Пиримидин - Pyrimidine

Не путать с Пиридин.
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
C4ЧАС4N2
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 (пKа)1.10[2] (протонированный пиримидин)
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Пиримидин является ароматный гетероциклический органическое соединение похожий на пиридин.[3] Один из трех диазины (шестичленные гетероциклы с двумя азот атомов в кольце), он имеет атомы азота в положениях 1 и 3 в кольце.[4]:250 Другие диазины пиразин (атомы азота в положениях 1 и 4) и пиридазин (атомы азота в положениях 1 и 2). В нуклеиновые кислоты, три типа азотистые основания производные пиримидина: цитозин (С), тимин (T) и урацил (U).

Возникновение и история

Структура Пиннера 1885 для пиримидина

Система пиримидиновых колец широко распространена 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 проводился только в 1879 году,[5] когда Гримо сообщил о приготовлении барбитуровая кислота из мочевина и малоновая кислота в присутствии оксихлорид фосфора.[6]Начато систематическое изучение пиримидинов.[7] в 1884 г. с Пиннер,[8]кто синтезировал производные путем конденсации этилацетоацетат с амидины. Пиннер впервые предложил название «пиримидин» в 1885 году.[9] Исходное соединение было впервые получено Габриэль и Колман в 1900 г.,[10][11]путем преобразования барбитуровая кислота до 2,4,6-трихлорпиримидина с последующим восстановлением с использованием цинк пыль в горячей воде.

Номенклатура

Номенклатура пиримидинов проста. Однако, как и другие гетероциклы, таутомерный гидроксил группы вызывают сложности, поскольку они существуют в основном в циклических амид форма. Например, 2-гидроксипиримидин более правильно называть 2-пиримидоном. Существует неполный список тривиальных названий различных пиримидинов.[12]:5–6

Физические свойства

Физические свойства отображаются в поле данных. Более подробное обсуждение, включая спектры, можно найти в Брауне. и другие.[12]:242–244

Химические свойства

По 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 труднее пока нуклеофильное ароматическое замещение облегчается. Примером последнего типа реакции является смещение амино- группа в 2-аминопиримидине хлор[14] и его обратная сторона.[15]

Электрон одинокая пара доступность (основность ) уменьшается по сравнению с пиридином. По сравнению с пиридином, N-алкилирование и N-окисление сложнее. В пKа значение 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]:250 Позиции 2-, 4- и 6-пиримидинового кольца электронодефицитны, как и в пиридине, нитро- и динитробензоле. Положение 5 менее электронодефицитно, а заместители там достаточно стабильны. Однако электрофильное замещение относительно легко в положении 5, включая нитрование и галогенирование.[12]:4–8

Снижение в резонансная стабилизация пиримидинов может приводить скорее к реакциям присоединения и расщепления кольца, чем к замещению. Одно такое проявление наблюдается в Перегруппировка Димрота.

Пиримидин также содержится в метеориты, но ученые до сих пор не знают его происхождения. Пиримидин также фотолитически разлагается на урацил под ультрафиолетовый свет.[16]

Синтез

Как это часто бывает с исходными гетероциклическими кольцевыми системами, синтез пиримидина не так распространен и обычно выполняется путем удаления функциональных групп из производных. Первичные синтезы в количестве с участием формамид не поступало.[12]:241–242

Как класс пиримидины обычно синтезируются путем основного синтеза, включающего циклизацию β-дикарбонил соединения с соединениями N – C – N. Реакция первого с амидины с образованием 2-замещенных пиримидинов, с мочевина дать 2-пиримидиноны, и гуанидины дать 2-аминопиримидины типичны.[12]:149–239

Пиримидины могут быть получены через Реакция Биджинелли. Многие другие методы полагаются на конденсация из карбонилы с диаминами, например синтез 2-тио-6-метилурацила из тиомочевина и этилацетоацетат[17] или синтез 4-метилпиримидина с 4,4-диметокси-2-бутаноном и формамид.[18]

Новый метод - это реакция N-винил и N-арил амиды с карбонитрилы при электрофильной активации амида 2-хлорпиридином и ангидрид трифторметансульфоновой кислоты:[19]

Синтез пиримидина (Movassaghi 2006)

Реакции

Из-за пониженной основности по сравнению с пиридином электрофильное замещение пиримидина менее легко. Протонирование или же алкилирование обычно имеет место только у одного из кольцевых атомов азота. Мононуклеоз-N-окисление происходит по реакции с надкислотами.[4]:253–254

Электрофильный C-замещение пиримидина происходит в 5-м положении, наименее электронодефицитном. Нитрация, нитрозирование, азосоединение, галогенирование, сульфирование, формилирование гидроксиметилирование и аминометилирование наблюдали с замещенными пиримидинами.[12]:9–13

Нуклеофильный C-замена должна быть облегчена в позициях 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)

Нуклеотиды

Пиримидиновые азотные основания, содержащиеся в ДНК и РНК.

Три азотистые основания нашел в нуклеиновые кислоты, цитозин (С), тимин (T) и урацил (U), являются производными пиримидина:

Химическая структура цитозина
Химическая структура тимина
Химическая структура урацила
Цитозин (C)
Тимин (Т)
Урацил (U)

В ДНК и РНК, эти базы образуют водородные связи с их дополнительный пурины. Таким образом, в ДНК пурины аденин (А) и гуанин (G) соединяются с пиримидинами тимином (T) и цитозином (C) соответственно.

В РНК, дополнение аденин (A) есть урацил (U) вместо тимин (T), поэтому образующиеся пары равны 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 нуклеиновые кислоты. Эти второстепенные пиримидины обычно метилированный версии основных и постулируются как регулирующие.[20]

Эти режимы водородной связи соответствуют классической модели Уотсона – Крика. базовая пара. Другие режимы водородных связей («колебательные пары») доступны как в ДНК, так и в РНК, хотя дополнительная 2'-гидроксильная группа РНК расширяет конфигурации, с помощью которых РНК может образовывать водородные связи.[нужна цитата ]

Теоретические аспекты

В марте 2015 г. НАСА Эймс ученые сообщили, что впервые сложная ДНК и РНК органические соединения из жизнь, включая урацил, цитозин и тимин, сформированы в лаборатории под космическое пространство условия, используя исходные химические вещества, такие как пиримидин, обнаруженный в метеориты. Пиримидин, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), химическое вещество с наибольшим содержанием углерода, обнаруженное в вселенная, возможно, образовались в красные гиганты или в межзвездная пыль и газовые облака.[21][22][23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Переднее дело». Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга). Кембридж: Королевское химическое общество. 2014. с. 141. Дои:10.1039 / 9781849733069-FP001. ISBN  978-0-85404-182-4.
  2. ^ Brown, H.C .; и другие. (1955). Baude, E. A .; Ф. К., 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. ^ а б c Джоуль, Джон А .; Миллс, Кейт, ред. (2010). Гетероциклическая химия (5-е изд.). Оксфорд: Уайли. ISBN  978-1-405-13300-5.
  5. ^ а б Лагоха, Ирен М. (2005). «Пиримидин как составная часть природных биологически активных соединений» (PDF). Химия и биоразнообразие. 2 (1): 1–50. Дои:10.1002 / cbdv.200490173. PMID  17191918.
  6. ^ Гримо, Э. (1879). "Synthèse des dérivés uriques de la série de l'alloxane" [Синтез производных мочевины аллоксанового ряда]. Comptes Rendus Hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences. 88: 85–87. Бесплатно читать
  7. ^ Kenner, G.W .; Тодд, Александр (1957). Элдерфилд, Р. (ред.). Гетероциклические соединения. 6. Нью-Йорк: Вили. п. 235.
  8. ^ Пиннер, А. (1884). "Ueber die Einwirkung von Acetessigäther auf die Amidine" [О действии ацетилацетонатного эфира на амидины]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. A17 (2): 2519–2520. Дои:10.1002 / cber.188401702173. Бесплатно читать
  9. ^ Пиннер, А. (1885). "Ueber die Einwirkung von Acetessigäther auf die Amidine. Pyrimidin" [О действии ацетилацетонатного эфира на амидины. Пиримидин]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. A18: 759–760. Дои:10.1002 / cber.188501801161. Бесплатно читать
  10. ^ Габриэль, С. (1900). "Pyrimidin aus Barbitursäure" [Пиримидин из барбитуровой кислоты]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. A33 (3): 3666–3668. Дои:10.1002 / cber.190003303173. Бесплатно читать
  11. ^ Lythgoe, B .; Райнер, Л. С. (1951). «Реакции замещения пиримидина и его 2- и 4-фенильных производных». Журнал химического общества. 1951: 2323–2329. Дои:10.1039 / JR9510002323.
  12. ^ а б c d е ж грамм час я Браун, Д. Дж .; Evans, R. F .; Cowden, W. B .; Фенн, М. Д. (1994). Пиримидины. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wiley & Sons. ISBN  978-0-471-50656-0.
  13. ^ а б Альберт, Адриан (1968). Гетероциклическая химия, введение. Лондон: Атлон Пресс.
  14. ^ Kogon, Irving C .; Минин, Рональд; Овербергер, К. «2-хлорпиримидин». Органический синтез. 35: 34. Дои:10.15227 / orgsyn.035.0034.; Коллективный объем, 4, п. 182
  15. ^ Overberger, C.G .; Kogon, Irving C .; Минин, Рональд. «2- (Диметиламино) пиримидин». Органический синтез. 35: 58. Дои:10.15227 / orgsyn.035.0058.; Коллективный объем, 4, п. 336
  16. ^ Нуэво, М .; Milam, S. N .; Sandford, S.A .; Elsila, J. E .; Дворкин, Дж. П. (2009). «Образование урацила в результате ультрафиолетового фотооблучения пиримидина в чистом H2O ices ». Астробиология. 9 (7): 683–695. Bibcode:2009AsBio ... 9..683N. Дои:10.1089 / аст.2008.0324. PMID  19778279.
  17. ^ Foster, H.M .; Снайдер, Х. «4-Метил-6-гидроксипиримидин». Органический синтез. 35: 80. Дои:10.15227 / orgsyn.035.0080.; Коллективный объем, 4, п. 638
  18. ^ Бредерек, Х. «4-метилпиримидин». Органический синтез. 43: 77. Дои:10.15227 / orgsyn.043.0077.; Коллективный объем, 5, п. 794
  19. ^ Мовассаги, Мохаммад; Хилл, Мэтью Д. (2006). «Одностадийный синтез производных пиримидина». Варенье. Chem. Soc. 128 (44): 14254–14255. Дои:10.1021 / ja066405m. PMID  17076488.
  20. ^ Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2008). Принципы биохимии (5-е изд.). В. Х. Фриман. С. 272–274. ISBN  978-1429208925.
  21. ^ Марлер, Рут (3 марта 2015 г.). «НАСА Эймс воспроизводит строительные блоки жизни в лаборатории» (Пресс-релиз). НАСА. Получено 5 марта 2015.
  22. ^ Нуэво, М .; Chen, Y.J .; Hu, W. J .; Qiu, J.M .; Wu, S. R .; Fung, H. S .; Yih, T. S .; Ip, W. H .; Ву, К. Ю. Р. (2014). «Фотооблучение пиримидина в чистом H2О лед с высокоэнергетическими ультрафиолетовыми фотонами » (PDF). Астробиология. 14 (2): 119–131. Bibcode:2014AsBio..14..119N. Дои:10.1089 / ast.2013.1093. ЧВК  3929345. PMID  24512484.
  23. ^ Sandford, S.A .; Bera, P.P .; Ли, Т. Дж .; Materese, C.K .; 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. Дои:10.1007/128_2013_499. ISBN  978-3-319-13271-6. ЧВК  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.