[发明专利]一种由三芳基甲基自由基与氮氧自由基组成的双自由基化合物及其盐、其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种由三芳基甲基自由基与氮氧自由基组成的双自由基化合物及其盐、其制备方法和应用，双自由基化合物结构式由下述式1表示：制备方法包括：化合物A1与化合物A2发生酸胺缩合反应，得到化合物A3；化合物A3与化合物A4发生酸胺缩合反应，得到双自由基化合物及其盐。该双自由基极化剂同时具有氮氧自由基和三芳基甲基自由基部分具有如下优势：频率匹配性更优，CE效率更高；在魔角旋转的条件下不存在去极化效应，高场DNP增强效果更优；具有的较强的交换相互作用；具有良好的水溶性，因此DNP增强倍数高；对R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆基团的修饰可适度提高交换相互作用、提高双自由基的弛豫时间和双自由基的水溶性，从而提高极化剂的DNP性质。

技术领域

本发明涉及核磁共振技术领域，尤其是涉及一种由三芳基甲基自由基与氮氧自由基组成的双自由基化合物及其盐、其制备方法和应用。

背景技术

核磁共振技术是用于物质化学结构表征的重要手段，广泛应用于化学，材料学，生物化学等领域，尤其是固态核磁共振技术使得生物大分子如蛋白质分子的结构解析成为可能，但其应用受限于固有低灵敏度。针对这一缺陷，目前有两方面的努力，一方面是提高仪器的磁场强度，进而提高热平衡下核的极化率，但该方法的费用昂贵，技术要求高；另一方面是通过动态核极化(DNP)技术使核的极化效率提高，从而增强信号强度，提高灵敏度。极化剂的选用是动态核极化实验的关键，直接决定了DNP的信号增强倍数。现有极化试剂的DNP增强倍数远远低于理论值(¹H，658倍；¹³C，2600倍)。

自从60年前DNP技术首次被提出，所有的实验都依赖于单自旋中心，例如用氮氧自由基TEMPO和金属原子作为极化来源。目前对于DNP技术而言，最有效的机制为CE(crosseffect)机制，而CE机制与电子间的偶极相互作用与自旋相互作用密切相关。2003年，Kan-Nian Hu和Robert G.Griffin首次提出双氮氧自由基的概念，将两个TEMPO用PEG链连接，使得偶极相互作用增强，相对于单氮氧自由基信号强度提高4倍。从此，双氮氧自由基开始作为DNP极化剂受到关注。然而，氮氧自由基仍存在稳定性不好，水溶性较差，单峰线宽仍较宽，弛豫时间不长和交换相互作用较弱的问题，并且双氮氧自由基在魔角旋转的条件下存在核的去极化效应，这使双氮氧自由基DNP效率减弱，高场DNP增强效果不佳，限制了动态核极化技术的发展，使固态核磁共振灵敏度的提高受限。

根据氮氧双自由基用作DNP极化剂的相关研究，证实电子弛豫时间、交换相互作用、水溶性等因素均会影响极化剂的DNP性质。对于双氮氧自由基而言，通过延长弛豫时间可有效提高DNP增强倍数，相关研究表明，对于氮氧双自由基而言，弛豫时间已达到最优化条件，已没有可提升的空间。研究证实交换相互作用与极化剂的高场DNP性质有密切联系，TN双自由基具有明显强于氮氧双自由基的交换相互作用，使得其在高场没有核的去极化效应(氮氧双自由基去极化效应明显)，这也是其高场DNP性质优于氮氧双自由基的重要因素，故适度增强交换相互作用也是TN双自由基极化剂设计的一个重要考虑因素。在低温下，极化剂存在自聚集现象，使得极化转移损失，转移效率降低，故提高水溶性，增强极化剂在溶液中的分散度，也是优化极化剂的一个有效方法。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种三芳基甲基自由基与氮氧自由基组成的双自由基化合物及其盐、其制备方法和应用，该类化合物稳定性好，水溶性佳，其DNP增强倍数高，可有效增强固态核磁共振的灵敏度。

为解决上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种由三芳基甲基自由基与氮氧自由基组成的双自由基化合物及其盐，其结构式由下述式1表示：

其中，