اوراسیلیک مشتق مهم پیریمیدین با طیف وسیعی از کاربردهای بیولوژیکی، پزشکی و صنعتی است. تعداد قابل توجهی از نتایج تحقیقاتی در مورد سنتز اوراسیل، از جمله سنتز شیمیایی، سنتز میکروبی و سنتز کاتالیز شده با آنزیم وجود دارد. در این مقاله روش های مختلف مصنوعی اوراسیل به طور مفصل معرفی می شود.
1. سنتز شیمیایی:
سنتز شیمیایی یکی از قدیمی ترین و معرف ترین روش های مصنوعی اوراسیل است. در سنتز شیمیایی، اوراسیل از طریق واکنش تراکم 5-کلرواوراسیل و استیل استون، با دگرگونی های بعدی از طریق واکنش های مختلف به دست می آید. چندین مسیر سنتز شیمیایی کلاسیک در زیر ذکر شده است:
1.1 از 5-کلرواوراسیل به عنوان مسیر مصنوعی مواد اولیه استفاده کنید:
مسیر سنتزی کلاسیک با استفاده از 5-کلرواوراسیل به عنوان ماده اولیه از تحقیقات دو دانشمند، کوری و شپردسون، آغاز شد. آنها اوراسیل را با واکنش 5-کلرواوراسیل با پیریدون یا -کتواستر سنتز کردند. بعدها این مسیر مصنوعی توسط بسیاری از محققین بهبود و بهینه شد که از معروف ترین آنها می توان به تحقیقات خورنا و دورفمن و همکاران اشاره کرد.
در دهه 1950، تیم Khorana اوراسیل را با استفاده از 5-کلرواوراسیل و استیل استون به عنوان مواد اولیه از طریق یک واکنش چهار مرحله ای سنتز کردند. در میان آنها، واکنش تراکم 5-کلرواوراسیل و استیل استون مرحله اصلی برای به دست آوردن پیش ماده 5-کلرو-2-فرمیل-4-کربوکسی پیریمیدین (CMCP) اوراسیل است و به دنبال آن احیا میشود. ، بریدگی حلقه کاتالیز شده با اسید و کم آبی اوراسیل در نهایت از طریق تبدیل چند مرحله ای در واکنش سنتز شد.
دورفمن و همکاران سنتز شیمیایی 5-کلرواوراسیل را با استفاده از متیل تری فلورومتان سولفونات سدیم (MeOTf) به عنوان کاتالیزور بهبود بخشید و CMCP را در واکنش تراکم به دست آورد و از طریق ترکیبی از تراکم، دکربوکسیلاسیون و سایر واکنشها سرانجام اوراسیل تولید شد. متعاقباً، برخی از بهبودهای این مسیر شامل واکنش تراکم پیریدین با 2-اکسوره، و استفاده از 1،3-دیوکسپان به عنوان یک واسطه و غیره است.
1.2 استفاده از آمینوکتون به عنوان مسیر مصنوعی مواد اولیه:
علاوه بر مسیر مصنوعی با استفاده از 5-کلرواوراسیل به عنوان ماده اولیه، روش مختصرتری نیز وجود دارد که از آمینوکتون به عنوان ماده اولیه استفاده میکند. در این مسیر مصنوعی، اوره آز (Urease) به عنوان یک عامل محرک برای هیدرولیز اسید اوریک به اسید دی آمینو استیک و سپس به دست آوردن آمینو کتون در شرایط قلیایی استفاده می شود. اکسیداسیون بعدی آمینوکتون به گروه آسیلوکسی تحت کاتالیز هیدروژن یدید باعث تولید اوراسیل می شود. این روش دارای اقتصاد اتمی بالا و سازگاری با محیط زیست است و یک روش سنتز مطابق با شیمی سبز است.
2. سنتز میکروبی:
سنتز میکروبی به سنتز اوراسیل از طریق مسیرهای متابولیک میکروبی اشاره دارد. در طبیعت، اوراسیل متابولیتی است که توسط یوکاریوت ها و باکتری ها از طریق متابولیسم اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و اسید ریبونوکلئیک (RNA) تولید می شود.
در سنتز میکروبی، اسید اوریک معمولاً به عنوان ماده اولیه استفاده می شود و اوراسیل در نهایت از طریق متابولیسم چند مرحله ای سنتز می شود. نمونه ها به شرح زیر است:
در این مسیر، اسید اوریک از طریق کاتالیز اوریداز به اوره و پیروات تجزیه می شود. متعاقباً، پیروات با مشارکت آنزیم های مختلف مانند کربوکسیلاز و کربوکسیلاسیون-دکربونیلاز به اوراسیل تبدیل می شود و واکنش اوراسیل از طریق مسیر آمید اسید پانتوتنیک حاصل می شود. مکانیسم آنزیمی اکثر میکروارگانیسم ها برای سنتز اوراسیل ارتباط نزدیکی با مسیر متابولیک اسید پانتوتنیک آمید دارد.
علاوه بر این، گزارشهایی در مورد ساخت باکتریهای مهندسی برای سنتز اوراسیل از طریق مهندسی ژنتیک، مانند استفاده از هیدروکسی بوتیرات-3-کربوکسیلات هیدروکسیلاز (HPCDH) که اسید گلیکولیک را در اشریشیا کلی (E.coli) تشکیل میدهد و تفکیک وجود دارد. تا 9 با مشارکت آنزیم هایی مانند پیروویک اسید دکربوکسیلاز (PDH-E2) لیپویل کوآنزیم A، بیوسنتز اوراسیل در باکتری های مهندسی برای اولین بار با استفاده از اسید سوکسینیک و ترکیبات آمینه به عنوان مواد خام محقق شد.
3. سنتز کاتالیز شده توسط آنزیم:
روش سنتز کاتالیز شده با آنزیم از واکنش کاتالیز شده با آنزیم برای سنتز اوراسیل استفاده می کند که دارای مزایای سازگاری با محیط زیست و شرایط واکنش ملایم است. چندین آنزیم یافت شده است که سنتز اوراسیل را کاتالیز می کنند، به طور عمده شامل: آنزیم اوراسیل، اوره آز و اوره آز. در اینجا دو نمونه وجود دارد:
3.1 سنتز کاتالیز شده با آنزیم اوراسیل:
آنزیم اوراسیل می تواند واکنش اوراسیل و سایر ترکیبات را از طریق ایزومریزاسیون راسمیزه کردن برای به دست آوردن اوراسیل کاتالیز کند. در میان آنها، اوراسیل ترکیبی است که به طور گسترده در سیستم های بیولوژیکی وجود دارد و چشم انداز استفاده گسترده را دارد. هر دو ساکارومایسس سرویزیه و اشرشیاکلی حاوی آنزیم اوراسیل هستند که فضای کاربرد وسیعی دارد. با تغییر بسترهای واکنش، به عنوان مثال استفاده از بسترهای مختلف مانند لاکتات ترئونین و اوراسیل، می توان هم کارایی و هم توزیع محصول را تغییر داد.
3.2 سنتز کاتالیز شده توسط اوره آز:
روش سنتز کاتالیز شده با آنزیم اوراسیل همچنین شامل واکنش کاتالیز شده اوره آز است. اوره آز آنزیمی است که می تواند تبدیل اوره به اوره و آمونیاک را کاتالیز کند، که در آن اوره می تواند بیشتر واکنش داده و اوراسیل تولید کند. با انتخاب سوبستراهای مختلف اوره مانند اوره و فنیل اوره و تغییر شرایط کاتالیزوری واکنش، سنتز اوراسیل در مقیاس آزمایشگاهی قابل تحقق است.
به طور خلاصه، Uracil را می توان به روش های مختلفی سنتز کرد، از جمله سنتز شیمیایی کلاسیک، سنتز میکروبی و سنتز کاتالیز شده با آنزیم. این روشهای مصنوعی چشمانداز کاربرد گستردهای در زمینههای مختلف دارند و همچنین گزینههای متعددی را برای تولید در مقیاس بزرگ Uracil ارائه میدهند.
خواص شیمیایی:
1. توتومریسم کتو الکلی: در محلول آبی، اوراسیل و توتومر آن، اوراسیل هیدروژن، از طریق تأثیر یک اختلاف پروتون به یکدیگر تبدیل می شوند.
2. N-گلیکوزیلاسیون: اوراسیل را می توان متیل گلیکوزیله کرد تا 5-متیلوراسیل تولید کند.
3. آلکیلاسیون: در شرایط قلیایی، اوراسیل را می توان آلکیله کرد، معمولاً با استفاده از عامل متیل کننده متیل متیل کربنات.
4. کربوکسی متیلاسیون: گروه کربوکسیل را می توان از طریق کربوکسی متیلاسیون با اوراسیل ترکیب کرد.
ماهیت واکنشی:
1. واکنش هیدرولیز قلیایی: در شرایط قلیایی، اوراسیل را می توان به اسید اوراسیل هیدرولیز کرد، که راهی برای تجزیه DNA است.
2. واکنش اکسیداسیون: اوراسیل میتواند اکسیده شده و به 5-هیدروکسیاوراسیل تبدیل شود، که یک محصول معمولی است که در طی آسیب DNA ایجاد میشود.
3. واکنش دآمیناسیون: اوراسیل می تواند تری هیدرواوراسیل را از طریق واکنش دآمیناسیون تولید کند.
4. واکنش آمیناسیون: اوراسیل را می توان با آمونیاک به یک واسطه برای سنتز اسید استامینوبنزن سولفونیک (ATPS) تبدیل کرد.
اوراسیل یک مولکول آلی مهم است که در واکنش های مختلف در متابولیسم سلولی نقش دارد. دارای خواص واکنشی متنوعی از جمله توتومریزاسیون کتول، N-گلیکوزیلاسیون، آلکیلاسیون، کربوکسی متیلاسیون و غیره است. علاوه بر این، اوراسیل در برخی از واکنش های مهم مانند هیدرولیز قلیایی، اکسیداسیون، دآمیناسیون، آمونیاسیون و غیره نقش دارد. انبوهی از تحقیقات و ارزش کاربردی. به عنوان مثال، داروهای شیمیایی را می توان از طریق کربوکسی متیلاسیون سنتز کرد و هیدرولیز قلیایی اوراسیل یک مسیر کلیدی برای تخریب DNA است. این مطالعات درک عمیقی از نقش و اهمیت اوراسیل به ما ارائه می دهد. کمک مهم