ピリミジン

ピリミジン（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 /）は、ピリジン（C ₅ H ₅ N ）に似た芳香族の複素環式有機化合物です。^{[ 3 ]} 3 つのジアジン（環状に 2 つの窒素原子を持つ 6 員環複素環式化合物）の 1 つであり、環状の 1 位と 3 位に窒素原子があります。^{[ 4 ] : 250}他のジアジンは、ピラジン（1 位と 4 位に窒素原子）とピリダジン（1 位と 2 位に窒素原子）です。

核酸には、ピリミジン誘導体である3種類の核酸塩基、すなわちシトシン（C）、チミン（T）、およびウラシル（U）が存在する。

ピリミジン環系は、ヌクレオチドのシトシン、チミン、ウラシル、チアミン（ビタミンB1）、アロキサンなど、置換および環融合化合物および誘導体として自然界に広く存在している[ 5 ] 。また、バルビツール酸塩や HIV^治療薬のジドブジンなどの多くの合成化合物にも見られる。アロキサンなどのピリミジン誘導体は19世紀初頭には知られていたが、ピリミジンの実験室合成は1879年まで行われなかった[5]。この年、^{グリモーはオキシ塩化リンの存在下で尿素とマロン酸からバルビツール酸を調製したと報告した[ 6 ]。}ピリミジンの体系的な研究は、 1884^{年にピナー}[ 8 ^]によって^{始まった。}彼はアセト酢酸エチルとアミジン^を 縮合させて誘導体を合成した。ピナーは1885年に「ピリミジン」という名前を初めて提案した。^{[ 9 ]}親化合物は1900年にガブリエルとコルマンによって初めて合成された。 ^{[ 10 ] [ 11 ]}バルビツール酸を2,4,6-トリクロロピリミジンに 変換した後、熱水中で亜鉛粉末を用いて還元した。

ピリミジンの命名法は単純明快である。しかし、他の複素環式化合物と同様に、互変異性ヒドロキシル基は主に環状アミド型で存在するため、命名法を複雑にする。例えば、2-ヒドロキシピリミジンは、より正確には2-ピリミドンと命名される。様々なピリミジンの慣用名の一覧が存在する。^{[ 12 ]： 5-6}

物理的特性はデータボックスに示されている。スペクトルを含むより詳細な議論は、Brown et al. ^{[ 12 ] : 242–244を参照のこと。}

Albertの分類によると、^{[ 13 ]： 56-62} 6員環ヘテロ環はπ不足と表現できる。環内に電気陰性基または追加の窒素原子を置換すると、π不足が著しく増加する。これらの効果は塩基性も低下させる。^{[ 13 ]： 437-439}

ピリジンと同様に、ピリミジンではπ電子密度がさらに大きく低下します。そのため、求電子芳香族置換はより困難になりますが、求核芳香族置換は容易になります。後者の反応タイプの例としては、 2-アミノピリミジンのアミノ基の塩素による置換^{[ 14 ]とその逆反応[ 15 ]}が挙げられます。

電子の孤立電子対の利用可能性（塩基性）はピリジンと比較して低下している。ピリジンと比較して、N-アルキル化およびN-酸化はより困難である。プロトン化ピリミジンのpKa値_は1.23であり、ピリジンの5.30と比較して低い。プロトン化およびその他の求電子付加は、2番目の窒素によるさらなる不活性化のため、1つの窒素でのみ起こる。^{[ 4 ]： 250}ピリミジン環の2位、4位、および6位は、ピリジン、ニトロベンゼン、およびジニトロベンゼンと同様に電子不足である。5位は電子不足度が低く、そこに置換基は非常に安定である。しかし、ニトロ化およびハロゲン化を含む求電子置換は、5位で比較的容易である。^{[ 12 ]： 4-8}

ピリミジンの共鳴安定化が低下すると、置換反応よりも付加反応や環開裂反応が起こりやすくなる。その一例として、ディムロス転位が挙げられる。

ピリミジンは隕石にも含まれていますが、科学者たちはその起源をまだ知りません。ピリミジンは紫外線の下で光分解してウラシルになります。^{[ 16 ]}

ピリミジン生合成では、カルバモイルリン酸とアスパラギン酸から、オロチン酸、チミン、シトシン、ウラシルなどの誘導体が新たに生成される。

親となる複素環系の場合によくあるように、ピリミジンの合成はそれほど一般的ではなく、通常は誘導体から官能基を除去することによって行われる。ホルムアミドを用いた大量合成が報告されている。^{[ 12 ]： 241-242}

ピリミジン類は、一般的にβ-ジカルボニル化合物とN–C–N化合物の環化反応によって合成される。前者をアミジンと反応させて2-置換ピリミジンを、尿素と反応させて2-ピリミジノンを、グアニジンと反応させて2-アミノピリミジンを得る反応が典型的である。^{[ 12 ]： 149–239}

ピリミジンは、ビジネリ反応やその他の多成分反応によって合成できます。^{[ 17 ]}他の多くの方法は、カルボニルとジアミンの縮合に依存しており、例えば、チオ尿素とアセト酢酸エチルからの2-チオ-6-メチルウラシルの合成^{[ 18 ]}や、4,4-ジメトキシ-2-ブタノンとホルムアミドからの4-メチルピリミジンの合成^{[ 19 ]}などがあります。

新しい方法としては、N-ビニルアミドとN-アリールアミドを、2-クロロピリジンとトリフルオロメタンスルホン酸無水物によるアミドの求電子活性化下でカルボニトリルと反応させる方法がある。^{[ 20 ]}

ピリジンに比べて塩基性が低いため、ピリミジンの求電子置換反応は起こりにくい。プロトン化またはアルキル化は通常、環状窒素原子のうちの1つでのみ起こる。モノN酸化は過酸との反応によって起こる。^{[ 4 ]： 253-254}

ピリミジンの求電子C置換は、最も電子不足の少ない5位で起こる。置換ピリミジンでは、ニトロ化、ニトロソ化、アゾカップリング、ハロゲン化、スルホン化、ホルミル化、ヒドロキシメチル化、アミノメチル化が観察されている。^{[ 12 ]： 9-13}

求核C置換は2位、4位、6位で促進されるはずであるが、例はごくわずかしかない。置換ピリミジンではアミノ化と水酸化が観察されている。グリニャール試薬またはアルキルリチウム試薬との反応により、芳香族化後に4-アルキルピリミジンまたは4-アリールピリミジンが得られる。^{[ 12 ]： 14-15}

ピリミジンではフリーラジカル攻撃が観察されており、置換ピリミジンでは光化学反応が観察されている。^{[ 12 ]： 15-16}ピリミジンは水素化されてテトラヒドロピリミジンを生成する。^{[ 12 ]： 17}

2015年3月、NASAエイムズ研究センターの科学者たちは、隕石に含まれるピリミジンなどの出発物質を用いて、ウラシル、シトシン、チミンなどの生命の複雑なDNAおよびRNA有機化合物が、宇宙空間の条件下で初めて実験室で生成されたと報告した。ピリミジンは、多環芳香族炭化水素（PAH）と同様に、宇宙で最も炭素に富む化学物質であり、赤色巨星や星間塵やガス雲で生成された可能性がある。^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}