול לייצר טריהידרואורציל באמצעות תגובת דמינציה.
4. תגובת אמינציה: ניתן להמיר את האורציל לתוצר ביניים לסינתזה של חומצה אצטאמינובנזן סולפונית (ATPS) על ידי אמוניציה.
Uracil היא מולקולה אורגנית חשובה המעורבת בתגובות שונות במטבוליזם התא. יש לו מגוון של תכונות תגובתיות, כולל ketol tautomerization, N-glycosylation, אלקילציה, carboxymethylation, וכו '. בנוסף, uracil מעורב גם בכמה תגובות חשובות, כגון הידרוליזה אלקלית, חמצון, דמינציה, אמוניציה, וכו '. שפע של ערך מחקר ויישום. לדוגמה, ניתן לסנתז תרופות כימיות באמצעות קרבוקסימילציה, וההידרוליזה הבסיסית של אורציל היא מסלול מפתח לפירוק DNA. מחקרים אלו מספקים לנו הבנה מעמיקה של תפקידו ומשמעותו של Uracil. עזרה חשובה.