Функционально-ориентированный синтез органических парамагнетиков

В отчетный период все участники проекта работали в соответствии с планом исследований на 2021 г., который был выполнен в полном объеме с получением всех ожидаемых результатов. Предложены и реализованы оригинальные методы синтеза разнообразных соединенийс открытой электронной оболочкой, представляющих интерес для фундаментальной органической химии и ее приложений в материаловедении и биомедицине. Разработаны методы синтеза высокостабильных спиновых зондов и меток на основе 3-замещённых 2,2,5,5-тетраметилпирролидин-1-оксилов, определены константы скорости их восстановления аскорбиновой кислотой. Полученные спиновые метки предполагается использовать для изучения структуры белково-нуклеиновых комплексов непосредственно внутри живых клеток, а спиновые зонды - в исследованиях окислительно-восстановительного статуса тканей живых организмов in vivo с помощью методов МРТ, МРТ усиленной эффектом Оверхаузера и ЭПР-томографии. Изучены превращения (5R(S),6R(S))-6-(гидроксиметил)-2,2-диметил-1-азаспиро[4.4]нонан-1-оксила и его диамагнитных аналогов в условиях реакции Апеля и при обработке метансульфонилхлоридом и обнаружено, что во всех случаях происходит циклизация, которая может сопровождаться спонтанным разрывом С-N с образованием производных азепанового ряда. Разработан метод получения бициклических радикалов 3-оксо-6,8-диазабицикло[3.2.1]-6-октенового ряда. Являясь азааналогами нортропинонов, эти радикалы могут стать удобными исходными соединениями для синтеза полифункциональных гидрофильных нитроксидов. Проведено систематическое исследование возможностей современных рассчётных методов для предсказания рН-зависимых спектральных параметров нитроксильных спиновых зондов имидазолидинового ряда. Нитроксильные спиновые зонды использованы для изучения самоорганизации ионных жидкостей. Используя спиновые зонды разной полярности удалось показать, что прибавление воды приводит к возникновению неоднородностей – пузырьков, каналов и сетей микрометрового и субмикрометрового размера внутри этой бинарной смеси. Исследование скорости диффузии спиновых зондов разной полярности в ионных жидкостях с алифатическими фрагментами разных размеров показало, что трансляционная диффузия молекул в ионных жидкостях зависит от внутренней организации этих жидкостей, и вовсе не обязательно определяется их макроскопической вязкостью. Синтезированы и охарактеризованы методами ЭПР и ЦВА новые селенадиазолидилы и дихалькогеназолилы. Разработан общий подход к синтезу необычных многоспиновых систем с жестким ферроцен-1,1'-диилзамещенным 1,3-диазетидин-2,4-дииминовым линкером. Строение полученных соединений подтверждено РСА, а их электрохимические свойства были изучены с помощью циклической вольтамперометрии (ЦВА). Получены новые жидкокристаллические суперпарамагнетики на основе нитроксильных радикалов с фрагментами ионных жидкостей. Проведено систематическое исследование эффективности нитроксильных радикалов различного строения в Оверхаузеровской динамической поляризации ядер и выявлены структурные особенности, позволяющие достичь более высокого усиления при меньшей мощности радиоизлучения. Разработаны методы синтеза тиол-специфичных спиновых меток на основе трис-(тетратиаарил)метильных радикалов (ТАМ) и методами импульсного ЭПР измерены расстояния в структуре белков мембраны E. coli и изучена обратимая димеризация человеческого сывороточного альбумина. Разработан простой и удобный способ получения фосфонатного производного ТАМ.