Синтез и реакции нитроксильных радикалов пирролидинового ряда со спиро-(2-гидроксиметил)циклопентановыми фрагментами в ближайшем окружении радикального центра

Работа посвящёна разработке подходов к синтезу спиновых меток, которые одновременно обладают высокой устойчивостью к восстановлению и высокими временами спиновой релаксации. Спиновые метки такого типа могут быть востребованы в структурной биологии для определения третичной структуры белков и их комплексов путём сайт-специфичного введения спиновой метки с последующим исследованием методами импульсного ЭПР. Найден удобный, более простой и легко масштабируемый способ синтеза ключевого нитроксильного радикала – 1,8-бис[гидроксиметил]-6-азадиспиро[4.1.4.2]тридекан-6-оксила – из доступных исходных соединений с общим выходом 35% за 11 стадий. Показано, что этот спироциклический радикал отличается высокой устойчивостью к восстановлению, превышающей устойчивость всех известных нитроксильных радикалов с двумя спироциклическими фрагментами в окружении радикального центра. Впервые обнаружено, что окисление спироциклических пирролидинов в соответствующие нитроксильные радикалы под действием мета-хлорнадбензойной кислоты приводит к продукту формального дегидрирования спироциклопентанового кольца. Показано, что в условиях активации ОН-группы нитроксильных радикалов со спиро-(2-гидроксиметил)циклопентановыми фрагментами, а также их предшественников (аминов, алкоксиаминов, ацилоксиаминов) к нуклеофильному замещению вместо продуктов замещения гидрокси-группы внешним нуклеофилом происходит внутримолекулярное алкилирование, которое может сопровождаться перегруппировкой с образованием изомерных производных азепана. Обнаружено, что нитроксильные радикалы, содержащие спиро-(2-метоксикарбонил)циклопентановые фрагменты в α-положении к группе N-O• претерпевают изменение конфигурации метиновых асимметрических центров при сложноэфирных группах, в отличие от их диамагнитных предшественников. Показано, что функционализация нитроксильных радикалов со спиро-(2-гидроксиметил)циклопентановыми фрагментами возможна через реакции ацилирования и алкилирования ОН-групп. С помощью этих превращений получены спиновые метки, способные присоединяться к биомолекулам через ацилирование или азид-алкиновое циклоприсоединение и сочетающие высокую устойчивость к восстановлению с повышенными временами спиновой релаксации Т1 и Тm при температурах 80-120 К.