簡(jiǎn)介

極端環(huán)境微生物定義了生命的邊界。為了適應(yīng)各種極端環(huán)境，極端環(huán)境微生物通過(guò)合成許多獨(dú)特的活性化合物來(lái)保護(hù)自己。2-氨基-5-硝基嘧啶就是其中一種代表性的保護(hù)性物質(zhì)[1]。2-氨基-5-硝基嘧啶最早是從極端嗜鹽菌中發(fā)現(xiàn)的，作為調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的一類相容性溶質(zhì)，可以幫助微生物適應(yīng)高鹽等惡劣環(huán)境[2]。因此，2-氨基-5-硝基嘧啶在生物保護(hù)、生物醫(yī)藥和生物科技等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的商業(yè)化應(yīng)用前景。隨著合成生物學(xué)和代謝工程技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的2-氨基-5-硝基嘧啶生產(chǎn)方法已逐步被產(chǎn)率更高、環(huán)境更友好的生物工程菌及技術(shù)所取代。

圖1 2-氨基-5-硝基嘧啶的結(jié)構(gòu)式。

合成

 圖2 2-氨基-5-硝基嘧啶的合成路線[3]。

步驟1：向5-氨基四唑一水合物（10.9克，0.1 mol）在2 N HCl（70毫升）中的溶液中加入硝基丙二醛鈉鹽一水合物（2）（13.0克，0.1 mol）在H2O（100毫升）中溶液。將反應(yīng)混合物攪拌30分鐘。過(guò)濾出沉淀的固體，用水洗滌并風(fēng)干。體積11.7g（63%），黃色粉末。熔點(diǎn)125-130°C（分解）。紅外光譜，v，cm-1：3400（O-H），3170（C-H），3140（C-H），1650（C-H C），1575（C-NO2），1320（C-NO2）。1H NMR譜（DMSO-d6+0.6%H2O），δ，ppm:12.50（1H，br.s，NH）；8.60（1H，br.s，H-5）；8.10（1H，br.s，OH）；7.22（1H，p，7-CH）。

步驟2：將化合物4（7.70g，42mmol）在PhMe（50ml）中的溶液用Dean-Stark捕集器回流30分鐘。在減壓下蒸出溶劑，油狀產(chǎn)物在冷卻時(shí)結(jié)晶，適合于進(jìn)一步合成而不需純化。產(chǎn)率6.25g（90%），淺黃色晶體。熔點(diǎn)56-58°C。通過(guò)在130-150°C（5mm Hg）下升華粗產(chǎn)物獲得分析純疊氮化物6。紅外光譜，ν，cm-1：3030（C-H），2136（-N═N═N），1586（C）═C）、1572（C-NO2）、1330（C-no3）。1H NMR譜（CD3CN），δ，ppm:9.32（2H，s，H-4,6）。

步驟3：將疊氮化物6（0.083g，0.5mmol）溶解在MeCN（3ml）中，并使氨流通過(guò)溶液5分鐘。將反應(yīng)混合物在室溫下保持過(guò)夜。過(guò)濾出沉淀的固體，然后從水中重結(jié)晶。收率0.043g（61%），無(wú)色晶體，2-氨基-5-硝基嘧啶。熔點(diǎn)為233-235°C。1H NMR譜（DMSO-d6），δ，ppm: 9.02（2H，s，NH2）；8.21（2H，s，H-4,6）。合成路線如圖2所示。

圖3 2-氨基-5-硝基嘧啶的合成路線[4]。

步驟1：向嘧啶酮1（310 mg，2 mmol）在甲醇（40 mL）中的溶液中加入丙胺（410μL，5 mmol），并將混合物加熱回流3小時(shí)。蒸發(fā)后，用己烷（3 x 30 mL）萃取殘留物，除去己烷，得到NMR純二亞胺2a（或氮雜二烯胺3a）（390 mg，1.96 mmol，98%），呈淡黃色油狀。3b，產(chǎn)率66%。

步驟2：將2a（或3a）（200 mg，1 mmol）在氯仿（5 mL）中的溶液裝入硅膠（20 g）柱中，在室溫下放置1天，然后用氯仿洗脫。減壓除去溶劑，得到硝基苯胺4a（150mg，93%）。亞硝胺4b12類似地通過(guò)使用叔丁胺代替丙胺制備。

步驟3：3-乙基-2-亞氨基-5-硝基嘧啶（12b）。向硝基苯胺4b（172 mg，1.0 mmol）在乙醇（30 mL）中的溶液中加入N-乙基胍鹽酸鹽11b（247 mg，2.0 mmol）和三乙胺（0.28 mL，2.0 mmol），并將混合物在80℃下加熱1天。除去乙醇后，殘留物用氯仿（3 x 30 mL）萃取。有機(jī)層用硫酸鎂干燥并濃縮，得到幾乎純的嘧啶12b（336mg，2.0mmol，定量）。通過(guò)苯重結(jié)晶進(jìn)行進(jìn)一步純化，得到目標(biāo)化合物2-氨基-5-硝基嘧啶，產(chǎn)率為78.6%。合成路線如圖3所示。

應(yīng)用

2-氨基-5-硝基嘧啶不僅是一種重要的滲透壓調(diào)節(jié)劑，還是一種高效的生物保護(hù)劑，可以幫助蛋白、核酸、生物膜乃至整個(gè)細(xì)胞對(duì)抗高溫、干燥、冷凍和輻射等多種逆境[5-7]。因此，2-氨基-5-硝基嘧啶在生物保護(hù)、生物醫(yī)藥和生物科技等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的商業(yè)化應(yīng)用前景[8]。

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