ไพริมิดีน

ชื่อ
ชื่อ IUPAC ที่นิยมใช้ ไพริมิดีน[ 1 ]
ชื่อตามระบบ IUPAC 1,3-ไดอะซาเบนซีน
ชื่ออื่นๆ 1,3-ไดอะซีน เอ็ม -ไดอะซีน
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	289-95-2 วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
การอ้างอิงของ Beilstein	103894
ชอีบี	เชบี:16898 วาย
เคมีเอ็มบีแอล	เคมีเอ็มบีแอล15562 วาย
เคมสไปเดอร์	8903 วาย
บัตรข้อมูล ECHA	100.005.479
หมายเลข EC	206-026-0
อ้างอิง Gmelin	49324
เคกก์	C00396 วาย
เมช	ไพริมิดีน
PubChem CID	9260
มหาวิทยาลัย	K8CXK5Q32L วาย
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID1051228
อินชิ นิ้ว = 1S/C4H4N2/c1-2-5-4-6-3-1/h1-4H วาย คีย์: CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-N วาย นิ้วChI=1/C4H4N2/c1-2-5-4-6-3-1/h1-4H คีย์: CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYAT
รอยยิ้ม n1cnccc1
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	C 4 H 4 N 2
มวลโมลาร์	80.088 กรัมต่อโมล
ความหนาแน่น	1.016 กรัมcm⁻³
จุดหลอมเหลว	20 ถึง 22 องศาเซลเซียส (68 ถึง 72 องศาฟาเรนไฮต์; 293 ถึง 295 เคลวิน)
จุดเดือด	123 ถึง 124 องศาเซลเซียส (253 ถึง 255 องศาฟาเรนไฮต์; 396 ถึง 397 เคลวิน)
ความสามารถในการละลายในน้ำ	ผสมเข้ากันได้ (25°C)
ความ เป็น กรด ( pKa )	1.10 [ 2 ] (ไพริมิดีนที่ถูกโปรตอน)
อันตราย
การติดฉลากGHS : [1]
ภาพสัญลักษณ์
คำสัญญาณ	อันตราย
คำเตือนเกี่ยวกับอันตราย	H226 , H318
คำเตือน	P210 , P233 , P240 , P241 , P242 , P243 , P264+P265 , P280 , P303+P361+P353 , P305+P354+P338 , P317 , P370+P378 , P403+P235 , P501
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) วาย ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

ไพริมิดีน(C4H4N2 ; /pɪˈrɪ.mɪˌdiːn , paɪˈrɪ.mɪˌdiːn / ) เป็นสารประกอบอินทรีย์อะ_โรมาติกเฮเทโรไซคลิกที่คล้ายกับไพริดีน( _C5H5N ) [ 3 ] เป็น^{หนึ่งใน}สาม_ของไดอะซีน( _เฮเทโร_ไซคลิกหกเหลี่ยมที่มีอะตอมไนโตรเจนสองอะตอม^{ในวงแหวน) โดยมีอะตอมไนโตรเจนอยู่ที่ตำแหน่งที่ 1 และ 3 ในวงแหวน [4]} : 250 ไดอะซีนอื่นๆได้แก่^{ไพราซีน (} อะตอมไนโตรเจนอยู่ที่ตำแหน่งที่ 1 และ 4) และไพริดาซีน (อะตอมไนโตรเจนอยู่ที่ตำแหน่งที่ 1 และ 2)

ในกรดนิวคลีอิก นิวคลีโอเบสสามประเภทเป็นอนุพันธ์ ของไพริมิดีน ได้แก่ไซโตซีน (C) ไทมีน (T) และยูราซิล (U)

ระบบวงแหวนไพริมิดีนพบได้ทั่วไปในธรรมชาติ^{[ 5 ]} ในรูปของสารประกอบและอนุพันธ์ที่มีการแทนที่และหลอมรวมวงแหวน รวมถึงนิวคลีโอไทด์ไซโตซีนไทมีนและยูราซิลไทอามีน (วิตามินบี 1) และอัลลอกซานนอกจากนี้ยังพบในสารประกอบสังเคราะห์หลายชนิด เช่นบาร์บิทูเรตและยาต้านไวรัสเอชไอวีซิโดวูดีนแม้ว่าอนุพันธ์ของไพริมิดีน เช่น อัลลอกซาน จะเป็นที่รู้จักในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 แต่การสังเคราะห์ไพริมิดีนในห้องปฏิบัติการยังไม่เกิดขึ้นจนกระทั่งปี 1879 ^{[ 5 ]}เมื่อ Grimaux รายงานการเตรียมกรดบาร์บิทูริกจากยูเรียและกรดมาโลนิกในที่ที่มีฟอสฟอรัสออกซีคลอไรด์ [ ^{6 ] การ} ศึกษาไพริมิดีนอย่างเป็นระบบเริ่มต้นขึ้น^{[ 7 ] ใน ปี} 1884 โดยPinner [ ^{8 ]} ซึ่งสังเคราะห์อนุพันธ์โดยการควบแน่นเอทิลอะซีโตอะซิเตตกับอะมิดีน Pinner เสนอชื่อ “pyrimidin” เป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2428 ^{[ 9 ]}สารประกอบหลักถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกโดยGabrielและ Colman ในปี พ.ศ. 2443 ^{[ 10 ] [ 11 ]} โดยการเปลี่ยนกรดบาร์บิทูริกเป็น 2,4,6-ไตรคลอโรไพริมิดีน ตามด้วยการลดโดยใช้ ผง สังกะสีในน้ำร้อน

การตั้งชื่อไพริมิดีนนั้นตรงไปตรงมา อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับเฮเทอโรไซคลิกอื่นๆ หมู่ไฮด รอกซิลเทาโทเมอริก ทำให้เกิดความซับซ้อน เนื่องจากส่วนใหญ่อยู่ใน รูป อะไมด์ แบบวงแหวน ตัวอย่างเช่น 2-ไฮดรอกซีไพริมิดีนควรเรียกว่า 2-ไพริมิโดนมากกว่า มีรายชื่อชื่อสามัญบางส่วนของไพริมิดีนต่างๆ อยู่^{[ 12 ] : 5–6}

คุณสมบัติทางกายภาพแสดงอยู่ในกล่องข้อมูล การอภิปรายที่ครอบคลุมมากขึ้น รวมถึงสเปกตรัม สามารถพบได้ใน Brown et al. ^{[ 12 ] : 242–244}

ตามการจำแนกประเภทของAlbert [ ^{13 ] : 56–62 เฮเทอโรไซเคิลหกเหลี่ยมสามารถอธิบายได้ว่าขาด π การแทนที่ด้วยกลุ่มอิเล็กโทรเนกาติวิ ตี}หรืออะตอมไนโตรเจนเพิ่มเติมในวงแหวนจะเพิ่มการขาด π อย่างมีนัยสำคัญ ผลกระทบเหล่านี้ยังลดความเป็นเบสลงด้วย^{[ 13 ] : 437–439}

เช่นเดียวกับไพริดีน ในไพริมิดีน ความหนาแน่นของอิเล็กตรอน π จะลดลงในระดับที่มากขึ้น ดังนั้นการแทนที่อะโรมาติกแบบอิเล็กโทรฟิลิกจึงทำได้ยากขึ้น ในขณะที่การแทนที่อะโรมาติกแบบนิวคลีโอฟิลิกทำได้ง่ายขึ้น ตัวอย่างของปฏิกิริยาประเภทหลังคือการแทนที่ หมู่ เอมีโนใน 2-อะมิโนไพริมิดีนด้วยคลอรีน^{[ 14 ]}และปฏิกิริยาย้อนกลับ^{[ 15 ]}

_{ความพร้อมใช้งาน ของ}อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ( ความเป็นเบส ) ลดลงเมื่อเทียบกับไพริดีน เมื่อเทียบกับไพริดีน การN-อัลคิเลชันและ การ N-ออกซิเดชันทำได้ยากกว่าค่า pKaของไพริมิดีนที่ถูกโปรตอนคือ 1.23 เมื่อเทียบกับ 5.30 สำหรับไพริดีน การโปรตอนและการเติมอิเล็กโทรฟิลิกอื่นๆ จะเกิดขึ้นที่ไนโตรเจนเพียงตัวเดียวเนื่องจากการลดการทำงานเพิ่มเติมโดยไนโตรเจนตัวที่สอง^{[ 4 ] : 250} ตำแหน่งที่ 2, 4 และ 6 บนวงแหวนไพริมิดีนมีอิเล็กตรอนน้อยคล้ายกับในไพริดีนและไนโตรเบนซีนและไดไนโตรเบนซีน ตำแหน่งที่ 5 มีอิเล็กตรอนน้อยกว่าและหมู่แทนที่ที่นั่นค่อนข้างเสถียร อย่างไรก็ตาม การแทนที่ด้วยอิเล็กโทรฟิลิกค่อนข้างง่ายที่ตำแหน่งที่ 5 รวมถึงการไนเตรชันและการฮาโลเจนเนชัน^{[ 12 ] : 4–8}

การลดลงของเสถียรภาพจากการเรโซแนนซ์ของไพริมิดีนอาจนำไปสู่ปฏิกิริยาการเติมและการแตกวงแหวนแทนที่จะเป็นการแทนที่ ตัวอย่างหนึ่งที่พบได้คือการจัดเรียงตัวใหม่ของดิมรอธ (Dimroth rearrangement )

ไพริมิดีนยังพบในอุกกาบาต ด้วย แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบที่มาของมัน ไพริมิดีนยังสลายตัวด้วยแสงเป็นยูราซิลภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต^{[ 16 ]}

กระบวนการสังเคราะห์ไพริมิดีนสร้างอนุพันธ์ต่างๆ เช่น โอโรเทต ไทมีน ไซโตซีน และยูราซิลขึ้นใหม่จากคาร์บาโมอิลฟอสเฟตและแอสปาร์เทต

เช่นเดียวกับกรณีของระบบวงแหวนเฮเทอโรไซคลิกหลัก การสังเคราะห์ไพริมิดีนนั้นไม่ค่อยพบเห็นบ่อยนัก และมักจะดำเนินการโดยการกำจัดหมู่ฟังก์ชันออกจากอนุพันธ์มีรายงาน การสังเคราะห์ขั้นต้นในปริมาณมากที่เกี่ยวข้องกับ ฟอร์มาไมด์^{[ 12 ] : 241–242}

โดยทั่วไปแล้ว ไพริมิดีนจะถูกสังเคราะห์โดยกระบวนการสังเคราะห์หลักที่เกี่ยวข้องกับการสร้างวงแหวนของสารประกอบ β-ไดคาร์บอนิลกับสารประกอบ N–C–N ปฏิกิริยาของสารประกอบดังกล่าวกับอะมิดีนเพื่อให้ได้ไพริมิดีนที่ถูกแทนที่ที่ตำแหน่ง 2 กับยูเรีย เพื่อให้ได้ ไพริมิดิโนน ที่ตำแหน่ง 2 และ กับ กัวนิดีน เพื่อให้ได้ อะมิโนไพริมิดีนที่ตำแหน่ง 2 เป็นตัวอย่างทั่วไป^{[ 12 ] : 149–239}

ไพริมิดีนสามารถเตรียมได้ผ่านปฏิกิริยาบิจิเนลลีและปฏิกิริยาหลายองค์ประกอบอื่น ๆ ^{[ 17 ]}วิธีการอื่นๆ อีกมากมายอาศัยการควบแน่นของคาร์บอนิลกับไดเอมีน เช่น การสังเคราะห์ 2-ไทโอ-6-เมทิลยูราซิลจากไทโอยูเรียและเอทิลอะซีโตอะซิเตต^{[ 18 ]}หรือการสังเคราะห์ 4-เมทิลไพริมิดีนด้วย 4,4-ไดเมทอกซี-2-บิวทาโนนและฟอร์มาไมด์^{[ 19 ]}

วิธีการใหม่คือปฏิกิริยาของN-ไวนิลและN-อะริลเอไมด์กับคาร์บอนไนไตรล์ภายใต้การกระตุ้นอิเล็กโทรฟิลิกของเอไมด์ด้วย 2-คลอโรไพริดีนและไตรฟลูออโรเมทานซัลโฟนิกแอนไฮไดรด์ : ^{[ 20 ]}

เนื่องจากความเป็นเบสลดลงเมื่อเทียบกับไพริดีน การแทนที่ด้วยอิเล็กโทรฟิลของไพริมิดีนจึงเกิดขึ้นได้ยากกว่าการโปรตอนหรือการอัลคิเลชันมักเกิดขึ้นที่อะตอมไนโตรเจนของวงแหวนเพียงอะตอมเดียวเท่านั้น การออกซิเดชันของ N หนึ่ง อะตอมเกิดขึ้นโดยปฏิกิริยากับกรดเปอร์ออกซี^{[ 4 ] : 253–254}

การแทนที่ C ของ อิเล็กโทรฟิลิกของไพริมิดีนเกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่ 5 ซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีอิเล็กตรอนน้อยที่สุด มีการสังเกตพบ ปฏิกิริยา ไน เตรชั่น ไนโตรเซ ชั่ น การเชื่อม ต่ออะ โซ ฮาโลเจนเนชั่นซัลโฟเนชั่น ฟ อร์มิเลชั่น ไฮ ดรอกซีเมทิลเลชั่น และอะมิโนเมทิลเลชั่นกับไพริมิดีนที่ถูกแทนที่^{[ 12 ] : 9–13}

การแทนที่ นิวคลีโอฟิลิกCควรเกิดขึ้นได้ง่ายที่ตำแหน่ง 2, 4 และ 6 แต่มีตัวอย่างเพียงไม่กี่ตัวอย่างเท่านั้น มีการสังเกตการเติมหมู่เอมีนและการเติมหมู่ไฮดรอกซิลในไพริมิดีนที่ถูกแทนที่ ปฏิกิริยากับรีเอเจนต์ Grignard หรืออัลคิลลิเทียมจะให้ไพริมิดีน 4-อัลคิลหรือ 4-อะริลหลังจากเกิดอะโรมาติเซชัน^{[ 12 ] : 14–15}

มีการสังเกตการโจมตีของอนุมูลอิสระต่อไพริมิดีน และมีการสังเกตปฏิกิริยาทางเคมีแสงต่อไพริมิดีนที่ถูกแทนที่^{[ 12 ] : 15–16} ไพริมิดีนสามารถถูกไฮโดรจิเนตเพื่อให้ได้เตตระไฮโดรไพริมิดีน^{[ 12 ] : 17}

อนุพันธ์ไพริมิดีน

สูตร	ชื่อ	โครงสร้าง	เอ็น1	เอ็น3	ซี2	ซี4	ซี5	ซี6
C 4 H 4 N 2 O	2-ไพริมิโดน		-ชม		=O	-ชม	-ชม	-ชม
C 4 H 4 N 2 O	4-ไพริมิโดน			-ชม	-ชม	=O	-ชม	-ชม
C 4 H 5 N 3 O	ไซโตซีน		-ชม		=O	–NH 2	-ชม	-ชม
C 4 H 4 N 2 O 2	ยูราซิล		-ชม	-ชม	=O	=O	-ชม	-ชม
C 4 H 3 FN 2 O 2	ฟลูออโรยูราซิล		-ชม	-ชม	=O	=O	–เอฟ	-ชม
C 5 H 6 N 2 O 2	ไทมีน		-ชม	-ชม	=O	=O	–CH 3	-ชม
C 4 H 4 N 2 O 3	กรดบาร์บิทูริก		-ชม	-ชม	=O	=O	-ชม	=O
C 5 H 4 N 2 O 4	กรดโอโรติก		-ชม	-ชม	=O	=O	-ชม	-COOH

นิวคลีโอเบส 3 ชนิดที่พบในกรดนิวคลีอิกได้แก่ไซโตซีน (C), ไทมีน (T) และยูราซิล (U) เป็นอนุพันธ์ของไพริมิดีน:

ไซโตซีน ( C )	ไทมีน ( T )	ยูราซิล ( U )

ในดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอเบสเหล่านี้จะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับพิวรีนที่เป็นคู่สม ของมัน ดังนั้น ในดีเอ็นเอพิวรีนอะดีนีน (A) และกัวนีน (G) จะจับคู่กับไพริมิดีนไทมีน (T) และไซโตซีน (C) ตามลำดับ

ในRNAนั้น ส่วนประกอบของอะดีนีน (A) คือยูราซิล (U) แทนที่จะเป็นไทมีน (T) ดังนั้นคู่ที่เกิดขึ้นจึงเป็นอะดีนีน : ยูราซิลและกัวนีน : ไซ โต ซีน

ไทมีนอาจปรากฏใน RNA น้อยมาก หรือยูราซิลใน DNA แต่เมื่อมีเบสไพริมิดีนหลักอีกสามชนิดปรากฏอยู่ เบสไพริมิดีนรองบางชนิดก็อาจปรากฏในกรดนิวคลีอิก ได้เช่นกัน ไพริมิดีนรองเหล่านี้มักจะเป็น ไพริมิดีนหลักที่มี การเติมหมู่เมทิลและคาดว่ามีหน้าที่ในการควบคุม^{[ 21 ]}

โหมดพันธะไฮโดรเจนเหล่านี้ใช้สำหรับ การจับคู่เบสแบบ Watson–Crick แบบคลาสสิกโหมดพันธะไฮโดรเจนอื่นๆ ("การจับคู่แบบ wobble") มีอยู่ในทั้ง DNA และ RNA แม้ว่ากลุ่มไฮดรอกซิล 2′ เพิ่มเติมของRNAจะขยายการกำหนดค่าที่ RNA สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้^{[ 22 ]}

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2558 นักวิทยาศาสตร์ ของ NASA Amesรายงานว่า เป็นครั้งแรกที่มีการสร้างสารประกอบอินทรีย์DNAและRNA ที่ซับซ้อน ของสิ่งมีชีวิตรวมถึงยูราซิลไซโตซีนและไทมีน ในห้องปฏิบัติการ ภายใต้สภาวะอวกาศโดยใช้สารเคมีเริ่มต้น เช่น ไพริมิดีน ที่พบในอุกกาบาตไพริมิดีน เช่นเดียวกับ โพ ลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAHs) ซึ่งเป็นสารเคมีที่มีคาร์บอนมากที่สุดในจักรวาลอาจเกิดขึ้นในดาวยักษ์แดงหรือในฝุ่นและเมฆก๊าซ ระหว่างดาว ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

เพื่อให้เข้าใจว่าชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับเส้นทางเคมีที่ช่วยให้เกิดการสร้างองค์ประกอบพื้นฐานของชีวิตภายใต้สภาวะก่อนชีวภาพ ที่เป็นไปได้ สมมติฐาน โลกของ RNAระบุว่าในซุปดั้งเดิมมีไรโบนิ วคลีโอไทด์ที่ลอยอยู่ ซึ่งเป็น โมเลกุลพื้นฐานที่รวมกันเป็นอนุกรมเพื่อสร้างRNAโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่น RNA ต้องเกิดขึ้นจากโมเลกุลขนาดเล็กที่มีปฏิกิริยาถูกควบคุมโดยกระบวนการทางกายภาพและเคมี RNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ไพริมิดีนและพิวรีน ซึ่งทั้งสองอย่างจำเป็นสำหรับการถ่ายทอดข้อมูลที่เชื่อถือได้ และดังนั้นจึงจำเป็นสำหรับการคัดเลือกโดยธรรมชาติและวิวัฒนาการ แบบดาร์วิน Becker และคณะแสดงให้เห็นว่า นิว คลีโอไซด์ไพริมิดีน สามารถสังเคราะห์ได้จากโมเลกุลขนาดเล็กและไรโบสโดยขับเคลื่อนด้วยวัฏจักรเปียก-แห้งเท่านั้น^{[ 26 ]}นิวคลีโอไซด์พิวรีนสามารถสังเคราะห์ได้โดยเส้นทางที่คล้ายกัน 5'-โมโนฟอสเฟตและไดฟอสเฟตยังเกิดขึ้นอย่างเลือกสรรจากแร่ธาตุที่มีฟอสเฟต ทำให้เกิดการสร้างพอลิไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีทั้งเบสไพริมิดีนและพิวรีนพร้อมกันได้ ดังนั้นจึงสามารถสร้างเครือข่ายปฏิกิริยาไปสู่หน่วยโครงสร้าง RNA ไพริมิดีนและพิวรีนได้โดยเริ่มจากโมเลกุลในบรรยากาศหรือภูเขาไฟอย่างง่าย