La pirimidina ( C 4 H 4 N 2 ; / p ɪ ˈ r ɪ . m ɪ ˌ d iː n , p aɪ ˈ r ɪ . m ɪ ˌ d iː n / ) es un compuesto orgánico heterocíclico aromático similar a la piridina ( C 5H5N ) . _ _ [3] Una de las tres diazinas (heterocíclicos de seis miembros con dos átomos de nitrógeno en el anillo), tiene átomos de nitrógeno en las posiciones 1 y 3 del anillo. [4] : 250 Las otras diazinas son pirazina (átomos de nitrógeno en las posiciones 1 y 4) y piridazina (átomos de nitrógeno en las posiciones 1 y 2).
En los ácidos nucleicos , tres tipos de nucleobases son derivados de pirimidina : citosina (C), timina (T) y uracilo (U).
El sistema de anillos de pirimidina tiene una amplia presencia en la naturaleza [5] como compuestos y derivados sustituidos y fusionados con anillos, incluidos los nucleótidos citosina , timina y uracilo , tiamina (vitamina B1) y aloxano . También se encuentra en muchos compuestos sintéticos como los barbitúricos y el medicamento contra el VIH zidovudina . Aunque los derivados de pirimidina como el aloxano se conocían a principios del siglo XIX, no se llevó a cabo una síntesis de laboratorio de una pirimidina hasta 1879, [5] cuando Grimaux informó sobre la preparación de ácido barbitúrico a partir de urea y ácido malónico en presencia de oxicloruro de fósforo . [6] El estudio sistemático de las pirimidinas comenzó [7] en 1884 con Pinner , [8] quien sintetizó derivados condensando acetoacetato de etilo con amidinas . Pinner propuso por primera vez el nombre "pirimidina" en 1885. [9] El compuesto original fue preparado por primera vez por Gabriel y Colman en 1900, [10] [11] mediante la conversión de ácido barbitúrico en 2,4,6-tricloropirimidina seguida de una reducción utilizando polvo de zinc en agua caliente.
La nomenclatura de las pirimidinas es sencilla. Sin embargo, al igual que otros heterocíclicos, los grupos hidroxilo tautoméricos generan complicaciones ya que existen principalmente en forma de amida cíclica . Por ejemplo, la 2-hidroxipirimidina se denomina más propiamente 2-pirimidona. Existe una lista parcial de nombres triviales de varias pirimidinas. [12] : 5-6
Las propiedades físicas se muestran en el cuadro de datos. Se puede encontrar una discusión más extensa, incluidos los espectros, en Brown et al. [12] : 242–244
Según la clasificación de Albert [13] : 56–62 heterociclos de seis miembros pueden describirse como π-deficientes. La sustitución por grupos electronegativos o átomos de nitrógeno adicionales en el anillo aumenta significativamente la deficiencia de π. Estos efectos también disminuyen la basicidad. [13] : 437–439
Al igual que las piridinas, en las pirimidinas la densidad de electrones π disminuye aún más. Por lo tanto, la sustitución aromática electrófila es más difícil mientras que se facilita la sustitución aromática nucleófila . Un ejemplo del último tipo de reacción es el desplazamiento del grupo amino en la 2-aminopirimidina por el cloro [14] y su inversa. [15]
La disponibilidad de pares de electrones solitarios ( basicidad ) disminuye en comparación con la piridina. En comparación con la piridina, la N -alquilación y la N -oxidación son más difíciles. El valor p K a para la pirimidina protonada es 1,23 en comparación con 5,30 para la piridina. La protonación y otras adiciones electrofílicas se producirán en un solo nitrógeno debido a una mayor desactivación por parte del segundo nitrógeno. [4] : 250 Las posiciones 2, 4 y 6 del anillo de pirimidina son deficientes en electrones, de manera análoga a las de la piridina y el nitro y dinitrobenceno. La posición 5 tiene menos deficiencia de electrones y los sustituyentes allí son bastante estables. Sin embargo, la sustitución electrófila es relativamente fácil en la posición 5, incluidas la nitración y la halogenación. [12] : 4–8
La reducción de la estabilización por resonancia de las pirimidinas puede provocar reacciones de adición y escisión del anillo en lugar de sustituciones. Una de esas manifestaciones se observa en el reordenamiento de Dimroth .
La pirimidina también se encuentra en los meteoritos , pero los científicos aún desconocen su origen. La pirimidina también se descompone fotolíticamente en uracilo bajo luz ultravioleta . [dieciséis]
La biosíntesis de pirimidina crea derivados —como orotato, timina, citosina y uracilo— de novo a partir del carbamoil fosfato y el aspartato.
Como suele ser el caso con los sistemas de anillos heterocíclicos originales, la síntesis de pirimidina no es tan común y generalmente se realiza eliminando grupos funcionales de los derivados. Se han informado síntesis primarias en cantidad que involucran formamida . [12] : 241–242
Como clase, las pirimidinas normalmente se sintetizan mediante la síntesis principal que implica la ciclación de compuestos β-dicarbonilo con compuestos N – C – N. Son típicas las reacciones del primero con amidinas para dar pirimidinas 2-sustituidas, con urea para dar 2- pirimidinonas y con guanidinas para dar 2-aminopirimidinas. [12] : 149-239
Las pirimidinas se pueden preparar mediante la reacción de Biginelli y otras reacciones multicomponentes . [17] Muchos otros métodos se basan en la condensación de carbonilos con diaminas, por ejemplo, la síntesis de 2-tio-6-metiluracilo a partir de tiourea y acetoacetato de etilo [18] o la síntesis de 4-metilpirimidina con 4,4-dimetoxi-2-butanona. y formamida . [19]
Un método novedoso es la reacción de N -vinil y N -aril amidas con carbonitrilos bajo activación electrófila de la amida con 2-cloropiridina y anhídrido trifluorometanosulfónico : [20]
Debido a la basicidad reducida en comparación con la piridina, la sustitución electrófila de la pirimidina es menos fácil. La protonación o alquilación normalmente tiene lugar en sólo uno de los átomos de nitrógeno del anillo. La mono- N -oxidación se produce por reacción con perácidos. [4] : 253–254
La sustitución electrofílica C de la pirimidina se produce en la posición 5, la menos deficiente en electrones. Se han observado nitración , nitrosación , acoplamiento azo , halogenación , sulfonación , formilación , hidroximetilación y aminometilación con pirimidinas sustituidas. [12] : 9-13
La sustitución nucleofílica C debería facilitarse en las posiciones 2, 4 y 6, pero sólo hay unos pocos ejemplos. Se ha observado aminación e hidroxilación de pirimidinas sustituidas. Las reacciones con reactivos de Grignard o alquillitio producen 4-alquil- o 4-arilpirimidina después de la aromatización. [12] : 14-15
Se ha observado ataque de radicales libres con pirimidina y reacciones fotoquímicas con pirimidinas sustituidas. [12] : 15–16 La pirimidina se puede hidrogenar para dar tetrahidropirimidina. [12] : 17
Tres nucleobases que se encuentran en los ácidos nucleicos , citosina (C), timina (T) y uracilo (U), son derivados de pirimidina:
En el ADN y el ARN , estas bases forman enlaces de hidrógeno con sus purinas complementarias . Así, en el ADN, las purinas adenina (A) y guanina (G) se emparejan con las pirimidinas timina (T) y citosina (C), respectivamente.
En el ARN , el complemento de la adenina (A) es uracilo (U) en lugar de timina (T), por lo que los pares que se forman son adenina : uracilo y guanina : citosina .
Muy raramente, la timina puede aparecer en el ARN o el uracilo en el ADN, pero cuando las otras tres bases pirimidínicas principales están representadas, algunas bases pirimidínicas menores también pueden aparecer en los ácidos nucleicos . Estas pirimidinas menores suelen ser versiones metiladas de las principales y se postula que tienen funciones reguladoras. [21]
Estos modos de enlace de hidrógeno son para el emparejamiento de bases clásico de Watson-Crick . Otros modos de enlace de hidrógeno ("parejamientos oscilantes") están disponibles tanto en el ADN como en el ARN, aunque el grupo 2′-hidroxilo adicional del ARN expande las configuraciones, a través de las cuales el ARN puede formar enlaces de hidrógeno. [22]
En marzo de 2015, los científicos de NASA Ames informaron que, por primera vez, se habían formado en el laboratorio, en condiciones del espacio exterior , compuestos orgánicos complejos de ADN y ARN de la vida , incluidos uracilo , citosina y timina , utilizando sustancias químicas de partida, como pirimidina, encontrado en meteoritos . La pirimidina, al igual que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), la sustancia química más rica en carbono que se encuentra en el universo , puede haberse formado en gigantes rojas o en nubes de gas y polvo interestelares . [23] [24] [25]
Para comprender cómo surgió la vida , es necesario conocer las vías químicas que permiten la formación de los componentes clave de la vida en condiciones prebióticas plausibles . La hipótesis del mundo del ARN sostiene que en la sopa primordial existían ribonucleótidos flotantes , las moléculas fundamentales que se combinan en serie para formar el ARN . Moléculas complejas como el ARN debieron surgir de moléculas relativamente pequeñas cuya reactividad estaba regida por procesos fisicoquímicos. El ARN está compuesto de nucleótidos de pirimidina y purina , los cuales son necesarios para la transferencia confiable de información y, por lo tanto, para la selección natural y la evolución darwiniana . Becker y cols. mostró cómo se pueden sintetizar nucleósidos de pirimidina a partir de moléculas pequeñas y ribosa , impulsados únicamente por ciclos húmedo-seco. [26] Los nucleósidos de purina se pueden sintetizar mediante una vía similar. Los 5'-mono y difosfatos también se forman selectivamente a partir de minerales que contienen fosfato, lo que permite la formación simultánea de polirribonucleótidos con las bases pirimidina y púrica. De este modo se puede establecer una red de reacción hacia los componentes básicos del ARN de pirimidina y purina a partir de moléculas atmosféricas o volcánicas simples.
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ) , también publicado como Barbatti, M.; Borín, AC; Ullrich, S. (eds.). "14: Fotosíntesis y fotoestabilidad de ácidos nucleicos en ambientes extraterrestres prebióticos". Fenómenos fotoinducidos en ácidos nucleicos . Berlín, Heidelberg: Springer-Verlag. pag. 499.