Шесть молодых ученых НИОХ СО РАН признаны победителями Конкурса на получение грантов РНФ «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов в 2024 году.
Представляем проект 24-73-0087 «Разработка простого метода синтеза пространственно-затрудненных нитроксильных радикалов пиперидинового ряда на основе кислотно-катализируемой реакции гетероциклизации кетонов и производных бета-аминокарбонильных соединений» старшего научного сотрудника Лаборатории азотистых соединений НИОХ СО РАН к.х.н. Сергея Александровича Добрынина.
«Нитроксильные радикалы - наиболее распространенный класс стабильных органических радикалов известных еще с 60-х годов прошлого века. С момента открытия эти соединения находят различное применение в науке и технике. Благодаря развитию инструментальных методов анализа, таких как электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс в сочетании с развитием методов направленного введения спиновых меток, нитроксильные радикалы позволили изучать строение некристаллизующихся белков, нуклеиновых кислот и их комплексов, - рассказал Сергей Добрынин. - Однако сразу стало понятно, что, несмотря на весь потенциал для биомедицинских исследований, применение их непосредственно в живых организмах для изучения функционирований живых систем и механизмов биохимических процессов сильно ограниченно ввиду быстрого восстановления биогенными восстановителями до диамагнитных гидроксиламинов. Сравнительно недавно было показано, что устойчивость к восстановлению нитроксильных радикалов можно существенно увеличить путем введения объемных заместителей в ближайшее окружение нитроксильной группы. Этот факт разрешил один из принципиальных недостатков нитроксильных радикалов в области их применения в биофизических и биомедицинских исследованиях, расширил область решаемых с их помощью научных задач, открывая возможность проводить измерения непосредственно внутри живой клетки.
Современные синтетические возможности не могут в полной мере удовлетворить потребности всё возрастающего интереса к пространственно затруднённым нитроксильным радикалам. Используемые в настоящее время синтетические методы получения являются лишь модификацией классических подходов к синтезу нитроксильных радикалов типа ТЕМПО и ПРОКСИЛ и не обладают требуемой синтетической гибкостью и не покрывают потребности структурного разнообразия пространственно затрудненных нитроксильных радикалов. Например, если в синтезе заменить ацетон на диэтилкетон, то реакция не идёт в принципе.
Целью нашей работы является разработка новых подходов к синтезу шестичленных нитроксильных радикалов ряда пиперидина. Для решения проблемы доступности мы предложили использовать концепцию конвергентной одностадийной сборки гетероцикла с различными заместителями. Будут изучены синтетические возможности предложенного метода, а именно заместители какого типа и объема могут быть введены в структуру нитроксильного радикала с использованием предложенного подхода. Так же будут получены функциональные производные пространственно затрудненных нитроксильных радикалов ряда пиперидина, такие как спиновые метки и зонды. Ожидается, что предлагаемый метод позволит вводить различные по объему спироциклические и ациклические заместители во 2-ое и 6-ое положение гетероцикла, что позволит легко варьировать такие важные свойства пиперидиновых нитроксильных радикалов как устойчивость к восстановлению, скорость спиновой релаксации и ширина спектральной линии. Рассчитываем, что предлагаемый подход к синтезу пространственно затрудненных нитроксильных радикалов ряда пиперидина сделает эти соединения гораздо доступнее для исследователей ввиду широкой доступности исходных соединений (кетонов и альфа-бета-ненасыщенных карбонильных соединений) и простоты процедуры синтеза.
Если говорить о применимости наших исследований, то это создание инструментов для научной работы. И хотя синтезированные нами радикалы не сильно отличаются от применений стандартных тетраметильных радикалов, они обладают существенно большей устойчивостью к восстановлению, что существенно расширяет круг решаемых с их помощью задач».