Пиримидин
| |||
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Пиримидин [1] | |||
| Систематическое название ИЮПАК 1,3-Диазабензол | |||
| Другие имена 1,3-Диазин м -Диазин | |||
| Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol ) | |||
| ЧЭБИ | |||
| ЧЕМБЛ | |||
| ХимическийПаук | |||
| Информационная карта ECHA | 100.005.479 | ||
| КЕГГ | |||
| МеШ | пиримидин | ||
ПабХим CID | |||
| НЕКОТОРЫЙ | |||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
| Характеристики | |||
| С 4 Ч 4 Н 2 | |||
| Молярная масса | 80.088 g mol −1 | ||
| Плотность | 1,016 г см −3 | ||
| Температура плавления | От 20 до 22 ° C (от 68 до 72 ° F; от 293 до 295 К) | ||
| Точка кипения | От 123 до 124 ° C (от 253 до 255 ° F; от 396 до 397 К) | ||
| Смешивается (25°C) | |||
| Кислотность ( pKa ) | 1.10 [2] (протонированный пиримидин) | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |||
Пиримидин ( С 4 Н 4 Н 2 ; / п ɪ ˈ р ɪ . m ɪ ˌ d iː n , p aɪ ˈ r ɪ . m ɪ ˌ d iː n / ) — ароматическое гетероциклическое органическое , соединение подобное пиридину ( С 5 Н 5 Н ). [3] Один из трех диазинов (шестичленных гетероциклов с двумя атомами азота в кольце), имеет атомы азота в положениях 1 и 3 в кольце. [4] : 250 Другие диазины — это пиразин (атомы азота в положениях 1 и 4) и пиридазин (атомы азота в положениях 1 и 2).
В нуклеиновых кислотах три типа азотистых оснований пиримидина являются производными : цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U).
Происхождение и история
[ редактировать ]
Пиримидиновая кольцевая система широко распространена в природе. [5] в качестве замещенных и слитых с кольцом соединений и производных, включая нуклеотиды цитозин , тимин и урацил , тиамин (витамин B1) и аллоксан . Он также содержится во многих синтетических соединениях, таких как барбитураты препарат против ВИЧ и зидовудин, . Хотя производные пиримидина, такие как аллоксан, были известны в начале 19 века, лабораторный синтез пиримидина не проводился до 1879 года. [5] когда Гримо сообщил о получении барбитуровой кислоты из мочевины и малоновой кислоты в присутствии оксихлорида фосфора . [6] Началось систематическое изучение пиримидинов. [7] в 1884 году с Пиннером , [8] который синтезировал производные путем конденсации этилацетоацетата с амидинами . Пиннер впервые предложил название «пиримидин» в 1885 году. [9] Исходное соединение было впервые получено Габриэлем и Колманом в 1900 году. [10] [11] путем превращения барбитуровой кислоты в 2,4,6-трихлорпиримидин с последующим восстановлением цинковой пылью в горячей воде.
Номенклатура
[ редактировать ]Номенклатура пиримидинов проста. Однако, как и другие гетероциклические соединения, таутомерные гидроксильные группы вызывают осложнения, поскольку они существуют преимущественно в форме циклического амида . Например, 2-гидроксипиримидин правильнее называть 2-пиримидоном. Существует неполный список тривиальных названий различных пиримидинов. [12] : 5–6
Физические свойства
[ редактировать ]Физические свойства показаны в поле данных. Более подробное обсуждение, включая спектры, можно найти у Brown et al. [12] : 242–244
Химические свойства
[ редактировать ]По классификации Альберта , [13] : 56–62 шестичленные гетероциклы можно охарактеризовать как π-дефицитные. Замещение электроотрицательными группами или дополнительными атомами азота в кольце существенно увеличивает π-дефицит. Эти эффекты также уменьшают основность. [13] : 437–439
Как и в пиридинах, в пиримидинах плотность π-электронов снижена еще в большей степени. Следовательно, электрофильное ароматическое замещение затруднено, в то время как нуклеофильное ароматическое замещение облегчается. Примером последнего типа реакции является замещение аминогруппы в 2-аминопиримидине хлором. [14] и его обратная сторона. [15]
электронов Доступность неподеленной пары ( основность ) снижается по сравнению с пиридином. По сравнению с пиридином N -алкилирование и N- окисление протекают более сложно. Значение p K a для протонированного пиримидина составляет 1,23 по сравнению с 5,30 для пиридина. Протонирование и другие электрофильные присоединения будут происходить только при одном азоте из-за дальнейшей дезактивации вторым азотом. [4] : 250 Положения 2-, 4- и 6-го пиримидинового кольца являются электронодефицитными, как и в пиридине, а также в нитро- и динитробензоле. Положение 5 менее электронодефицитно и заместители там достаточно стабильны. Однако электрофильное замещение в положении 5 относительно легко, включая нитрование и галогенирование. [12] : 4–8
Снижение резонансной стабилизации пиримидинов может приводить к реакциям присоединения и расщепления цикла, а не замещения. Одно из таких проявлений наблюдается при перегруппировке Димрота .
Пиримидин также встречается в метеоритах , но его происхождение ученым до сих пор не известно. Пиримидин также фотолитически разлагается на урацил под действием ультрафиолета . [16]
Синтез
[ редактировать ]Биосинтез пиримидина создает производные — такие как оротат, тимин, цитозин и урацил — de novo из карбамоилфосфата и аспартата.
Как это часто бывает с исходными гетероциклическими кольцевыми системами, синтез пиримидина не так распространен и обычно осуществляется путем удаления функциональных групп из производных. первичных массовых синтезах с участием формамида . Сообщалось о [12] : 241–242
Как класс пиримидины обычно синтезируются путем основного синтеза, включающего циклизацию β-дикарбонильных соединений соединениями N–C–N. реакция первых с амидинами с образованием 2-замещенных пиримидинов, с мочевиной с образованием 2 -пиримидинонов и с гуанидинами с образованием 2- аминопиримидинов . Типична [12] : 149–239
Пиримидины можно получить реакцией Биджинелли и другими многокомпонентными реакциями . [17] Многие другие методы основаны на конденсации карбонилов тиомочевины с диаминами, например, синтез 2-тио-6-метилурацила из и этилацетоацетата . [18] или синтез 4-метилпиримидина с 4,4-диметокси-2-бутаноном и формамидом . [19]
Новый метод заключается в реакции N -винил- и N - ариламидов с карбонитрилами при электрофильной активации амида 2-хлорпиридином и ангидридом трифторметансульфокислоты : [20]
Реакции
[ редактировать ]Из-за пониженной основности по сравнению с пиридином электрофильное замещение пиримидина происходит менее легко. Протонирование или алкилирование обычно происходит только по одному из атомов азота кольца. Моно- N -окисление происходит за счет реакции с надкислотами. [4] : 253–254
Электрофильное С -замещение пиримидина происходит в 5-м положении, наименее электронодефицитном. Нитрование , нитрозирование , азосочетание , галогенирование , сульфирование , формилирование , гидроксиметилирование и аминометилирование наблюдались с замещенными пиримидинами. [12] : 9–13
Нуклеофильное C -замещение должно происходить во 2-, 4- и 6-положениях, но примеров всего несколько. Аминирование и гидроксилирование наблюдались для замещенных пиримидинов. Реакции с реактивами Гриньяра или алкиллития после ароматизации дают 4-алкил- или 4-арилпиримидин. [12] : 14–15
Атака свободных радикалов наблюдалась для пиримидина, а фотохимические реакции наблюдались для замещенных пиримидинов. [12] : 15–16 Пиримидин можно гидрировать с образованием тетрагидропиримидина. [12] : 17
Производные
[ редактировать ]| Формула | Имя | Структура | С2 | С4 | С5 | С6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| C4H5N3C4H5N3O | цитозин |  | =О | –NH 2 | -ЧАС | -ЧАС |
| С 4 Н 4 Н 2 О 2 | урацил | =О | =О | -ЧАС | -ЧАС | |
| С 4 Н 3 ФН 2 О 2 | фторурацил | =О | =О | –Ф | -ЧАС | |
| C5H6N2OC5H6N2O2 | тимин | =О | =О | –CH–CH3 | -ЧАС | |
| C4H4N2OC4H4N2O3 | барбитуровая кислота | =О | =О | -ЧАС | =О | |
| С 5 Н 4 Н 2 О 4 | оротовая кислота | =О | =О | -ЧАС | -Кух |
Нуклеотиды
[ редактировать ]
Три нуклеиновых основания , обнаруженные в нуклеиновых кислотах : цитозин (C), тимин (T) и урацил (U), являются производными пиримидина:
Chemical structure of cytosine 
Chemical structure of thymine 
Chemical structure of uracil Цитозин ( С )Тимин ( Т )Урацил ( У )
В ДНК и РНК эти основания образуют водородные связи с комплементарными им пуринами . Так, в ДНК пурины аденин (А) и гуанин (G) соединяются с пиримидинами тимином (Т) и цитозином (С) соответственно.
В РНК комплементом аденина (А) является урацил (U) вместо тимина (Т), поэтому образуются пары аденин : урацил и гуанин : цитозин .
Очень редко тимин может появляться в РНК или урацил в ДНК, но когда представлены три других основных пиримидиновых основания, некоторые второстепенные пиримидиновые основания могут встречаться и в нуклеиновых кислотах . Эти второстепенные пиримидины обычно представляют собой метилированные версии основных пиримидинов и, как предполагается, обладают регуляторными функциями. [21]
Эти режимы водородных связей относятся к классическому спариванию оснований Уотсона-Крика . Другие способы образования водородных связей («колеблющиеся пары») доступны как в ДНК, так и в РНК, хотя дополнительная 2'-гидроксильная группа РНК расширяет конфигурации, посредством которых РНК может образовывать водородные связи. [22]
Теоретические аспекты
[ редактировать ]марте 2015 года учёные НАСА Эймс сообщили, что впервые сложные ДНК и РНК органические соединения жизни цитозин , включая урацил , В и тимин , были сформированы в лаборатории в условиях космического пространства с использованием исходных химических веществ, таких как пиримидин, найден в метеоритах . Пиримидин, как и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), самое богатое углеродом химическое вещество во Вселенной , возможно, образовался в красных гигантах или в межзвездных пылевых и газовых облаках. [23] [24] [25]
Пребиотический синтез пиримидиновых нуклеотидов
[ редактировать ]Чтобы понять, как возникла жизнь , необходимы знания о химических путях, которые позволяют формировать ключевые строительные блоки жизни в вероятных пребиотических условиях . Гипотеза мира РНК утверждает, что в первичном бульоне существовали свободно плавающие рибонуклеотиды — фундаментальные молекулы, которые последовательно соединяются, образуя РНК . Сложные молекулы, такие как РНК, должны были возникнуть из относительно небольших молекул, реакционная способность которых определялась физико-химическими процессами. РНК состоит из пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов, оба из которых необходимы для надежной передачи информации и, следовательно, для естественного отбора и дарвиновской эволюции . Беккер и др. показали, как пиримидиновые нуклеозиды могут быть синтезированы из небольших молекул и рибозы исключительно за счет циклов влажно-сухого состояния. [26] Пуриновые нуклеозиды могут быть синтезированы аналогичным путем. 5'-моно- и дифосфаты также избирательно образуются из фосфатсодержащих минералов, что позволяет одновременно образовывать полирибонуклеотиды как с пиримидиновыми, так и с пуриновыми основаниями. Таким образом, можно создать сеть реакций на пиримидиновые и пуриновые строительные блоки РНК, начиная с простых атмосферных или вулканических молекул.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Фронт материи». Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 141. doi : 10.1039/9781849733069-FP001 (неактивен 22 июня 2024 г.). ISBN 978-0-85404-182-4 .
{{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июнь 2024 г. ( ссылка ) - ^ Браун, ХК; и др. (1955). Бауде, Э.А.; ФК, Наход (ред.). Определение органических структур физическими методами . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Академическая пресса.
- ^ Гилкрист, Томас Лонсдейл (1997). Гетероциклическая химия . Нью-Йорк: Лонгман. ISBN 978-0-582-27843-1 .
- ^ Jump up to: а б с Джоуль, Джон А.; Миллс, Кейт, ред. (2010). Гетероциклическая химия (5-е изд.). Оксфорд: Уайли. ISBN 978-1-405-13300-5 .
- ^ Jump up to: а б Лагоя, Ирен М. (2005). «Пиримидин как составная часть природных биологически активных соединений» (PDF) . Химия и биоразнообразие . 2 (1): 1–50. дои : 10.1002/cbdv.200490173 . ПМИД 17191918 . S2CID 9942715 .
- ^ Гримо, Э. (1879). «Синтез производных мочевины аллоксанового ряда» . Еженедельные отчеты сессий Академии наук . 88 : 85–87.
- ^ Кеннер, ГВ; Тодд, Александр (1957). Элдерфилд, Р.К. (ред.). Гетероциклические соединения . Том. 6. Нью-Йорк: Уайли. п. 235.
- ^ Пиннер, А. (1884). «О влиянии эфира ацетилацетоната на амидины». Отчеты Немецкого химического общества . А17 (2): 2519-2520. дои : 10.1002/cber.188401702173 .
- ^ Пиннер, А. (1885). «О влиянии ацетилацетонового эфира на амидины. пиримидины]. Отчеты Немецкого химического общества . А18 : 759-760. дои : 10.1002/cber.188501801161 .
- ^ Габриэль, С. (1900). «Пиримидин из барбитуровой кислоты» [Пиримидин из барбитуровой кислоты]. Отчеты Немецкого химического общества . А33 (3): 3666-3668. дои : 10.1002/cber.190003303173 .
- ^ Литгоу, Б.; Рейнер, Л.С. (1951). «Реакции замещения пиримидина и его 2- и 4-фенильных производных». Журнал Химического общества . 1951 : 2323–2329. дои : 10.1039/JR9510002323 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Браун, диджей; Эванс, РФ; Коуден, ВБ; Фенн, доктор медицины (1994). Пиримидины . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-50656-0 .
- ^ Jump up to: а б Альберт, Адриан (1968). Гетероциклическая химия. Введение . Лондон: Атлон Пресс.
- ^ Когон, Ирвинг К.; Минин, Рональд; Овербергер, К.Г. «2-Хлорпиримидин» . Органические синтезы . 35 : 34. дои : 10.15227/orgsyn.035.0034 ; Сборник томов , т. 4, с. 182 .
- ^ Овербергер, КГ; Когон, Ирвинг К.; Минин, Рональд. «2-(Диметиламино)пиримидин» . Органические синтезы . 35 : 58. дои : 10.15227/orgsyn.035.0058 ; Сборник томов , т. 4, с. 336 .
- ^ Нуэво, М.; Милам, С.Н.; Сэндфорд, ЮАР; Элсила, Дж. Э.; Дворкин, Дж. П. (2009). «Образование урацила при ультрафиолетовом фотооблучении пиримидина в чистых льдах H 2 O». Астробиология . 9 (7): 683–695. Бибкод : 2009AsBio...9..683N . дои : 10.1089/ast.2008.0324 . ПМИД 19778279 .
- ^ Анджирвала, Шармил Н.; Пармар, Парнас С.; Патель, Саураб К. (28 октября 2022 г.). «Протоколы синтеза неконденсированных пиримидинов». Синтетические коммуникации . 52 (22): 2079–2121. дои : 10.1080/00397911.2022.2137682 . S2CID 253219218 .
- ^ Фостер, HM; Снайдер, HR «4-Метил-6-гидроксипиримидин» . Органические синтезы . 35 : 80. дои : 10.15227/orgsyn.035.0080 ; Сборник томов , т. 4, с. 638 .
- ^ Бредерек, Х. «4-метилпиримидин» . Органические синтезы . 43 : 77. дои : 10.15227/orgsyn.043.0077 ; Сборник томов , т. 5, с. 794 .
- ^ Мовассаги, Мохаммед; Хилл, Мэтью Д. (2006). «Одностадийный синтез производных пиримидина». Дж. Ам. хим. Соц. 128 (44): 14254–14255. дои : 10.1021/ja066405m . ПМИД 17076488 .
- ^ Нельсон, Дэвид Л.; Кокс, Майкл М. (2008). Принципы биохимии (5-е изд.). У. Х. Фриман. стр. 272–274. ISBN 978-1429208925 .
- ^ ПАТИЛ, ШАРАНАБАСАППА Б.; П., ГУРАММА; ДЖАЛДЕ, ШИВАКУМАР С. (15 июля 2021 г.). «Лекарственное значение новых кумаринов: обзор» . Международный журнал текущих фармацевтических исследований : 1–5. дои : 10.22159/ijcpr.2021v13i4.42733 . ISSN 0975-7066 . S2CID 238840705 .
- ^ Марлер, Рут (3 марта 2015 г.). «НАСА Эймс воспроизводит строительные блоки жизни в лаборатории» (Пресс-релиз). НАСА . Проверено 5 марта 2015 г.
- ^ Нуэво, М.; Чен, Ю.Дж.; Ху, WJ; Цю, Дж. М.; Ву, СР; Фунг, Х.С.; Дааа, ТС; ИП, БГ; Ву, Кипр (2014). «Фотооблучение пиримидина в чистом льду H 2 O высокоэнергетическими ультрафиолетовыми фотонами» (PDF) . Астробиология . 14 (2): 119–131. Бибкод : 2014AsBio..14..119N . дои : 10.1089/ast.2013.1093 . ПМЦ 3929345 . ПМИД 24512484 .
- ^ Сэндфорд, ЮАР; Бера, ПП; Ли, Ти Джей; Матерезе, СК; Нуэво, М. (6 февраля 2014 г.). Фотосинтез и фотостабильность нуклеиновых кислот в пребиотической внеземной среде (PDF) . Темы современной химии. Том. 356. стр. 123–164. Бибкод : 2014ppna.book..123S . дои : 10.1007/128_2013_499 . ISBN 978-3-319-13271-6 . ПМЦ 5737941 . ПМИД 24500331 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помощь ) , также публикуется как Барбатти, М.; Борин, AC; Ульрих, С. (ред.). «14: Фотосинтез и фотостабильность нуклеиновых кислот в пребиотических внеземных средах». Фотоиндуцированные явления в нуклеиновых кислотах . Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag. п. 499. - ^ Беккер С., Фельдманн Дж., Видеманн С., Окамура Х., Шнайдер С., Иван К., Крисп А., Росса М., Аматов Т., Карелл Т. Единый пребиотически возможный синтез пиримидиновых и пуриновых РНК-рибонуклеотидов. Наука. 4 октября 2019 г.; 366 (6461): 76-82. doi: 10.1126/science.aax2747. ПМИД 31604305
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|