بيريميدين

البيريميدين ( C₄H₄N₂ _؛ /pɪˈrɪ.mɪˌdiːn , paɪˈrɪ.mɪˌdiːn _{/ )} هو مركب عضوي عطري غير متجانس الحلقات ، يشبه البيريدين ( C₅H₅N ) . [ ³ ] وهو أحد الديازينات الثلاثة ( مركبات حلقية غير متجانسة سداسية الذرات تحتوي على ذرتي نيتروجين في الحلقة ) ، حيث تقع ذرات النيتروجين في الموضعين 1 و 3 _من الحلقة . [ ^{4 ] : ​​250} أما الديازينات الأخرى فهي البيرازين ( ذرات النيتروجين في الموضعين 1 و4) _{والبيريدازين} ( ذرات ^{النيتروجين} في الموضعين 1 و2 ^{) .}

في الأحماض النووية ، ثلاثة أنواع من القواعد النيتروجينية هي مشتقات البيريميدين : السيتوزين (C) والثايمين (T) واليوراسيل (U).

يُعد نظام حلقة البيريميدين واسع الانتشار في الطبيعة ^{[ 5 ]} على هيئة مركبات ومشتقات مُستبدلة أو مُلتحمة حلقيًا، بما في ذلك النيوكليوتيدات سيتوزين ، وثيمين ، ويوراسيل ، والثيامين (فيتامين ب1)، والألوكسان . كما يوجد أيضًا في العديد من المركبات الاصطناعية مثل الباربيتورات ودواء زيدوفودين المُستخدم لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية . على الرغم من أن مشتقات البيريميدين، مثل الألوكسان، كانت معروفة في أوائل القرن التاسع عشر، إلا أن التخليق المختبري للبيريميدين لم يُجرَ حتى عام 1879 ^{[ 5 ]،} عندما أبلغ غريمو عن تحضير حمض الباربيتوريك من اليوريا وحمض المالونيك في وجود أوكسي كلوريد الفوسفور ^{[ 6 ]} . بدأت الدراسة المنهجية للبيريميدينات ^{[ 7 ]} في عام 1884 مع بينر [ ^{8 ]، الذي} قام بتخليق مشتقات عن طريق تكثيف أسيتوأسيتات الإيثيل مع الأميدينات . اقترح بينر لأول مرة اسم "بيريميدين" في عام 1885. ^{[ 9 ]} تم تحضير المركب الأصلي لأول مرة بواسطة غابرييل وكولمان في عام 1900، ^{[ 10 ] [ 11 ]} عن طريق تحويل حمض الباربيتوريك إلى 2،4،6-ثلاثي كلورو بيريميدين متبوعًا بالاختزال باستخدام مسحوق الزنك في الماء الساخن.

تسمية البيريميدينات بسيطة. مع ذلك، وكما هو الحال مع المركبات الحلقية غير المتجانسة الأخرى، تُسبب مجموعات الهيدروكسيل التوتوميرية تعقيداتٍ نظرًا لوجودها بشكل أساسي في صورة الأميد الحلقي . على سبيل المثال، يُطلق على 2-هيدروكسي بيريميدين اسم 2-بيريميدون بشكل أدق. توجد قائمة جزئية بالأسماء الشائعة لمختلف البيريميدينات. ^{[ 12 ] : 5-6}

تُعرض الخصائص الفيزيائية في مربع البيانات. ويمكن الاطلاع على مناقشة أكثر تفصيلًا، بما في ذلك الأطياف، في براون وآخرون ^{[ 12 ] : 242-244}

بحسب تصنيف ألبرت ، ^{[ 13 ] : يمكن وصف المركبات الحلقية غير المتجانسة سداسية الذرات (56-62)} بأنها تعاني من نقص في الإلكترونات π. ويؤدي استبدال الذرات بمجموعات سالبة كهربائيًا أو ذرات نيتروجين إضافية في الحلقة إلى زيادة ملحوظة في نقص الإلكترونات π. كما تُقلل هذه التأثيرات من قاعدية المركب. ^{[ 13 ] : 437-439}

كما هو الحال في البيريدينات، تنخفض كثافة الإلكترونات π في البيريميدينات بدرجة أكبر. ولذلك، يصبح الاستبدال العطري المحب للإلكترونات أكثر صعوبة، بينما يسهل الاستبدال العطري المحب للنواة . ومن أمثلة هذا النوع من التفاعلات استبدال مجموعة الأمين في 2-أمينوبيريميدين بالكلور ^{[ 14 ]} وعكس ذلك ^{[ 15 ] .}

يقل توافر أزواج الإلكترونات الحرة ( القاعدية ) مقارنةً بالبيريدين. كما أن ألكلة النيتروجين وأكسدة النيتروجين أكثر صعوبةً مقارنةً بالبيريدين. تبلغ قيمة _pKa للبيريميدين المُبرتَن 1.23 مقارنةً بـ 5.30 للبيريدين. تحدث البروتنة والإضافات الإلكتروفيلية الأخرى عند ذرة نيتروجين واحدة فقط بسبب زيادة تعطيلها بواسطة ذرة النيتروجين الثانية. ^{[ 4 ] : ​​250.} المواقع 2 و4 و6 على حلقة البيريميدين فقيرة بالإلكترونات، على غرار تلك الموجودة في البيريدين والنيتروبنزين وثنائي نيتروبنزين. الموقع 5 أقل فقرًا بالإلكترونات، والمستبدلات فيه مستقرة نسبيًا. مع ذلك، فإن الاستبدال الإلكتروفيلي سهل نسبيًا في الموقع 5، بما في ذلك النترجة والهالوجنة. ^{[ 12 ] : 4-8}

قد يؤدي انخفاض استقرار الرنين في البيريميدينات إلى تفاعلات الإضافة وكسر الحلقة بدلاً من الاستبدال. ويُلاحظ أحد هذه المظاهر في إعادة ترتيب ديمروث .

يوجد البيريميدين أيضاً في النيازك ، لكن العلماء لا يزالون يجهلون أصله. كما يتحلل البيريميدين ضوئياً إلى يوراسيل تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية . ^{[ 16 ]}

تُنتج عملية التخليق الحيوي للبيريميدين مشتقات - مثل الأوروتات والثايمين والسيتوزين واليوراسيل - من جديد من فوسفات الكاربامويل والأسبارتات.

كما هو الحال غالبًا مع أنظمة الحلقات غير المتجانسة الأصلية، فإن تخليق البيريميدين ليس شائعًا، ويتم عادةً عن طريق إزالة المجموعات الوظيفية من المشتقات. وقد تم الإبلاغ عن تخليق أولي بكميات كبيرة باستخدام الفورماميد . ^{[ 12 ] : 241-242}

تُصنّع البيريميدينات، كمجموعة، عادةً من خلال التخليق الرئيسي الذي يتضمن تكوين حلقة من مركبات β-ثنائي الكربونيل مع مركبات N–C–N. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك تفاعل هذه المركبات مع الأميدينات لإنتاج بيريميدينات مُستبدلة في الموضع 2، ومع اليوريا لإنتاج 2- بيريميدينونات ، ومع الغوانيدينات لإنتاج 2- أمينوبيريميدينات . ^{[ 12 ] : 149–239}

يمكن تحضير البيريميدينات عبر تفاعل بيجينيللي وتفاعلات أخرى متعددة المكونات . ^{[ 17 ]} وتعتمد العديد من الطرق الأخرى على تكثيف مركبات الكربونيل مع ثنائي الأمينات، على سبيل المثال، تخليق 2-ثيو-6-ميثيل يوراسيل من الثيوريا وإيثيل أسيتو أسيتات ^{[ 18 ]} أو تخليق 4-ميثيل بيريميدين باستخدام 4،4-ثنائي ميثوكسي-2-بيوتانون والفورماميد . ^{[ 19 ]}

تتمثل إحدى الطرق الجديدة في تفاعل N- فينيل و N- أريل أميد مع الكربونيتريل تحت التنشيط الإلكتروفيلي للأميد مع 2-كلورو-بيريدين وأنهيدريد ثلاثي فلورو ميثان سلفونيك : ^{[ 20 ]}

بسبب انخفاض قاعدية البيريميدين مقارنةً بالبيريدين، يكون الاستبدال الإلكتروفيلي له أقل سهولة. عادةً ما تحدث البروتنة أو الألكلة عند ذرة نيتروجين واحدة فقط من ذرات الحلقة. أما الأكسدة الأحادية للنيتروجين فتحدث عن طريق التفاعل مع الأحماض فوقية. ^{[ 4 ] : ​​253-254}

يحدث استبدال الكربون المحب للإلكترونات في البيريميدين عند الموضع 5، وهو الأقل نقصًا في الإلكترونات. وقد لوحظت تفاعلات النترجة ، والنترزة ، واقتران الآزو ، والهالوجنة ، والسلفنة ، والفورميلة ، والهيدروكسي ميثيل، والأمينوميثيلة مع البيريميدينات المستبدلة. ^{[ 12 ] : 9-13}

يُفترض أن يكون استبدال الكربون النيوكليوفيلي أسهل في المواضع 2 و4 و6، ولكن لا توجد سوى أمثلة قليلة. وقد لوحظت تفاعلات الأمينة والهيدروكسيل في البيريميدينات المستبدلة. وتؤدي التفاعلات مع كواشف غرينيارد أو ألكيل الليثيوم إلى إنتاج 4-ألكيل- أو 4-أريل بيريميدين بعد الأروماتة. ^{[ 12 ] : 14-15}

لوحظ هجوم الجذور الحرة على البيريميدين، كما لوحظت تفاعلات كيميائية ضوئية على البيريميدينات المستبدلة. ^{[ 12 ] : 15-16.} يمكن هدرجة البيريميدين لإنتاج رباعي هيدروبيريميدين. ^{[ 12 ] : 17}

في مارس 2015، أفاد علماء من مركز أبحاث ناسا أميس أنه ولأول مرة، تم تكوين مركبات عضوية معقدة من الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبوزي RNA ، بما في ذلك اليوراسيل والسيتوزين والثايمين ، في المختبر في ظروف مشابهة لظروف الفضاء الخارجي ، باستخدام مواد كيميائية أولية، مثل البيريميدين، الموجود في النيازك . ويُعتقد أن البيريميدين، مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)، وهي أغنى المركبات الكيميائية بالكربون في الكون ، قد يكون قد تشكل في النجوم العملاقة الحمراء أو في سحب الغبار والغاز بين النجوم. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}