Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

      Комментарии к записи Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе. отключены

Пуриновые и пиримидиновые основания.

Нуклеозиды и нуклеозиды.

ДНК И РНК.

Материал по углублённому и расширенному курсу химии для11 классов химико-биологическогонаправления Составитель – канд. хим. наукКетлинский В.А. В работе над пособием принялактивное участие ученик 56гимназии Сивков Андрей

Санкт-Петербург

— 2010 —

Пуриновые и пиримидиновые основания,

Пуриновые и пиримидиновые основания являются производными двух различных гетероциклических соединений: пурина и пиримидина. Пурин представляет собой комбинацию из пиримидина и имидазола, соединённых друг с другом положениями 4 и 5 (4-е с 4-ым, 5-е с 5-ым).

1.Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Пиримидин является аналогом пиридина, у которого ещё одна группа -СН- (в положении 3 пиридина) заменена азотом. Имидазол, хорошо знакомый нам в качестве фрагмента, входящего в природную аминокислоту – гистидин. Он представляет собой гетероцикл, в котором имеется как пиридиновый (в положении 3), так и пиррольный азот (в положении 1).

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Пурин представляет собой гетероцикл, в котором имеется как пиридиновый, так и пиррольный азот. И пиримидин, и имидазол, и пурин являются ароматическими соединениями, так как число р-электронов, которое может быть отдано всеми атомами гетеро-циклов в общую ?-систему равно для пиримидина и имидазола шести, а для пурина десяти, то есть точно соответствует правилу Хюккеля 4n+2 (при n=1 для пиримидина и имидазола и при n=2 для пурина). Важно отметить также, что атом азота в положении 1 имидазола и атом азота в положении 7 пурина отдают в общую ?-систему не по одному р-электрону, а свою неподелённую пару электронов. Это означает, что в указанных атомах азота реализовано состояние sp2, причём два электрона, находящиеся на sp2 — орбиталях затрачиваются на создание ?-связей с соседними атомами углерода, а третий на создании ?-связи с атомом водорода. Два оставшихся электрона у атомов азота (неподелённая пара) выходят на р-орбиталь и участвуют в образовании единой ?-системы, как это происходит с неподелёнными парами электронов в хорошо известных нам пирроле, фуране и тиофене. Отличие от пиррола и фурана, однако, состоит в том, что имидазол, а значит и пурин могут протонироваться без разрушения единой ?-системы по «пиридиновому» азоту, у которого неподелённая пара электронов находится на удобной для этого sр2-орбитали:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

При этом в самом имидазоле предельные структуры получающегося катиона (I) и (II) равновероятны, а в пурине в виду его несимметричности нет. .

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Пурин — бесцветные кристаллы, с t пл. = 216-217°C, легко растворимы в воде, в теплом спирте, плохо — в ацетоне, хлороформе, диэтиловом эфире.

Пурин может существовать в виде двух таутомерных форм, которые в растворах непрерывно переходят друг в друга:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

то есть водород может находиться как у атома азота в положении 7, так и у атома азота в
положении 9.

Пурин является амфотерным соединением. Он вступает в реакцию как с кислотами, так и с основаниями. С кислотами он даёт соли, например, выделены и охарактеризованы пикрат и нитрат:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе. Если при реакции с пикриновой кислотой полный перенос протона от слабой пикриновой кислоты к слабому основанию — пурину, невозможен и это соединение скорее всего устойчивый ?-комплекс с переносом заряда, то при реакции с сильной азотной кислотой происходит протонирование пурина, который уже при рН = 2,4 наполовину запро-тонирован, а при рН = 0,4 — 99% его находится в форме солей.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

При рН4,4 в основном формы I — II (99%), а при рН = 2,4 (равной экспериментально установленной величине рКа пурина) общее количество непротониро-ванных (I — II) форм равно общему количеству протонированных форм (III — VI). У какого атома находится атом водорода в кристаллах нитрата пурина пока неизвестно.

Точное значение константы кислотной диссоциации пиррола неизвестно, Эта ве-
личина для пиррола оценивается приближённо как 1015. Имидазол и пурин, конечно же,
ещё более сильные кислоты, так как имеют второй электроотрицательный атом азота в
том же кольце и анион, получающийся после отщепления протона, стабилизирован сопряжением (мезомерный эффект).

В пурине имеется ещё два электроотрицательных атома в другом кольце, что ещё
усиливает кислотность пурина.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Чтобы была понятна разница в силе этих N-H кислот попробуем сравнить их с кислотами другой природы, а именно с О-Н и С-Н кислотами:

Соединение NH3 пиррол имидазол пурин

рКа 35 ~15 7,03 2,4

Оказывается, что найти С-Н кислоту равную по силе не удаётся: рКа этилена как С-Н кислоты равно 40, т.е. этилен в 10 000 раз более слабая кислота даже, чем аммиак. Именно поэтому бесполезно действовать на этилен амидом натрия с целью получить натровое производное этилена. А вот ацетилен зато, наоборот, более сильная С-Н кислота. Его рКа = 22. Сильнее в 1013 раз. Поэтому часто используется реакция:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Пиррол более сильная кислота, чем ацетилен в 107 и в 1000 раз более сильная кислота, чем этанол (его рКа = 18).

Поиск кислот близких по силе имидазолу показал, что наиболее близкими О-Н кислотами являются фенолы. Правда сам фенол имеет рКа = 10, то есть почти в 1000 раз более слабая кислота. Зато eго производные с электроноакцепторнымизаместителями — п-оксибензальдегид и п-нитрофенол гораздо ближе по кислотности. Их рКа соответственно равны: 7,76 и 7,19. п-Нитрофенол всего в полтора раза менее сильная кислота, чем имидазол. 2,4-Динитрофенол (рКа = 4) и пикриновая кислота (рКа = 0,71) являются ещё более сильными кислотами, чем имидазол. Пурин самая сильная кислота из рассматриваемых нами гетероциклов. Его рКа= 2,4 близко к первой константе ионизации глутаминовой кислоты (pKа = 2,19), а также к рКа дикарбоновых кислот: малеиновой (рКа = 1,93), которая сильнее пурина как кислота, и малоновой (рКа = 2,77), которая, напротив, слабее, чем пурин, как кислота.

Таким образом, чтобы из аммиака получить амид натрия можно действовать только металлическим натрием, а чтобы получить натровую соль пиррола можно действовать на пиррол и амидом натрия, и ацетиленидом натрия, и этилатом натрия, то есть солью любой другой более слабой кислоты,например:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Для получения соли из имидазола уже достаточно любой соли, которая при ролизе будет создавать щелочную среду (рН9), например, тетраборат натрия Na2B4O7, который даёт рН ~ 9, 22 (при 25оС).

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Пурин даёт комплексное соединение с бромом, устойчив к действию таких окислителей, как горячая азотная кислота. При алкилировании даёт 9-алкилпроизводные:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

При ацилировании галогенангидридами или ангидридами кислот также получаются 7 и 9-ацилпроизводные:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Прохлорировать можно только алкилированный в положение 9 пурин. Хлор идёт только в положение 8:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Накопление электронодонорных заместителей в пиримидиновом фрагменте пурина приводит к возможной электрофильной атаке в положение 8 солями диазония при низкой температуре:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Известно несколько синтезов пурина. Самый простой из ныне существующих был предложен в 1962 году. Он заключается в нагревании формамида с сульфатом аминоацетонитрила при 205°С. Сразу, правда с выходом всего 35%, получается пурин.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Первый синтез пурина из мочевой кислоты осуществил Эмиль Фишер в 1898 году. Однако вообще синтезы пурина имеют лишь исторический и теоретический интерес, так как: во-первых, сам пурин не имеет практического значения, во-вторых, нужный для исследований, легко получается путём гидролиза небулирина — 9-N-D-рибозида пурина.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Производные пурина, в отличие от него самого, очень широко распространены в природе и играют очень важную роль во многих биологических процессах. Ядро пурина входит в состав нуклеотидов (чаще всего в виде фрагментов гуанина и аденина), являющихся в свою очередь структурной единицей РНК и ДНК. Кроме того производные пурина входят в состав алкалоидов, например: кофеина, теобромина, теофиллина:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Алкалоид кофеин содержится во многих растениях. До 5% его может быть в листьях
чая, до 2% в семенах кофе.

Кофеин (1,3,7-триметилксантин) относится к группе психомоторных стимуляторов: усиливает и регулирует процессы возбуждения в коре головного мозга, приводит к повышению умственной и физической работоспособности. Наблюдается слабое мочегонное действие. Кофеин понижает агрегацию тромбоцитов.

Теобромин (3,7-диметилксантин) — алкалоид, добываемый из шелухи семян какао. Также стимулирует сердечную деятельность, но слабее кофеина. Вызывает более сильный диуретический эффект.

Теофиллин (1,3-диметилксантин) — алкалоид, содержащийся, как и кофеин в чайных листьях и зернах какао. По фармакологическому действию близок к теобромину, но ещё более выражены мочегонные свойства. Один из самых сильных ингибиторов фермента фосфодиэстеразы. Результатом является его способность снимать спазмы бронхов. Уменьшает агрегацию тромбоцитов.

Кофеин, теобромин, теофиллин получаются синтетически, как и другие лекарственные препараты, содержащие пуриновое ядро: нигексин, темесал, дипрофиллин, ксантиола никотинат, пентоксифиллин и широко применяются в медицинской практике.

Кроме того, ядро пурина входит в молекулы коферментов, например, флавината (ФАД), Р- (рибофлавил-5′) -Р- (аденозил-5′) дифосфата динатриевой соли,

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

а также кофермента А:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

и коферменты НАД и НАДФ, входящие в состав дегидрогеназ — ферментов, способствующих переносу атомов водорода от одного субстрата к другому.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Следует отметить, что заряженный положительно никотинамидный фрагмент отрывает гидридоподвижный атом водорода, а фрагмент пирофосфорной кислоты протон. Н+ и Н- вместе равняются двум атомам водорода 2Н. Фрагмент никотинамида превращается во фрагмент 1,4-дигидропиридина:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

а НАД+ — в НАД-Н2. Особое место среди производных пурина занимают вещества, являющиеся противоопухолевыми препаратами, такие как 6-меркаптопурин:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

и фопурин (6-диэтиленимидофосфамидо-2-диэтиламино-7-метилпурин), который широко применяется онкологами:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Известны и другие противоопухолевые препараты на основе пурина: 6-хлор-9-
метилпурин, 2-амино-6-меркаптопурин, 2-амино-6-меркапто-9-н-пропилпурин,

9-(2-тетрагидрофурфурил)-6-меркаптопурин.

Некоторые производные пурина обладают хорошо выраженным противовирусным действием. Так, например, 2,6-диаминопурин препятствует размножению вирусов оспы и полиомиэлита. 2,6,8-трихлорпурин и 2,б-дихлор-7-метилпурин только оспы. 2-аминопурин и 8-азапурин обладают сильным мутагенным действием и применяются в научных исследованиях.

Имеются ещё три соединения — производные пурина, о которых нельзя не упомянуть,
так как два из них (ксантин и гипоксантин) входят в состав некоторых ДНК и РНК, а мочевую кислоту по нескольким причинам. Во-первых, мочевая кислота была первым соединением пуринового ряда, которое знаменитый шведский химик Карл Вильгельм Шееле открыл ещё в 1776 году, во-вторых, она является одним из конечных продуктов азотистого обмена в организме человека, а особенно птиц и пресмыкающихся, в-третьих, повышение количества мочевой кислоты в моче человека наблюдается при подагре. Соли мочевой кислоты — ураты, вместе с самой мочевой кислотой составляют основу камней мочевого пузыря и почек. И, наконец, в-четвёртых, мочевая кислота является исходным сырьём для промышленного синтеза кофеина, теобромина и теофилина, а также может быть использована для синтеза аденина и гуанина. Мочевая кислота-2,6,8-триоксипурин – твёрдое вещество, разлагающееся до температуры плавления, плохо растворимое в спирте, эфире и воде. Растворима в глицерине и горячей серной кислоте. Существует в нескольких таутомерных формах:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

В твёрдом состоянии, равновесие сильно смещено в сторону кетон-иминной формы (II). Она является двухосновной кислотой — даёт два ряда солей. Соли, в которых один атом водорода заменён на литий, растворимы, а на натрий или калий нерастворимы в воде. Соли, в которых замещены два атома водорода на щелочные металлы, хорошо растворимы в воде. Вопрос о том, какой атом водорода замещён в солях неправомерен, так как в анионе соли возможна таутомерия, как и в исходной кислоте.

Мочевая кислота алкилируется по атомам азота, под действием РОСl3 даёт 2,6,8-трихлорпурин. Ксантин (2,6-диоксипурин) и гипоксантин (6-оксипурин) являются предшественниками в синтезе гуанина и аденина, где мы их и рассмотрим.

Аденин.

Аденин (6-аминопурин), tпл.= 365°С, плохо растворим в холодной воде и спирте, хорошо в горячей воде, нерастворим в эфире и хлороформе. Из водных растворов кристаллизуется в виде кристаллогидрата с тремя молекулами воды.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Является двухкислотным основанием. Константы кислотности сопряжённых с основаниями кислот соответствуют pKa(1) = 4,15 и рКа(2)~9,8. Это означает, что при рН = 11,8 (9,80+2) аденин в водном растворе будет на 99 мольных процента присутствовать в виде нейтральной молекулы и только около 1% в виде протонированных форм (таутомерия, протон может быть с разной вероятностью у всех атомов азота). При рН = 9,80 50% аденина будет находиться в виде этих монокатионов, а при рН = 7,80 (9,80-2) их будет 99%, при рН = 6,80 уже 99.9% и начнут появляться дикатионы, т.к. при рН = 6,15 (4,15+2) их будет уже 1%, при рН = 4,15 половина будет в виде монопротонированных, а половина в виде дипротонированных форм, например:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Аденин может существовать в виде четырёх таутомерных форм:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Согласно спектральным данным более 98% аденина находится в аминной форме (утверждать, что 100% нельзя). Аденин алкилируется по атомам азота в положениях 1 и 3 пиримидинового кольца, и полученные таким образом метиладенины, например 3-метиладенин, существуют в двух формах: аминной и иминной:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Аденин вступает в реакции электрофильного замещения: с бромом даёт 8-бромаденин:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Под действием соляной кислоты и нитрита натрия аденин дезаминируется и превращается в гипоксантин:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Это свойство отличает аминогруппу аденина от аминогрупп ароматических аминов (анилина и его производных, которые при этом дают достаточно устойчивые диазо-соединения) и приближает к аминогруппам алифатического ряда, которые дают спирты.

С хлорангидридами и ангидридами карбоновых кислот аденин даёт диацильное производное по азоту имидазольного фрагмента и по аминогруппе. Другие изомеры не получаются:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

В водном растворе аденин образует перекрёстный комплекс с двухзарядным

катионом меди:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Реагируя с моносахаридами, аденин дает N-гликозиды, называемые нуклеозидами, например:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Аденин входит также в состав аденозинтрифосфата (АТФ),

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

кофермента А и никотинамидадениндинуклеотида (НАД+):

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Аденин является составной частью нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и в таком виде широко распространён в природе. Путём их гидролиза аденин обычно и получают.

В свободном состоянии он находится в хмеле, грибах, сахарной свёкле, чае, дрожжах и бактериях, у животных в мускулах, печени, а также в моче.

Синтетически аденин может быть получен из мочевины I и циануксусного эфира II, через мочевую кислоту III и 2,6,8-трихлорпурин IV. Из соединения IV могут быть получены также гипоксантин, ксантин, гуанин. Метод разработан Траубе и Э.Фишером:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

4,5-диаминоурацил опять конденсируют с мочевиной:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Под действием хлорокиси фосфора мочевая кислота III превращается в трихлор-пурин IV:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Путём нуклеофильного замещения атомов хлора в трихлорпурине на оксигруппы

и аминогруппы можно получить уже названные и другие пуриновые основания. При

осторожном действии раствора щёлочи легче всего замещается атом хлора в положении 6.

При действии аммиака он же замещается на аминогруппу. При последующем действии

йодистоводородной кислотой сначала происходит замена хлора на йод, а затем восстанов-

ление этой же кислотой и получаются соответственно гипоксантин и аденин.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Вторым по реакционной способности является атом хлора в положении 2. Это даёт возможность из 6-окси-2,8-дихлорпурина V получать гуанин:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Из соединения IV получают ксантин:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

В настоящее время разработано много вариантов синтеза аденина и гуанина.

Гуанин.

Гуанин (6-окси-2-аминопурин) — кристаллическое вещество с tпл.= 365°C. Гуанин прак-

тически нерастворим в воде, слабо растворим в этаноле, диэтиловом эфире,

нейтральных растворах солей и аммиачных растворах. Он легко растворяется в кислых

и щелочных растворах, проявляя таким образом амфотерные свойства. У гуанина
определяются три константы кислотности pKa(1) = 3,3; pKa(2) = 9,2 и pKa (3) = 12,3.

И для самого гуанина и для его моно- и дипротонированных форм можно написать

много таутомерных форм, которые находятся в растворах в равновесии, например, для

гуанина:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Для моноаниона, получающегося под действием щелочей:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Для монокатиона, получающегося под действием сильных кислот:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Для дикатиона, получающегося при дальнейшем добавлении кислоты:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Гуанин способен вступать в реакции электрофильного замещения, разумеется за счёт имидазольного фрагмента. Так, например, с диазосоединениями даёт красители:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Эта реакция используется для аналитического определения гуанина. Нитритом натрия в солянокислой среде гуанин дезаминируется и превращается в ксантин. С моносахаридами гуанин образует нуклеозиды, которые с фосфорной кислотой дают в свою очередь нуклеотиды, например, таким мононуклеотидом является гуаниловая кислота -продукт распада РНК дрожжей или продукт, содержащийся в выделениях поджелудочной железы. При частичном гидролизе гуаниловой кислоты удаётся отщепить только фосфорную кислоту и выделить рибозид гуанина — нуклеотид, гуанозин (или вернин), встречающийся также в растениях.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Гуанин входит в состав всех ДНК и РНК и получается при их гидролизе. Большие количества гуанина находятся в чешуе рыб, коже рыб, пресмыкающихся и амфибий. Переливчатый блеск этих покровов в значительной мере обусловлен выкристаллизовавшимся гуанином. Найдено также, что содержание гуанина меняется в зависимости от окружающей среды, что является причиной меняющейся «камуфляжной» окраски рыб. В кале пауков до 90% гуанина, в кале птиц 60-70%.;

Пиримидиновые основания.

К пиримидиновым основаниям относятся, как уже было сказано, производные пиримидина: цитозин, урацил и тимин.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Пиримидин

Пиримидин (1,3-диазин, миазин) — бесцветное кристаллическое вещество с температурами плавления и кипения соответственно 21° и 124°С, дипольный момент 2,42 D (Дебай), легко растворим в воде, спирте и эфире. рКа пиримидина равно 1,3. Это слабое основание, которое образует соли с кислотами: сульфат, нитрат, перхлорат, соль с хлорным железом:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

С галогеналкилами пиримидин образует моноалкилгалогениды (не диалкилгало-

гениды):

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

При окислении пероксидом водорода образуется N-окись — соединение с семипо-дярной связью (как в азотной кислоте):

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

В реакции электрофильного замещения пиримидин вступает с трудом, как и пиридин, но всё же может быть прохлорирован:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Основное направление электрофильного замещения в положение 5 легко объясняется с позиции теории резонанса. Эффект сопряжения приводит к появлению

?+ — зарядов в положениях 2,4,6:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

а индуктивный эффект атомов азота наводит ?+- заряд наиболее сильно у атома в поло- жении 2, затем 4 и 6, и менее всего он проявляется в положении 5.

Нуклеофильная атака магний и литийорганическими соединениями опять приво- дит в соответствии с резонансными структурами к получению 4-алкилпроизводных:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Получить пиримидин можно из мочевины и малонового эфира через барбитуровую кислоту и 2,4,6-трихлорпиримидин:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Барбитуровая кислота имеет несколько таутомерных форм:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Дальнейшие реакции аналогичны тем, что были рассмотрены в синтезах пурино-вых оснований:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Цитозин

Цитозин — (2-окси-6-аминопиримидин) — бесцветные кристаллы с температурой плавления 325°С. Он мало растворим в воде (0,77г. в 100г. воды при температуре 25°С), плохо в этаноле, практически нерастворим в диэтиловом эфире. pKa(1) = 4,60 pKa(2) =12,10. Ниже приведена схема кислотно-основных превращений цитозина в водных растворах и некоторые из таутомерных форм самого цитозина и продукта его протонирования – монокатиона:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Цитозин в соответствии с приведённой схемой даёт соли с сильными кислотами:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

и щелочами:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Под действием нитрита натрия и соляной кислоты цитозин «дезаминируется» — превращается в урацил:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Водородом в присутствии платины цитозин превращается в 4,5-дигидроурацил:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

При нагревании в сильных кислотах и щелочах цитозин дезаминируется:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Соли диазония реагируют с цитозином, давая красители:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Цитозин может вступать в реакции электрофильного замещения, например, с бромом:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

При этом получается 5-бромцитозин. Могут быть получены также 5-нитро- и 5-сульфоцитозин:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

С рибозой цитозин образует цитидин:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Обратный гидролиз до цитозина и рибозы идёт с трудом. Цитозин может быть получен, например, из S-этилпсевдотиомочевины и натрового производного формилуксусной кислоте

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Цитозин может быть также получен из урацила нагреванием с P2S5 с последующим действиеим расчётным количеством аммиака и гидролизом:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

В виде производных цитозин широко распространён в природе. Он входит в качестве фрагментов макромолекул в состав ДНК и РНК, а также в состав молекул нуклео-тидов (цитидинфосфорные кислоты), цитидина и цитидиновых коферментов.

Строение цитидиновых коферментов следующее:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Строение радикала R в различных коферментах разное. Название кофермента складывается из двух частей: первая — цитидиндифосфор (ЦДФ), а далее, через дефис название радикала R.

Название ЦДФ Радикал R
ЦДФ-холин Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.
ЦДФ-этаноламин Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.
ЦДФ-глицерин Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.
ЦДФ-рибитол Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.
ЦДФ-диглицерид Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

* R’ и R в ЦЦФ-диглицериде остатки углеводородных радикалов жирных кислот.

В организме цитидиновые коферменты получаются по реакции цитидинтрифос-фата (ЦТФ) с соответствующими фосфатами спиртов катализируемой нуклеотидилтрансферазами, например:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Цитидиновые коферменты играют большую роль в биосинтезе фосфолипидов, лецитинов, сфингомиелина, инозитфосфатидов.

¦ *

Урацил.

Урацил (2,6-диоксипиримидин; 2,6-пиримидиндион) — бесцветное кристалличе
ское вещество с температурой плавления 335°С. Урацил плохо растворяется в холодной
воде, лучше в горячей. Он ограниченно растворим в спирте и в водных растворах щёло-
чи. Практически не растворим в эфире. Его рКа= 9,45. То есть при рН = 11,45 он на 99% присутствует в виде таутамерных форм аниона:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

А при рН = 7.45 99% урацила находится в виде смеси таутомерных нейтральных форм. Урацил может давать соли, в которых в твёрдом состоянии металл находится либо у кислорода, либо у азота:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Действием РОСl3 или РСl5 оксигруппы в урациле заменяются на хлор:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Действием хлорангидридов карбоновых кислот в жестких условиях могут быть получены О-ацильные производные, которые, затем легко гидролизуются:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Очень интересно урацил реагирует с хлором. Сначала он подобно ароматическим углеводородам атакуется хлором как электрофильным реагентом в положение 5. Образовавшийся 5-хлорурацил реагирует с хлором, как алкен, присоединяя хлор:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

При алкилировании урацила галоидными алкилами (I-СНз, Вг-С2Н5) и диалкил-
оульфатами ((СН3О)2SO2 и др.) получаются N-алкильные производные лактамной формы:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

С гидразином урацил даёт мочевину и пиразолон:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

При окислении перманганатом калия выделяется углекислый газ и образуется ок-салуровая кислота:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Формальдегид по-разному реагирует с урацилом в отсутствии:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

и в присутствии соляной кислоты:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

В присутствии платинового или палладиевого катализатора урацил гидрируется
по «двойной» связи:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Урацил может быть получен из 2-этилмеркапто-6-оксипиримидина кипячением с
соляной кислотой:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Получение этилмеркаптооксипиримидина было рассмотрено при описании синтеза цитозина.

Синтез урацила по Баудишу заключается в реакции мочевины с формилуксусной
кислотой:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Формилуксусная кислота получается при разложении яблочной кислоты в присутствии окислителей:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Урацил в чистом виде содержится в незначительных количествах в животных и растительных тканях. Урацил, наряду с цитозином, известен своими белковоанаболиче-скими свойствами. Например, при острой потере крови он усиливает синтез нуклеиновых кислот, которые в свою очередь воссоздают белковые тела крови.

Урацил в качестве фрагмента молекул входит в состав многих природных ве
ществ — нуклеозидов, нуклеотидов, РНК. Аналогично цитозину, урацил входит в состав
уридин моно-, ди- и трифосфорных кислот, уридиновых коферментов, которые построе
ны и получаются аналогично. . —

Производные урацила.

5-бромурацил является сильным химическим мутагеном и применяется при точечных мутациях, заменяя при этом какое-либо азотистое основание в матричной нуклеиновой кислоте и тем самым изменяя наследственные признаки, передаваемые данной кислотой.

5-фторурацил применяется как противоопухолевое средство. Считается, что сам урацил используется при опухолевых образованиях для биосинтеза нуклеиновых кислот в значительно больших количествах, чем в нормальных тканях. Замена водорода с атомным радиусом (1,20?) на фтор ( радиус 1,35?) приводит к тому, что 5-фторурацил заменяет урацил в цепи синтеза нуклеиновых кислот опухолевых клеток и прерывает его. Интересно отметить, что 5-фторцитозин таким камуфляжным действием не обладает.

5-фторурацил применяется также в качестве радиосенсибилизатора одновремен
но с лучевой терапией.

Тимин

Тимин (2,4-диокси-5-метилпиримидин, 5-метилурацил) — бесцветное кристаллическое вещество в виде игл, температура плавления — 326°С (с разложением из этанола), или пластинки с температурой плавления — 340°С (с разложением из воды).

Тимин хорошо возгоняется, может чиститься вакуумсублимацией. Тимин хорошо растворим в горячей воде, хуже в холодной, плохо в этаноле и диэтиловом эфире. Его рКa = 9,8 то есть по кислотности он близок к фенолу. Ниже приведены таутомерные формы тимина:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

С металлами тимин образует два типа производных, по азоту и по кислороду. Те и другие могут быть легко проалкилированы:

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

За исключением реакции по положению 5, которое занято метилом, реакции ти-мина подобны реакциям урацила. Так с дезоксирибозой он образует нуклеозид — тимидин ( 3(?-D-2′-дезоксирибофуранозил) -2,6-диокси-5-метилпиримидин):

Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.

Заменой атома водорода при кислороде, находящемся у атома С (5’) на остатки ортофосфорной кислоты получаются тимидинфосфорные кислоты (ТМФ, ТДФ, ТТФ).

Дополнительные материалы:

36. Водород. Физические свойства


Похожие статьи: