Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с пиридином .
Пиримидин
Пиримидин 2D ароматический full.svg
Пиримидин 2D numbers.svg
Молекула пиримидина
Молекула пиримидина
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Пиримидин [1]
Систематическое название ИЮПАК
1,3-диазабензол
Другие имена
1,3-диазин
м- диазин
1,3-диазациклогекса-1,3,5-триен
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.005.479 Отредактируйте это в Викиданных
КЕГГ
MeSHпиримидин
UNII
Характеристики
C 4 H 4 N 2
Молярная масса80,088 г моль -1
Плотность1.016 г см −3
Температура плавления От 20 до 22 ° C (от 68 до 72 ° F, от 293 до 295 K)
Точка кипения От 123 до 124 ° C (от 253 до 255 ° F; от 396 до 397 K)
Смешивается (25 ° C)
Кислотность (p K a )1.10 [2] (протонированный пиримидин)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Пиримидин представляет собой ароматическое гетероциклическое органическое соединение, подобное пиридину . [3] Один из трех диазинов (шестичленные гетероциклические соединения с двумя атомами азота в кольце), он имеет атомы азота в положениях 1 и 3 в кольце. [4] : 250 Другими диазинами являются пиразин (атомы азота в положениях 1 и 4) и пиридазин (атомы азота в положениях 1 и 2). В нуклеиновых кислотах три типа азотистых оснований являются производными пиримидина: цитозин (C), тимин.(T) и урацил (U).

Возникновение и история [ править ]

Структура Пиннера 1885 для пиримидина

Пиримидиновая кольцевая система широко используется в природе [5] в виде замещенных и конденсированных по кольцу соединений и производных, включая нуклеотиды цитозин , тимин и урацил , тиамин (витамин B1) и аллоксан . Он также содержится во многих синтетических соединениях, таких как барбитураты и лекарство от ВИЧ, зидовудин . Хотя производные пиримидина, такие как мочевая кислота и аллоксан, были известны в начале 19 века, лабораторный синтез пиримидина не проводился до 1879 года [5], когда Гримо сообщил о получении барбитуровой кислоты измочевина и малоновая кислота в присутствии оксихлорида фосфора . [6] Систематическое изучение началось пиримидины [7] в 1884 году с Пиннер , [8] , который синтезировал путем конденсации производного 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 с использованием цинковая пыль в горячей воде.

Номенклатура [ править ]

Номенклатура пиримидинов проста. Однако, как и другие гетероциклы, таутомерные гидроксильные группы создают сложности, поскольку они существуют в основном в форме циклического амида . Например, 2-гидроксипиримидин более правильно называть 2-пиримидоном. Существует неполный список тривиальных названий различных пиримидинов. [12] : 5–6

Физические свойства [ править ]

Физические свойства отображаются в поле данных. Более подробное обсуждение, включая спектры, можно найти в Brown et al. [12] : 242–244

Химические свойства [ править ]

Согласно классификации Альберта [13] : 56–62 шестичленные гетероциклы можно охарактеризовать как π-дефицитные. Замена электроотрицательными группами или дополнительными атомами азота в кольце значительно увеличивает π-дефицит. Эти эффекты также снижают основность. [13] : 437–439

Как и в пиридинах, в пиримидинах π-электронная плотность снижена в еще большей степени. Следовательно, электрофильное ароматическое замещение является более трудным, тогда как нуклеофильное ароматическое замещение облегчается. Примером реакции последнего типа является замещение аминогруппы 2-аминопиримидина хлором [14] и его обратное. [15]

Электронно неподеленной пары доступности ( основности ) уменьшается по сравнению с пиридином. По сравнению с пиридином, N- алкилирование и N- окисление более трудны. Значение p K a для протонированного пиримидина составляет 1,23 по сравнению с 5,30 для пиридина. Протонирование и другие электрофильные добавки будут происходить только на одном азоте из-за дальнейшей дезактивации вторым азотом. [4] : 250Позиции 2, 4 и 6 в пиримидиновом кольце электронодефицитны, как и в пиридине, нитро- и динитробензоле. Положение 5 менее электронодефицитно, а заместители там достаточно стабильны. Однако электрофильное замещение в 5-м положении относительно легко, включая нитрование и галогенирование. [12] : 4–8

Уменьшение резонансной стабилизации пиримидинов может приводить скорее к реакциям присоединения и расщепления кольца, чем к замещению. Одно из таких проявлений наблюдается в перегруппировке Димрота .

Пиримидин также содержится в метеоритах , но ученые до сих пор не знают его происхождения. Пиримидин также фотолитически разлагается на урацил в ультрафиолетовом свете. [16]

Синтез [ править ]

Как это часто бывает с исходными гетероциклическими кольцевыми системами, синтез пиримидина не так распространен и обычно выполняется путем удаления функциональных групп из производных. Сообщалось о первичном синтезе с участием формамида . [12] : 241–242

Как класс пиримидины обычно синтезируются основным синтезом, включающим циклизацию β- дикарбонильных соединений с соединениями N – C – N. Реакция первого с амидинами с образованием 2-замещенных пиримидинов, с мочевиной с образованием 2- пиримидинонов и гуанидинов с образованием 2- аминопиримидинов является типичной. [12] : 149–239

Пиримидины можно получить с помощью реакции Бигинелли . Многие другие методы основаны на конденсации из карбонилов с диаминами например синтез 2-тио-6-метилурацила из тиомочевины и этилацетоацетат [17] или при синтезе 4-метилпиримидина с 4,4-диметокси-2-бутанона и формамида . [18]

Новый метод состоит во взаимодействии N -винил и N -арил амидов с карбонитрилы под электрофильного активации амида с 2-хлор-пиридин и ангидрид трифторметансульфоновой кислоты : [19]

Тимин
Запатентованный в 2013 г. метод, используемый в настоящее время для производства тимина, заключается в растворении молекулы метилметакрилата.в растворителе метаноле. Растворитель должен поддерживаться на уровне 8,9-9,1 путем добавления основания, такого как гидроксид натрия, и при температуре 0-10 градусов Цельсия. Затем к раствору добавляют 30% перекись водорода, которая действует как источник кислорода и образует молекулу 2,3-эпокси-2-метилметакрилата, и раствор перемешивают в течение 2-20 часов в поддерживаемых условиях. По истечении этого периода мочевину по каплям добавляют в колбу, содержащую раствор, и раствор нагревают выше точки кипения метанола и кипятят с обратным холодильником в течение 1-3 часов (кипятят и снова вводят в раствор). По истечении этого срока в растворе должен образоваться тимин.Затем раствор концентрируют, удаляя избыток метанола, поддерживая температуру на уровне 65 градусов Цельсия (немного выше точки кипения метанола) и позволяя метанолу испаряться из раствора вместо кипячения с обратным холодильником. Затем концентрированный раствор нейтрализуют, добавляя соляную кислоту, с образованием отработанного хлорида натрия и желаемых кристаллов тимина среди раствора. Раствор временно нагревают для повторного растворения кристаллов, затем пропускают через фильтр обратного осмоса, чтобы удалить образовавшийся хлорид натрия и выделить раствор, содержащий тимин. Затем этот раствор сушат на воздухе с получением чистых кристаллов тимина в виде белого порошка.Раствор временно нагревают для повторного растворения кристаллов, затем пропускают через фильтр обратного осмоса, чтобы удалить образовавшийся хлорид натрия и выделить раствор, содержащий тимин. Затем этот раствор сушат на воздухе с получением чистых кристаллов тимина в виде белого порошка.Раствор временно нагревают для повторного растворения кристаллов, затем пропускают через фильтр обратного осмоса, чтобы удалить образовавшийся хлорид натрия и выделить раствор, содержащий тимин. Затем этот раствор сушат на воздухе с получением чистых кристаллов тимина в виде белого порошка.[20]



Реакции [ править ]

Из-за пониженной основности по сравнению с пиридином электрофильное замещение пиримидина менее легко. Протонирование или алкилирование обычно происходит только у одного из кольцевых атомов азота. Моно- N -окисления происходит путем реакции с перкислотой. [4] : 253–254

Электрофильное С- замещение пиримидина происходит в 5-м положении, наименее электронодефицитном. Нитрование , нитрозирование , азосочетание , галогенирование , сульфирование , формилирование , гидроксиметилирование и аминометилирование наблюдали с замещенными пиримидинами. [12] : 9–13

Нуклеофильное C- замещение должно облегчаться в положениях 2, 4 и 6, но есть только несколько примеров. Аминирование и гидроксилирование наблюдали для замещенных пиримидинов. Реакции с реактивами Гриньяра или алкиллитием дают после ароматизации 4-алкил- или 4-арилпиримидин. [12] : 14–15

Атака свободных радикалов наблюдалась для пиримидина, а для замещенных пиримидинов наблюдались фотохимические реакции. [12] : 15–16 Пиримидин можно гидрогенизировать до тетрагидропиримидина. [12] ( стр. 17 )

Производные [ править ]

Производные пиримидина
ФормулаИмяСтруктураC2C4C5C6
C 4 H 5 N 3 Oцитозин= O–NH 2-ЧАС-ЧАС
C 4 H 4 N 2 O 2урацил= O= O-ЧАС-ЧАС
C 4 H 3 FN 2 O 2фторурацил= O= O–F-ЧАС
C 5 H 6 N 2 O 2тимин= O= O–CH 3-ЧАС
C 4 H 4 N 2 O 3барбитуровая кислота= O= O-ЧАС= O
C 5 H 4 N 2 O 4оротовая кислота= O–COOH-ЧАС= O

Нуклеотиды [ править ]

Пиримидиновые азотистые основания, обнаруженные в ДНК и РНК .

Три азотистых основания, обнаруженные в нуклеиновых кислотах , цитозин (C), тимин (T) и урацил (U), являются производными пиримидина:

Цитозин ( С )
Тимин ( T )
Урацил ( U )

В ДНК и РНК эти основания образуют водородные связи со своими комплементарными пуринами . Таким образом, в ДНК пурины аденин (A) и гуанин (G) соединяются с пиримидинами тимином (T) и цитозином (C) соответственно.

В РНК дополнением аденина (A) является урацил (U), а не тимин (T), поэтому образуются пары аденин : урацил и гуанин : цитозин .

Очень редко тимин может присутствовать в РНК или урацил в ДНК, но когда представлены другие три основных пиримидиновых основания, некоторые второстепенные пиримидиновые основания также могут встречаться в нуклеиновых кислотах . Эти второстепенные пиримидины обычно являются метилированными версиями основных пиримидинов и, как предполагается, выполняют регуляторные функции. [21]

Эти режимы водородной связи предназначены для классического спаривания оснований Уотсона – Крика . Другие режимы водородных связей («колебательные пары») доступны как в ДНК, так и в РНК, хотя дополнительная 2'-гидроксильная группа РНК расширяет конфигурации, посредством которых РНК может образовывать водородные связи. [ необходима цитата ]

Теоретические аспекты [ править ]

В марте 2015 года, НАСА Эймс ученые сообщили , что, в первый раз, комплекс ДНК и РНК органических соединений из жизни , в том числе урацил , цитозин и тимин , были сформированы в лаборатории при космических условиях, с использованием исходных химических веществ, таких как пиримидина, найдено в метеоритах . Пиримидин, как и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), наиболее богатое углеродом химическое вещество во Вселенной , возможно, образовалось в красных гигантах или в межзвездных пылевых и газовых облаках. [22][23] [24]

См. Также [ править ]

  • Механизм ANRORC
  • Пурин
  • Метаболизм пиримидина
  • Простые ароматические кольца
  • Переход
  • Трансверсия

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Front Matter". Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 141. DOI : 10.1039 / 9781849733069-FP001 . ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ Браун, HC; и другие. (1955). Бауде, Э.А.; ФК, Наход (ред.). Определение органических структур физическими методами . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic Press.
  3. ↑ Гилкрист, Томас Лонсдейл (1997). Гетероциклическая химия . Нью-Йорк: Лонгман. ISBN 978-0-582-27843-1.
  4. ^ a b c Джоуль, Джон А .; Миллс, Кейт, ред. (2010). Гетероциклическая химия (5-е изд.). Оксфорд: Уайли. ISBN 978-1-405-13300-5.
  5. ^ a b Lagoja, Ирен М. (2005). «Пиримидин как составная часть природных биологически активных соединений» (PDF) . Химия и биоразнообразие . 2 (1): 1–50. DOI : 10.1002 / cbdv.200490173 . PMID 17191918 . S2CID 9942715 .   
  6. ^ Grimaux, Е. (1879). "Synthèse des dérivés uriques de la série de l'alloxane" [Синтез производных мочевины ряда аллоксана]. Comptes Rendus Hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences . 88 : 85–87.
  7. ^ Кеннер, GW; Тодд, Александр (1957). Элдерфилд, Р. К. (ред.). Гетероциклические соединения . 6 . Нью-Йорк: Вили. п. 235.
  8. ^ Пиннер, А. (1884). "Ueber die Einwirkung von Acetessigäther auf die Amidine" [О влиянии ацетилацетонатного эфира на амидины]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . A17 (2): 2519–2520. DOI : 10.1002 / cber.188401702173 .
  9. ^ Пиннер, А. (1885). "Ueber die Einwirkung von Acetessigäther auf die Amidine. Пиримидин" [О действии ацетилацетонатного эфира на амидины. Пиримидин]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . A18 : 759–760. DOI : 10.1002 / cber.188501801161 .
  10. ^ Габриэль, С. (1900). «Pyrimidin aus Barbitursäure» [Пиримидин из барбитуровой кислоты]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . А33 (3): 3666–3668. DOI : 10.1002 / cber.190003303173 .
  11. ^ Lythgoe, B .; Райнер, LS (1951). «Реакции замещения пиримидина и его 2- и 4-фенильных производных». Журнал химического общества . 1951 : 2323–2329. DOI : 10.1039 / JR9510002323 .
  12. ^ Б с д е ф г ч я Браун, DJ; Эванс, РФ; Cowden, WB; Фенн, доктор медицины (1994). Пиримидины . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-50656-0.
  13. ^ а б Альберт, Адриан (1968). Гетероциклическая химия, введение . Лондон: Атлон Пресс.
  14. ^ Когон, Ирвинг C .; Минин, Рональд; Overberger, CG «2-Хлорпиримидин» . Органический синтез . 35 : 34. DOI : 10,15227 / orgsyn.035.0034 .; Сборник , 4 , с. 182
  15. ^ Овербергер, CG; Kogon, Irving C .; Минин, Рональд. «2- (Диметиламино) пиримидин» . Органический синтез . 35 : 58. DOI : 10,15227 / orgsyn.035.0058 .; Сборник , 4 , с. 336
  16. ^ Нуэво, М .; Milam, SN; Sandford, SA; Elsila, JE; Дворкин, JP (2009). «Образование урацила от ультрафиолетового фотооблучения пиримидина во льдах чистой H 2 O». Астробиология . 9 (7): 683–695. Bibcode : 2009AsBio ... 9..683N . DOI : 10.1089 / ast.2008.0324 . PMID 19778279 . 
  17. ^ Фостер, HM; Снайдер, HR "4-Метил-6-гидроксипиримидин" . Органический синтез . 35 : 80. DOI : 10,15227 / orgsyn.035.0080 .; Сборник , 4 , с. 638
  18. ^ Бредерек, Х. «4-метилпиримидин» . Органический синтез . 43 : 77. DOI : 10,15227 / orgsyn.043.0077 .; Сборник , 5 , с. 794
  19. ^ Мовассаги, Мохаммад; Хилл, Мэтью Д. (2006). «Одностадийный синтез производных пиримидина». Варенье. Chem. Soc. 128 (44): 14254–14255. DOI : 10.1021 / ja066405m . PMID 17076488 .  
  20. ^ [1] , «Синтетический метод тимина», выпущено 15 мая 2013 г. 
  21. ^ Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2008). Принципы биохимии (5-е изд.). WH Freeman. С. 272–274. ISBN 978-1429208925.
  22. ^ Marlaire, Рут (3 марта 2015). «НАСА Эймс воспроизводит строительные блоки жизни в лаборатории» (пресс-релиз). НАСА . Дата обращения 5 марта 2015 .
  23. ^ Нуэво, М .; Чен, YJ; Ху, WJ; Цю, JM; Wu, SR; Fung, HS; Yih, TS; Ip, WH; Ву, CYR (2014). "Фотооблучение пиримидина в чистом льду H 2 O ультрафиолетовыми фотонами высокой энергии" (PDF) . Астробиология . 14 (2): 119–131. Bibcode : 2014AsBio..14..119N . DOI : 10.1089 / ast.2013.1093 . PMC 3929345 . PMID 24512484 .   
  24. ^ Сэндфорд, SA; Бера, ПП; Ли, Т.Дж.; Матерезе, СК; Нуэво, М. (6 февраля 2014 г.). Фотосинтез и фотостабильность нуклеиновых кислот в пребиотических внеземных средах (PDF) . Темы современной химии . Темы современной химии. 356 . С. 123–164. DOI : 10.1007 / 128_2013_499 . ISBN  978-3-319-13271-6. PMC  5737941 . PMID  24500331 ., также опубликовано как Barbatti, M .; Борин А.С.; Ульрих, С. (ред.). «14: Фотосинтез и фотостабильность нуклеиновых кислот в пребиотических внеземных средах». Фотоиндуцированные явления в нуклеиновых кислотах . Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag. п. 499.