Урацилы

Урацилы (Uracils) – химический класс гетероциклических шестичленных органических соединений, объединяющий производные урацила, включающие в структурную форму пиримидиновое кольцо (шестичленный гетероцикл с двумя атомами азота в положении 1 и 3) с оксогруппами (карбогруппами C=O) в положениях 2 и 4.

Химические и физические свойства

Урацилы рассматриваются как производные пиримидина и входят в класс пиримидины. Подробнее о производных пиримидина и пиримидине – в статье «Пиримидины».

Урацилы – производные урацила (фото «Урацил и его производные» соединение 1). Последний является составной частью структурной формулы РНК (рибонуклеииновая кислота) – пиримидиновым основанием рибонуклеиновой кислоты[9][7].

Урацил (C4H4N2O2) – белое аморфное вещество или иглоподобные кристаллы с плотностью 1,5 ±0,1 г/см3, температурой кипения 440,5 ±37,0°C при 760 мм рт. ст. и температурой плавления 330ºС[11]. Обладает амфотерными свойствами, способен к таумерии, очень слабое основание (рКа 3,38). Для него характерно ацилирование атомов азота в присутствии оснований, что обусловлено значительной NH-кислотностью его производных в целом[11].

Урацилы - Урацил и его производные
Урацил и его производные


Урацил и его производные часто рассматривают как диоксипиримидины. В частности, урацил – это 2,4-диоксипиримидин[3].

Строение урацила доказано его синтезом:

  1. Урацил получают окислением 2,4-диоксидигидропиримидина (гидроурацила) – продукта присоединения мочевины к акриловой кислоте. Окисление производится бромом, при этом промежуточнообразуется монобромгидроурацил, от которого пиридин отщепляетодну молекулу бромистого водорода[3].
  2. Второй доказательный синтез урацила использует как исходный продукт S-этилпсевдотиомочевину, которую конденсируют с натриевым производным формилуксусного эфира. Первым продуктом реакции является этилмеркаптооксипиримидин. При нагревании с соляной кислотой он распадается с образованием урацила[3]. (фото «Синтез урацила»).
  3. Обычный синтез урацила по Баудишу заключается в конденсации мочевины с яблочной кислотой. Промежуточным продуктом является образующаяся из яблочной кислоты формилуксусиая кислота[3].
Урацилы - Синтез урацила
Синтез урацила


Действие на организмы

Урацилы (производные урацила), как и все пиридины, являются биологически активными соединениями[7].

Фторурацил (фото «Урацил и его производные» соединение 2) – противоопухолевое биологически активное вещество, ингибирующее тимидилат-синтазу. В организме 5-фторурацил превращается во фторсодержащий аналог 2-дезоксиуридил-монофосфата, который взаимодействует с ферментом и кофактором, в результате чего образуется производное тетрагидрофолиевой кислоты. Фрагмент фторурацила оказывается ковалентно и необратимо связан с активным центром фермента (кофактора), и синтез дезокситимидина обрывается, что приводит к нарушению синтеза ДНК[7].

Цитозин (фото «Урацил и его производные» соединение 3) и его производные, вырабатываемые живыми организмами, играют важные роди в метаболизме образования ДНК и РНК и необходимы для сохранения генетических характеристик[7].

Метилурацил (фото «Урацил и его производные» соединение 4) – стимулирующим обменные процессы в организме человека, оказывает иммуностимулирующее, лейкопоэтическое, противовоспалительное и ранозаживляющее действия. Он обладает обширными фармакологическими эффектами и назначается назначают при различных нарушениях и повреждениях органов и покровных тканей. Противопоказан при онкологических заболеваниях[10].

Аллацил (фото «Урацил и его производные» соединение 5) – мочегонное, снижающее реабсорбцию ионов натрия и ионов хлора. В связи с появлением более эффективных диуретических средств в медицинской практике используется редко[10].

Гербициды

В сфере защиты растений нашли применение урацилы проявляющие гербицидную активность (фото «Урацил и его производные» соединения 6 – 8):

  • ленацил C13H18N2O2 (номер CAS2164-08-1);
  • тербацил C9H13ClN2O2 (номер CAS5902-51-2);
  • бромацил C9H13BrN2O2 (номер CAS314-40-9);
  • изоцил C8H11BrN2O2 (номер CAS 314-42-1)[12][14].

Механизм действия

перечисленных веществ согласно классификации HRAC (Herbicide Resistance Action Comittee/Комитет по борьбе с устойчивостью к гербицидам) и WSSA (Weed Science Society of America/Американское научное общество по борьбе с сорняками) – ингибирование фотосинтеза у связующих PS II – серин 264/ inhibition of photosynthesis at PS II – serine 264 binders. Вещества с таким механизмом действия размещены в группах 5 и 6, по классификкции HRAC до 2020 г – группы C1, C2,C3[14].

Кроме веществ химического класса урацилы, к группе 5 (ингибиторы фотосинтеза у связующих PS II – серин 264) относятся отдельные соединения химических классов: амиды, фенилкарбаматы, пиридазиноны, триазины, триазиноны, мочевины.

К группе 6 (ингибирование фотосинтеза у связующих PS II – гистидин 215): бензотиадиазиноны (benzothiadiazinone) – действующее вещество бентазон (bentazon); фенилпиридазины (phenyl-pyridazines) – действующее вещество пиридат (pyridate), нитрилы (nitriles)[14].

Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы фотосинтеза у связующих PS II – серин 264 (группа 5 (C1, C2) по классификации WSSA и HRAC):

Классы химических соединений, по механизму гербицидного действия – ингибиторы фотосинтеза у связующих PS II – гистидин 215 (группа 6 (C3) по классификации WSSA и HRAC):

Данные вещества подавляют фотосинтез, связывая комплекс фотосинтетической системы в тилакоидных мембранах хлоропластов. Это приводит к блокировке переноса электронов, остановке фиксации CO2 и блокировке выработки веществ необходимых для роста и развития растений. Основная причина гибели большинства чувствительных растений – неспособность к окислению QA и образование триплетного хлорофилла, который взаимодействуя с обычным кислородом переводит его в синглетное состояние. Синглетный кислород и триплетный хлорофилл взаимодействуют с водородом ненасыщенных липидов, что приводит к формированию липидных радикалов и инициирует цепную реакцию перекисного окисления липидов и белков. Это приводит к потере каротиноидов и хлорофилла, нарушению целостности клеточных мембран, что в комплексе приводит к гибели растительного организма[14].

Симптомы повреждения

выражаются в почернении и отмирании листьев. При этом отмирание листьев более поздней стадии развития отмечается в первую очередь, молодые листья отмирают позже, точка роста сохраняется некоторое время после отмирания всех листьев[4].

Подавляемые сорные виды

. Перечень подавляемых видов варьирует в зависимости от свойств конкретного вещества:

  • тербацил используют против однолетних сорняков на посадках плодовых деревьев;
  • бромацил – аналог тебацил, обладает гербицидной активностью сплошного действия;
  • ленацил – эффективен против однолетних двудольных и отдельных видов однолетних злаковых сорняков;
  • изоцил – обладает селективным гербицидным действием[8].

Резистентность

. К веществам групп 5 по HRAC и WSSA отмечены случаи формирования биотопов резистентных сорных растений следующих видов: щирица Пальмера, лисохвост полевой (мышехвостиковидный), щирица бугорчатая, мятлик однолетний, плевел многоцветко́вый, редька полевая [14].

Профилактика резистентности

. Формирование резистентных биотопов возможно избежать путем соблюдения регламента применения гербицидов, а также путем чередования препаратов с веществами различных механизмов действия. При применении веществ класса урациллы категорически не рекомендуется чередование с веществами классов: амиды, фенилкарбаматы, пиридазиноны, триазины, триазиноны, мочевины, бензотиадиазиноны (benzothiadiazinone) – действующее вещество бентазон (bentazon); фенилпиридазины (phenyl-pyridazines) – действующее вещество пиридат (pyridate), относящихся к группам 5 и 6 по классификации HRAC и WSSA, то есть обладающих тем же механизмом гербицидного действия[4][14].

Урацилы
действующие вещества

Применение

Урацилы применяются в фармакологии в качестве различных лекарственных средств[10]. В сфере защиты растений производные урацила находят применение как действующие вещества пестицидов. В настоящее время на территории России разрешен к использованию гербициды с действующим веществом ленацил[1]. Действующие вещества бромацил, изоцил, тербацил – разрешены к использованию в других странах мира[14].

Токсикологические свойства и характеристики

Урацилы характеризуются различной степенью токсикологической опасности. Разрешенные к применению на территории России соединения данного класса относятся к умеренно опасным соединениям (3 класс опасности). Требуют соблюдении регламента применения, правил хранения и транспортировки[1].

Подробнее о токсикологических характеристиках ленацила – в статье «Ленацил».

Урацилы - Синтез производных урацила
Синтез производных урацила


Получение

Производные урацила образуются в результате различных типов реакций:

  1. Урацил является наиболее удобным производным пиримидина для осуществления реакций электрофильного замещения, таких как галогенирования, фенилсульфенилирования, меркурирование, гидрокси- и хлорметилирование. Замещение идет по положению пять[11][2]. Бромирование урацила в водном растворе идет по механизму присоединения-отщепления[11]. Эта реакция проходит через предварительное образование бромгидринового андукта[2].
  2. Производные урацила, содержащие при атоме N(1) углеводородный заместитель, можно превратить в соответствующие 5-нитропроизводные с сохранением углеводородного остатка. Возможно нитрование по положению N(3)[2].
  3. Способность урацила к присоединению нуклеофильных реагентов позволяет проводить необычные трансформации при использовании бис-нуклеофильных реагентов, например, мочевины. При этом последовательно реализуются стадии присоединения нуклеофила, раскрытия и замыкания цепи[2].
  4. Стереоспецифическое введение остатка рибозы в молекулу урацила можно осуществить в результате первоначального заместителя к 5-гидроксиметильному фрагменту молекулы углеводорода и его последующего внутримолекулярного переноса к положению 2[2].
  5. Циклоорганические производные урацила возможно получить прямым взаимодействием соответствующего галогенопроизводного с цинковой пылью. Хотя циклоорганические производные урацила вступают в реакцию с ограниченным числом электрофильных реагентов. Они находят особое применение в реакциях сочетания, катализируемых палладием[2].
 

Оставьте свой отзыв:

Отзывы:

Комментарии для сайта Cackle

Составитель:

 

Страница внесена:

Последнее обновление: 16.04.24 21:00

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:
1.

Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2023 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)

2.

Джоуль Дж., Миллс К. Химия гетероциклических соединений. 2-е переработан. изд./ Пер. с англ. Ф. В. Зайцевой и А. В. Карчава. — М.: Мир, 2004. — 728 с., ил.

3.

Каррер П. Курс органической химии 13 изд., пер. и доп. - Л.: Гос. научно-техн. изд-во химической литературы, 1960. — 1216 с

4.

Куликова Н.А, Лебедева Г.Ф. Гербициды и экологические аспекты их применения. Учебное пособие. – Москва, книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. – 152с.

5.
Мельников Н.Н. Пестициды. Химия, технология и применение. - М.: Химия, 1987. 712 с.
6.

Методические указания по регистрационным испытаниям гербицидов, в сельском хозяйстве 2013 г. СПб (утверждены Минсельхозом России). УПДК 632.96, СПб. 2013. 280 с. 

7.

Носова Э. В. Биологически активные вещества гетероциклической природы: учеб. пособие / Э.В. Носова; М-во науки и высш. образования Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т.— Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 144 с.

8.

Солдатенков А. Т. Пестициды и регуляторы роста [Электронный ресурс] : прикладная органическая химия / А. Т. Солдатенков, Н. М. Колядина, А. Ле Туан. — 3-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 226 с.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015

9.

Черных В. П., Зименковский Б. С., Гриценко И. С. Органическая химия: Учебник для студ. вузов / Под общ. ред. В. П. Ч ерных.— 2-е изд., испр. и доп.— Х .: Изд-во НФ аУ; Оригинал, 2007.— 776 с.

10.

Чиряпкин А.С. Обзор производных пиримидина как фармакологически активных соединений // Juvenis scientia. 2022. Том 8. № 5. С. 16-30. DOI: 10.32415/jscientia_2022_8_5_16-30. EDN: CFSWFH.

11.

Юровская М.А., Куркин А.В., Лукашёв Н.В. Химия ароматических гетероциклических соединений. М.: Издательство МГУ им. Ломоносова, 2007. — 50 с.

12.

Pubchem.ncbi.nlm.nih.gov

Источники из сети интернет:
13.

ChemSrc.com

14.

Global Herbicide Classification Lookup | Herbicide Resistance Action Committee

Свернуть Список всех источников