JP2016516802A - 動的核偏極法のための改良分極剤として使用される硬質ジニトロキシドビラジカル化合物 - Google Patents

Abstract

本発明は、その２個のニトロキシド単位が１つの硬質結合により保持されている、ジニトロキシド ビラジカル化合物であって、一般式（Ｉ）［式中、Ａは、炭素、アンモニウム又はホスホニウムであり、Ａ１乃至Ａ６のそれぞれは、単結合、Ｏ、Ｎ、Ｎ（Ｏ）、Ｓ、Ｓ（Ｏ）、ＳＯ２、Ｃ（Ｏ）、（Ｃ１−Ｃ４）アルキル鎖を含む群から別々に選択され、Ｚ１及びＺ２は、組合せでＲ１及びＲ２から選択されるが、この組合せにおいて、Ｒ３基で置換されている必要のある、少なくとも１個のＲ２基が常に存在するように選択され、Ｒ１は、Ｈ、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール又は（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ２は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ３は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリール、エーテル：−ＯＲ、エステル：−Ｃ（Ｏ）Ｏ−Ｒ（ここでＲは、任意の炭化水素含有ラジカルである）、アジドであり、そしてここで、Ｚ１及びＺ２が一緒に、これらが結合しているニトロキシド環の同じ炭素原子に結合しているとき、これらは、Ｒ３により置換されているスピロシクロアルキル又はスピロヘテロシクロアルキルを形成する］で示される化合物に関する。

Description

発明の技術分野
６０年以上前に発見された核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、今や多数の分野、特に分子化学及び高分子化学、生化学、材料科学、組織又は機能ＭＲＩにおいて、最も用途が広く、最も高性能の物質の分析手法である。

しかしながら、検出又はイメージングのためのツールとしてのＮＭＲは、その低い固有感度による限界がある。この低い感度は、非常に小さいエネルギー差、それゆえ共鳴の現象が観測される核スピン状態間の核数の差（スピン偏極Ｐ_Ｉにより示される）が極めてわずかであることに起因している。

熱平衡では、電子のスピン偏極（Ｐ_Ｓ）は、ＮＭＲにおける活性核のそれよりはるかに大きい。動的核偏極（ＤＮＰ）の方法では、マイクロ波（ＭＷ）の照射により、電子スピン偏極（Ｐ_Ｓ）をその磁気共鳴が調査される核に転移させることができる。実際には、１個（モノラジカル）又は数個（ポリラジカル）の不対電子を含有する常磁性物質（分極剤）を、ＮＭＲにより調査すべき試料に配合する。試料中においては、電子スピン偏極及び核スピン偏極は、種々の電子−核相互作用を介して相互に関連しているため、適切な周波数での分極剤の電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）のスペクトルの照射（ＭＷ）により、電子スピンから調査される核のスピンへの分極の転移がもたらされ、その結果、後者からのＮＭＲシグナルの増幅が起こる。

本発明は、動的核偏極（ＤＮＰ）法において分極剤として使用される有機ビラジカルに関する。

近年、ＤＮＰでのますます有効な分極剤の導入によって、分極核のＮＭＲシグナルの増幅因子ε（ε＝Ｉ_{ＭＷによるＮＭＲシグナル}／Ｉ_{ＭＷなしのＮＭＲシグナル}）の着実な増大がもたらされている。ＤＮＰにより提供される目覚ましい感度増大のおかげで、ＤＮＰをマジック角スピンＮＭＲ（ＤＮＰ／ＭＡＳ ＮＭＲ）と組合わせることにより、フィブリル、膜タンパク質、ウイルスキャプシド、及び全細胞クラスターについて従来はアクセス不可能だった構造特性が得られた。２０１０年に、L. Emsleyのチームは、高磁場での動的核偏極表面強化ＮＭＲ分光法（ＤＮＰ ＳＥＮＳ）を導入した。例えば、フェノール単位で機能化されたメソ多孔性シリカ（フェノール単位０．５μmol／物質mg）については、ＤＮＰ ＳＥＮＳにより、天然存在度のＣＰＭＡＳ ^１３Ｃ ＮＭＲスペクトルがわずか０．５時間で取得できた。フェノール単位の全炭素のみならず、マトリックスに存在する副生成物も性状解析できた。感度の増大により、数分でＨＥＴＣＯＲ １Ｈ−１３Ｃスペクトルを取得できた。

先行技術
本分野において、動的核偏極（ＤＮＰ）によりＮＭＲ及びＭＲＩのシグナルを増幅するために使用される分極剤は、ＵＳ２００５／１０７６９６明細書により知られていた。これらの分極剤は、２個以上の常磁性中心、好ましくは２個の常磁性中心を含む。好ましい実施態様において、この分極剤は、さまざまな長さのポリエチレングリコール鎖が結合する２個のニトロキシド単位を含むビラジカル（ジニトロキシド）である。

その出願に記載されたジニトロキシドは、非硬質リンカーにより繋げられている。このため、分極は充分に最適化されていない。先行技術に開示されてもいるジニトロキシドＴＯＴＡＰＯＬにも同じ事が当てはまる。

これらの欠点を克服するために、出願ＷＯ２０１０／１０８９９５は、ジニトロキシド型のビラジカル化合物を提案しているが、この化合物は、２個のニトロキシド単位の間に、奇数スピラン結合であってもよい１つの硬質結合を有していることで、２個のニトロキシド単位の間の特定の配向及び特定の距離を維持している。この出願は、ｂＴｂＫ（ビス−ＴＥＭＰＯ−ビス−ケタール）を含む幾つかの化合物を開示しているが、このｂＴｂＫは、分極の実質的な向上を示したものである

発明の開示
本発明は特に、その２個のニトロキシド単位が１つの硬質結合により保持されており、そして先行技術と比較して大きな有効性を示す、新規なジニトロキシド型のビラジカル化合物を提案することを目的としている。

よって本発明は、２個のニトロキシド単位が１つの硬質結合により保持されている、ジニトロキシド型の新規なビラジカル化合物であって、一般式（Ｉ）：

［式中、
Ａは、炭素、アンモニウム又はホスホニウムであり、
Ａ_１乃至Ａ_６のそれぞれは、単結合、Ｏ、Ｎ、Ｎ（Ｏ）、Ｓ、Ｓ（Ｏ）、ＳＯ_２、Ｃ（Ｏ）、（Ｃ１−Ｃ４）アルキル鎖を含む群から独立に選択され、
Ｚ_１及びＺ_２は、組合せでＲ１及びＲ２から選択されるが、この組合せにおいて、少なくとも１個のＲ３基で置換されていなければならない、少なくとも１個のＲ２基が常に存在するように選択され、Ｒ１は、Ｈ、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール又は（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ２は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ３は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリール、エーテル：−ＯＲ、エステル：−Ｃ（Ｏ）Ｏ−Ｒ（ここでＲは、任意の炭化水素含有ラジカルである）、窒化物であり、そして
ここで、Ｚ_１及びＺ_２が一緒に、これらが結合しているニトロキシド環の同じ炭素原子に結合しているとき、これらは、Ｒ３で置換されているスピロシクロアルキル又はスピロヘテロシクロアルキルを形成する］で示される化合物に関する。

本出願において、所与のジニトロキシド化合物について、一方では全てのＺ_１基が、そして他方では全てのＺ_２基が同一である。

よってこのセット（Ｚ_１及びＺ_２）は、少なくとも１個のＲ２基を必ず含む、Ｒ１及び／又はＲ２基の組合せである。言い換えれば、以下の組合せだけが可能である：
・ Ｚ_１＝Ｒ１かつＺ_２＝Ｒ２、
・ Ｚ_１＝Ｒ２かつＺ_２＝Ｒ１、及び
・ Ｚ_１＝Ｒ２かつＺ_２＝Ｒ２。

それぞれのＲ２基は、少なくとも１個のＲ３基で必ず置換されている。

１つの変形態様では、Ｒ３は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリール、ヒドロキシル、第１級、第２級又は第３級アミン、アンモニオ基、アミンオキシド、カルボキシル、スルファニル、ポリエチレングリコール（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＯＨ、ここでｎ≧２）、（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＮＨ_２、ここでｎ≧２、好ましくは、ｎは２乃至１００の間である）、スルフィニル、スルホニル、スルホナト基、任意選択的に１個又は２個の（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル又は（Ｃ６−Ｃ１８）アリールで置換されているホスホノ又はホスホリル基、リン酸エステル基、エーテル：−ＯＲ、エステル：−Ｃ（Ｏ）Ｏ−Ｒ（ここでＲは、任意の炭化水素含有ラジカルである）、窒化物を含む群から独立に選択される、１個以上のＲ４基で置換されている。

好ましい実施態様において、Ａ_１乃至Ａ_６基の少なくとも１個が（Ｃ１−Ｃ４）アルキル鎖であるとき、これは直鎖アルキル鎖（非置換）である。

当然ながら、第２級及び第３級アミンは、例えば、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ１−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖のような、任意の炭化水素含有ラジカルで置換されている。

Ｒ３及び／又はＲ４による置換は、本発明の範囲を逸脱することなく任意の可能な位置において行うことができる。例えば、Ｒ２の自由水素のいずれの１個もＲ３で置換でき、かつ／又はＲ３の自由水素のいずれの１個もＲ４で置換することができる。本発明によれば、Ｒ３は、Ｒ２の任意の位置にあり、そして最大１０回繰り返されることができる。

本発明の特定の実施態様において、Ｒ２及びＲ３の定義は、Ｒ３で置換されているＲ２基が、直鎖アルキル、アルケニル又はアルキニル鎖ではないというものである。

別の実施態様において、Ｒ２が、直鎖（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル、アルケニル又はアルキニル鎖であるならば、Ｒ２は、少なくとも２個のＲ３基で置換されている。

本発明の解釈として、スピロシクロアルキル及びスピロヘテロシクロアルキルは、Ｃ４−Ｃ１７のものとすることができる。

１つの変形態様によれば、ニトロキシド単位は、ピペリジノキシル、ピロリジノキシル、イミダゾリノキシル、イミダゾリジノキシル、オキサゾリジノキシル及びニトロニルニトロキシド単位を形成する。

有利には、このビラジカル化合物は、好ましくはチオキサントン、ベンゾイン、ベンジルジメチルケタール及びベンゾフェノンを含む群から選択される、少なくとも１個の感光性基を更に含む。

別の変形態様によれば、このビラジカル化合物は、所与の媒体へのその溶解度を促進する少なくとも１個の化学基、好ましくはヒドロキシル、第１級、第２級又は第３級アミン、アンモニオ基、アミンオキシド、カルボキシル、スルファニル、ポリエチレングリコール（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＯＨ、ここでｎ≧２）、（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＮＨ_２、ここでｎ≧２）、スルフィニル、スルホニル、スルホナト基、任意選択的に１個又は２個の（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル又は（Ｃ６−Ｃ１８）アリールで置換されているホスホノ又はホスホリル基、リン酸エステル基を含む群から選択される化学基を更に含む。

好ましくは、このビラジカル化合物は、−ＳＨ、−ＮＨ_２、−ＮＨ−、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、ヒドロキシアリール（ＡｒＯＨ）基に対して反応性である少なくとも１個の化学基、好ましくは下記式：

［式中、Ｒは、任意の炭化水素含有ラジカルである］
を更に含む。

興味深い態様により、このビラジカル化合物は、好ましくはタンパク質、リボソーム、脂質、糖類、ＤＮＡ、ＲＮＡ、合成ポリマーを含む群から選択される、高分子に結合されている。

有利には、このビラジカル化合物は、好ましくは重水素（^２Ｈ）、炭素１３（^１３Ｃ）及び窒素１５（^１５Ｎ）の中の１つにより、同位体標識されている。

有利には、このビラジカル化合物は、一般式：

［式中、
Ａは炭素であり、
Ａ_１及びＡ_２のそれぞれはＯであり、Ａ_３乃至Ａ_６のそれぞれはＣＨ_２であり、
Ｚ_１及びＺ_２は、組合せでＲ１及びＲ２から選択されるが、この組合せにおいて、少なくとも１個のＲ３基で置換されていなければならない、少なくとも１個のＲ２基が常に存在するように選択され、Ｒ１は、Ｈ、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール又は（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ２は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ３は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリール、エーテル：−ＯＲ、エステル：−Ｃ（Ｏ）Ｏ−Ｒ（ここでＲは、任意の炭化水素含有ラジカルである）、窒化物であり、そして
ここで、Ｚ_１及びＺ_２が一緒に、これらが結合しているニトロキシド環の同じ炭素原子に結合しているとき、これらは、Ｒ３で置換されているスピロシクロアルキル又はスピロヘテロシクロアルキルを形成し、そしてＲ３は、１個以上のＲ４で更に置換されていてもよい］で示される。

１つの変形態様によれば、このビラジカル化合物は、一般式：

［式中、
Ａは、炭素であり、
Ａ_１及びＡ_２のそれぞれはＯであり、そしてＡ_３乃至Ａ_６のそれぞれはＣＨ_２であり、
Ｚ_１及びＺ_２は一緒に、これらが結合しているニトロキシド環の同じ炭素原子に結合することにより、上記と同義のＲ３で置換されているスピロシクロアルキル又はスピロヘテロシクロアルキルを形成し、そしてＲ３は１個以上のＲ４で更に置換されていてもよい］で示される。

好ましい変形態様によれば、このビラジカル化合物は、一般式：

［式中、
Ａは、炭素であり、
Ａ_１及びＡ_２のそれぞれはＯであり、そしてＡ_３乃至Ａ_６のそれぞれはＣＨ_２であり、
Ｚ_１及びＺ_２は一緒に、これらが結合しているニトロキシド環の同じ炭素原子に結合することにより、上記と同義のＲ３で置換されているスピロシクロヘキシルを形成し、そしてＲ３は１個以上のＲ４で更に置換されていてもよい］で示される。

有利には、本発明のビラジカル化合物のそれぞれのセット（Ｚ_１、Ｚ_２）は、好ましくはＺ_１及びＺ_２がスピロシクロヘキシルを形成するとき、１個又は２個のＲ３基を含み、それぞれのＲ３は好ましくは任意選択的に少なくとも１個のＲ４基で置換されているフェニル基であり、それぞれのＲ４は好ましくはフェニル基である。

有利には、Ａ_１及びＡ２は酸素原子であり、かつ／又はＡ３乃至Ａ_６のそれぞれはＣＨ_２基であり、かつ／又はＡは炭素原子である。

有利には、このビラジカル化合物は、ｂＰｈＣＴｂＫ、ＴＥＫＰｏｌ ２及びＴＥＫＰｏｌ ３、又はその１個以上のフェニル基上に上記と同義のＲ４型の基による置換がされているその誘導体から選択される。

ＴＥＫＰｏｌとも呼ばれるｂＰｈＣＴｂＫは、ビス−フェニル シクロヘキシル ＴＥＭＰＯ−ビス−ケタール、即ち、２２，４１−ジニトロキシル−３，１９，２６，３８−テトラフェニル−２２，４１ ジアザヘプタスピロ［５．１．２．２．１．５．１．５．１．２．２．１．５．１］ヘンテトラコンタンである。

ＴＥＫＰｏｌ ２は、２２，４１−ジニトロキシル−２，４，１８，２０，２５，２７，３７，３９−オクタフェニル−２２，４１ ジアザヘプタスピロ［５．１．２．２．１．５．１．５．１．２．２．１．５．１］ヘンテトラコンタンである。

ＴＥＫＰｏｌ ３は、２２，４１−ジニトロキシル−３，１９，２６，３８−テトラ−ｐ−ビフェニル−２２，４１ ジアザヘプタスピロ［５．１．２．２．１．５．１．５．１．２．２．１．５．１］ヘンテトラコンタンである。

本発明はまた、素粒子物理学の手法における、並びに医用画像の手法における、核磁気共鳴法の実施のための分極剤としてのビラジカル化合物に関する。

本発明の別の対象は、少なくとも１個の上記したようなジニトロキシド型のビラジカル単位を含む常磁性化合物からなる。

本発明はまた、少なくとも１種の上記のしたようなジニトロキシド型のビラジカル化合物、又は少なくとも１種の上記したような常磁性化合物を含む組成物にも関する。

本発明の別の対象は、試料を分極剤と接触させる工程を含む、試料の分極の方法からなり、ここで、この分極剤は、上記したようなジニトロキシド型のビラジカル化合物又は上記したような常磁性化合物である。

本発明はまた、構造生物学の、固体の核磁気共鳴の又は液体試料に適用される核磁気共鳴の、素粒子物理学の又は医用画像の手法における分析の方法であって、試料を分極剤と接触させる、試料の分極を含み、その分極剤が上記したようなジニトロキシド型のビラジカル化合物又は上記したような常磁性化合物である手法にも関する。

本発明の他の特色、詳細及び利点は、テトラクロロエタン溶液に溶解された様々なビラジカルについて、溶媒の^１３Ｃ ＮＭＲシグナルのＤＮＰによる増大を示す添付の図１及び２を参照して、以下に続く説明を読めば明白となろう。

図１及び２は、ｂＴｂＫ、ｂＣＴｂＫ及びｂＰｈＣＴｂＫを含む種々の硬質ジニトロキシドの存在下での、溶媒として使用されたテトラクロロエタンの^１３Ｃ ＮＭＲシグナルのＤＮＰによる増幅因子の進展を示す。

図１及び２は、ｂＴｂＫ、ｂＣＴｂＫ及びｂＰｈＣＴｂＫを含む種々の硬質ジニトロキシドの存在下での、溶媒として使用されたテトラクロロエタンの^１３Ｃ ＮＭＲシグナルのＤＮＰによる増幅因子の進展を示す。

１つの実施態様の詳細な説明
試験により、約１００Ｋ、１，１，２，２−テトラクロロエタン中において、ｂＣＴｂＫ（ビス−シクロヘキシル ＴＥＭＰＯ−ビス−ケタール）が、ｂＴｂＫのＴ_１ｅ値よりも１．７倍長いＴ_１ｅ値を有することが証明された。メソ多孔性シリカ系材料のハイブリッドモデルでは、ｂＣＴｂＫで観測されたＮＭＲシグナルの増幅は、ｂＴｂＫで得られた値よりも２．５倍大きい。（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 2284）

同じ原理により、出願人は、有機溶媒に可溶性である、ますます嵩高いｂＴｂＫの誘導体を開発した。

本発明の１つの実施態様により、図１は、分極剤としての種々のジニトロキシドの存在下での、テトラクロロエタン中の天然存在度での^１３Ｃ ＮＭＲシグナルの、ＤＮＰによる増幅因子（ε）の１００Ｋでの進展を示す。同様に、図２は、分極剤として様々なＴ１ｅ及びＴ２ｅを有する種々のジニトロキシドの存在下での、テトラクロロエタン中の天然存在度での^１３Ｃ ＮＭＲシグナルの、ＤＮＰによる増幅因子（ε）を示す。これらの実験は、２６３ＧＨｚの周波数のマイクロ波を放射するジャイロトロンを取り付けたＢｒｕｋｅｒ Ａｖａｎｃｅ ＩＩＩ ４００ＭＨｚ ＤＮＰ ＭＡＳ ＮＭＲ分光計で行われた。ジニトロキシドの濃度は１６ｍＭであり、そしてローターの回転の振動数は８ｋＨｚである。

添付の図１及び２並びに以下の表１に説明されるように、これらの分極剤の分子量、それに依存するその横及び縦緩和時間 Ｔ１ｅ及びＴ２ｅ、並びに特にそのＤＮＰにおける有効性（ε）の間に強固な関係が観測される。

表１． ａ）テトラクロロエタンの天然存在度での１３Ｃ ＮＭＲシグナルの増幅因子（ε）。実験条件は、図１及び２に言及された条件と同一である。ｂ）電子縦緩和時間（１００Ｋ、９５ＧＨｍｚでの）。ｃ）電子横緩和時間（１００Ｋ、９５ＧＨｚでの）。

詳細には、ｂＰｈＣＴｂＫ（ビス−フェニル シクロヘキシル ＴＥＭＰＯ−ビス−ケタール）を分極剤として用いると、得られるＮＭＲシグナルの増幅因子は、前述のｂＴｂＫが示す値より少なくとも３倍大きい。

よって、好ましい化合物は、一般式：

（２２，４１−ジニトロキシル−３，１９，２６，３８−テトラフェニル−２２，４１ ジアザヘプタスピロ［５．１．２．２．１．５．１．５．１．２．２．１．５．１］ヘンテトラコンタン）で示される、ｂＰｈＣＴｂＫである。

図１及び２に見られるとおり、有機溶媒中のＤＮＰ ＮＭＲ ＭＡＳ（マジック角回転）用途に実際上最も有効な分極剤は、有効性が上がる順に、ｂＴｂＫ、ｂＣＴｂＫ、そしてｂＰｙＴｂＫである。

本発明により提案されるｂＰｈＣＴｂＫは、最良の性能の分極剤であるｂＰｙＴｂＫよりも更になお有効である。

この有効性は、１つの硬質結合により保持されているニトロキシド単位を持つだけでなく、例えば、一般式に見られるとおり４個の芳香族基が存在することによる、より長い電子縦及び／又は横緩和時間（Ｔ１ｅ、Ｔ２ｅ）を伴う、ジニトロキシドという着想に相関しているのかもしれない。

よって、ｂＰｈＣＴｂＫのこの有効性は、特許請求される全ての化合物に見いだすことができる。いずれの場合にも、特許請求される化合物中の所与の化合物は同様に、複合ニトロキシド単位が１つの硬質結合により保持されていないか、かつ／又は芳香族基を持たない類似化合物よりも有効であろう。

更に、１個以上の置換基Ｒ４を用いれば、ＤＮＰプロセスの有効性を更に増大させることができ、かつ／又はいわゆるＮＭＲ ＭＡＳ ＤＮＰ法の更に高温（１５０乃至２００Ｋ）での使用の可能性を開くだろう。更に、これらの置換基Ｒ４は、所与の溶液への化合物の溶解度を向上させるために、又は他の分子の付加を容易にするために選択することができる。

本発明の範囲を外れることなく、多数の組合せを想定することができる；当業者であれば、配慮しなければならないはずの、経済的な、又はその他の制約により、或るもの又は他のものを選択することができるであろう。

例えば、以下の化合物ＴＥＫＰｏｌ２及びＴＥＫＰｏｌ３を合成し、ＤＮＰにおけるその有効性を検討し、対照化合物であるｂＴｂＫの有効性と比較した。

化合物ＴＥＫＰｏｌ２及びＴＥＫＰｏｌ３の合成：

化合物ＴＥＫＰｏｌ２（４）の合成

ＮＨ_４Ｃｌ（３．８１ｇ、７１．１６ｍｍｏｌ）を室温で、ジメチルスルホキシド（１５０ｍＬ）中の１，２，２，６，６−ペンタメチルピペリジン−４−オン（１）（２．００ｇ、１１．８６ｍｍｏｌ）及びｃｉｓ−３，５−ジフェニルシクロヘキサン−４−オン（８．９０ｇ、３５．６０ｍｍｏｌ）の混合物に加えた。この混合物を８０℃で１６時間加熱し、次に水 ２００ｍＬで希釈して、クロロホルム２×２５０ｍＬで抽出した。有機相を減圧下で濃縮し、酢酸エチル（１００ｍＬ）中に希釈し、食塩水（１００ｍＬ）で洗浄し、Ｎａ_２ＳＯ_４で乾燥して、減圧下で溶媒を蒸留した。

粗生成物を溶媒としてペンタン／酢酸エチル（９０／１０）でのシリカカラムクロマトグラフィーにより精製して、白色固体の形状（ジアステレオ異性体の混合物として）で（２）を得た（０．５１ｇ、８％）。
¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ 1.48-1.70 (m, 4H), 1.90-2.18 (m, 8H), 2.37-2.65 (m, 4H), 2.82-3.49 (m, 4H), 7.10-7.40 (m, 20H). ESI-MS m/z = 540 [M+H]⁺; 546 [M+Li]⁺.

化合物（２）（０．４５ｇ、０．８３ｍｍｏｌ）をトルエン（８０ｍＬ）に溶解し、この溶液にペンタエリトリトール（５１ｍｇ、０．３８ｍｍｏｌ）及びｐ−トルエンスルホン酸（２０ｍｇ、０．１ｍｍｏｌ）を撹拌しながら加えた。この混合物をディーン・スターク装置で２４時間加熱還流した。冷却後、その溶液を減圧下で濃縮し、Ｎａ_２ＣＯ_３の１０％水溶液１００ｍＬを加えた。この混合物をクロロホルム（１５０ｍＬ）で２回抽出し、Ｎａ_２ＳＯ_４で乾燥して、減圧下で溶媒を蒸留した。その残渣をＣＨ_２Ｃｌ_２／ＥｔＯＨ（９０／１０）混合物でのシリカカラムクロマトグラフィーにより精製して、白色固体の形状で（３）を得た（８５ｍｇ、１９％）。
¹H NMR (CDCl₃) δ 1.50-2.20 (m, 32H), 2.70-3.28 (m, 8H), 3.50-3.92 (m, 8H), 7.00-7.56 (m, 40H). ESI-MS m/z =1179 [M+H]⁺; 590 [M+2H]²⁺.

ジアミン（３）（８５ｍｇ、０．０７ｍｍｏｌ）及びＮａ_２ＷＯ_４・２Ｈ_２Ｏ（２ｍｇ、０．００６ｍｍｏｌ）を、エタノール（５ｍＬ）中で撹拌しながら混合して、Ｈ_２Ｏ_２（３０％、０．２８ｍｍｏｌ、３２μＬ）を０℃で加えた。この混合物を室温で４時間撹拌し、次にＫ_２ＣＯ_３（０．１０ｇ）を加え、その溶液をクロロホルム（３０ｍＬ）で２回抽出した。有機相をＮａ_２ＳＯ_４で乾燥して、減圧下で蒸留した。粗生成物をクロロホルムを溶離液として用いてシリカカラムクロマトグラフィーにより精製して、赤色固体の形状で純Ｔｅｋｐｏｌ２（４）を得た（３９ｍｇ、４５％）。
ＥＰＲスペクトル帯Ｘ（２９３Ｋ，ＣＨ_２Ｃｌ_２）：トリプレット，Ａ_Ｎ＝１．４８ｍＴ．融点：２３０−２３３°Ｃ．
ESI-MS m/z = 1209 [M+H]⁺; 1231 [M+Na]⁺. HRMS-ESI C₈₃H₈₈N₂O₆ ^・・の理論値 ([M+NH₄]⁺) 1226.6981 実測値 1226.6956. 元素分析: C, 82.04; H, 7.34; N, 2.32 C₈₃H₈₈N₂O₆ ^2・の理論値: C, 82.41; H, 7.33; N, 2.32.

化合物ＴＥＫＰｏｌ３（１１）の合成

化合物（７）は、化合物（２）について上記した一般的な手順により、ｃｉｓ−３，５−ジフェニルシクロヘキサン−４−オンの代わりに４−（４−ビフェニリル）シクロヘキサノン（８．９１ｇ、３５．６５ｍｍｏｌ）を用いて合成した。粗生成物は、ペンタン／酢酸エチル（９０／１０）を溶離液とするシリカカラムクロマトグラフィーにより精製して、白色固体の形状で（１４）を得た（０．１８ｇ、３％）。
¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ 1.60-1.70 (m, 8H), 1.84-2.00 (m, 9H), 2.50-2.59 (m, 6H), 7.28-7.62 (m, 18H). ¹³C NMR (300 MHz, CDCl₃) δ 29.27, 40.22, 42.17, 48.07, 55.77, 125.99, 126.33, 127.69, 138.13, 139.99, 144.45, 209.81. ESI-MS m/z = 540 [M+H]⁺; 546 [M+Li]⁺.

ＮＨ_４Ｃｌ（１．６８ｇ、３１．３８ｍｍｏｌ）を室温で、ジメチルスルホキシド８０ｍＬ中の１，２，２，６，６−ペンタメチルピペリジン−４−オン（１）（０．８８ｇ、５．２３ｍｍｏｌ）及び４−（４−メトキシフェニル）シクロヘキサノン（３．２０ｇ、１５．６８ｍｍｏｌ）の撹拌混合物に加えた。この混合物を８０℃で１６時間加熱し、次に水２００ｍＬで希釈して、クロロホルム２×２５０ｍＬで抽出した。有機相を減圧下で濃縮し、酢酸エチル（１００ｍＬ）で希釈し、食塩水（１００ｍＬ）で洗浄し、Ｎａ_２ＳＯ_４で乾燥して、減圧下で溶媒を蒸留した。粗生成物をペンタン／酢酸エチル（９０／１０）を溶離液とするシリカカラムクロマトグラフィーにより精製して、白色固体の形状で（８）を得た（９０ｍｇ、４％）。
¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ 1.44-2.00 (m, 17H), 2.40-2.55 (m, 6H), 3.78 (m, 6H), 6.83 (d, J = 8.34 Hz, 4H), 7.12 (d, J = 8.44 Hz, 4H). ¹³C NMR (300 MHz, CDCl₃) δ 30.50, 41.25, 42.62, 49.09, 55.26, 56.77, 113.81, 127.58, 138.56, 157.93, 211.02. ESI-MS m/z = 448 [M+H]⁺; 554 [M+Li]⁺.

化合物（７）（０．１２５ｇ、０．２３ｍｍｏｌ）をトルエン（４０ｍＬ）に溶解した。この溶液にペンタエリトリトール（１４ｍｇ、０．１０ｍｍｏｌ）及びｐ−トルエンスルホン酸（５ｍｇ、０．０３ｍｍｏｌ）を撹拌しながら加えた。その混合物をディーン・スターク装置で２４時間加熱還流した。冷却後、その溶液を減圧下で濃縮して、Ｎａ_２ＣＯ_３の１０％水溶液１００ｍＬを加えた。その混合物をクロロホルム（１５０ｍＬ）で２回抽出し、Ｎａ_２ＳＯ_４で乾燥して、減圧下で溶媒を蒸留した。その残渣をＣＨ_２Ｃｌ_２／ＥｔＯＨ（９０／１０）でシリカカラムクロマトグラフィーにより精製して、白色固体の形状で（９）を得た（３０ｍｇ、２５％）。
¹H NMR (CDCl₃) δ 1.30-2.05 (m, 40H), 2.50 (m, 4H), 3.75 (s, 8H), 7.16-7.50 (m, 36H). ¹³C NMR (CDCl₃) δ 30.63, 33.19, 37.84, 41.12, 43.19, 52.46, 63.72, 99.78, 126.97, 127.04, 127.13, 128.67, 138.94, 141.03, 145.90. ESI-MS m/z =1179 [M+H]⁺; 590 [M+2H]²⁺.

ジアミン（９）（４５ｍｇ、０．０３８ｍｍｏｌ）は、化合物（４）について上記した一般的な手順により酸化した。粗生成物をクロロホルムを溶離液とするシリカカラムクロマトグラフィーにより精製して、淡赤色固体の形状で純Ｔｅｋｐｏｌ３（１１）を得た（２１ｍｇ、４５％）。
ＥＰＲスペクトル帯Ｘ（２９３Ｋ，ＣＨ_２Ｃｌ_２）：トリプレット，Ａ_Ｎ＝１．５１ｍＴ．融点：２７５−２７８°Ｃ．
ESI-MS m/z = 1209 [M+H]⁺; 1226 [M+NH₄]⁺. HRMS-ESI C₈₃H₈₈N₂O₆ ^・・の理論値 ([M+H]⁺) 1209.6715 実測値 1209.6720. 元素分析: C, 81.91; H, 7.57; N, 2.19 C₈₃H₈₈N₂O₆ ^・・の理論値: C, 82.41; H, 7.33; N, 2.32.

下記表２は、本発明のこれら２種の化合物のＤＮＰ有効性の値、並びに同じ実験条件でのｂＰｈＣＴｂＫの値を提示する。比較として、有効性値を化合物ｂＴｂＫについても示した。

表２：テトラクロロエタンの天然存在度での１３Ｃ ＮＭＲシグナルの増幅因子（ε）。実験条件は以下のとおりである：テトラクロロエタン（１０ｍＭ）、ＭＡＳ ｓｓＮＭＲ／ＤＮＰ（１００Ｋ、２６３ＧＨｚ、９．４Ｔ）。

本発明の３種の化合物は、対照化合物であるｂＴｂＫよりもはるかに大きなＮＭＲシグナルの増幅因子を有する。

Claims (15)

1. ２個のニトロキシド単位が１つの硬質結合により保持されている、ジニトロキシド型のビラジカル化合物であって、一般式：
   

   

   
   ［式中、
   Ａは、炭素、アンモニウム又はホスホニウムであり、
   Ａ_１乃至Ａ_６のそれぞれは、単結合、Ｏ、Ｎ、Ｎ（Ｏ）、Ｓ、Ｓ（Ｏ）、ＳＯ_２、Ｃ（Ｏ）、（Ｃ１−Ｃ４）アルキル鎖を含む群から独立に選択され、
   Ｚ_１及びＺ_２は、組合せでＲ１及びＲ２から選択されるが、この組合せにおいて、少なくとも１個のＲ３基で置換されていなければならない、少なくとも１個のＲ２基が常に存在するように選択され、Ｒ１は、Ｈ、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール又は（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ２は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ３は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリール、エーテル：−ＯＲ、エステル：−Ｃ（Ｏ）Ｏ−Ｒ（ここでＲは、任意の炭化水素含有ラジカルである）、窒化物であり、そして
   ここで、Ｚ_１及びＺ_２が一緒に、これらが結合しているニトロキシド環の同じ炭素原子に結合しているとき、これらは、Ｒ３で置換されているスピロシクロアルキル又はスピロヘテロシクロアルキルを形成する］で示されるビラジカル化合物。
2. Ｒ３が、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリール、ヒドロキシル、第１級、第２級又は第３級アミン、アンモニオ基、アミンオキシド、カルボキシル、スルファニル、ポリエチレングリコール（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＯＨ、ここでｎ≧２）、（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＮＨ_２、ここでｎ≧２）、スルフィニル、スルホニル、スルホナト基；任意選択的に１個又は２個の（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル又は（Ｃ６−Ｃ１８）アリールで置換されているホスホノ又はホスホリル基；リン酸エステル基、エーテル：−ＯＲ、エステル：−Ｃ（Ｏ）Ｏ−Ｒ（ここでＲは、任意の炭化水素含有ラジカルである）、窒化物を含む群から独立に選択される、１個以上のＲ４基で置換されている、請求項１記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
3. ニトロキシド単位が、ピペリジノキシル、ピロリジノキシル、イミダゾリノキシル、イミダゾリジノキシル、オキサゾリジノキシル及びニトロニルニトロキシド単位から選択されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
4. 好ましくはチオキサントン、ベンゾイン、ベンジルジメチルケタール及びベンゾフェノンを含む群から選択される、少なくとも１個の感光性基を更に含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
5. 好ましくはヒドロキシル、第１級、第２級又は第３級アミン、アンモニオ基、アミンオキシド、カルボキシル、スルファニル、ポリエチレングリコール（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＯＨ、ここでｎ≧２）、（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＯＣＨ_３、ここでｎ≧２）、（（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＮＨ_２、ここでｎ≧２）、スルフィニル、スルホニル、スルホナト基、任意選択的に１個又は２個の（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル又は（Ｃ６−Ｃ１８）アリールで置換されているホスホノ又はホスホリル基、リン酸エステル基を含む群から選択される、所与の媒体へのその溶解度を促進する少なくとも１個の化学基を更に含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
6. 好ましくは下記式：
   

   

   
   ［式中、Ｒは、任意の炭化水素含有ラジカルである］で示される、−ＳＨ、−ＮＨ_２、−ＮＨ−、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、ヒドロキシアリール（ＡｒＯＨ）基に関して反応性である少なくとも１個の化学基を更に含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
7. 好ましくはタンパク質、リボソーム、脂質、糖類、ＤＮＡ、ＲＮＡ、合成ポリマーを含む群から選択される、高分子に結合されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
8. 好ましくは重水素（^２Ｈ）、炭素１３（^１３Ｃ）及び窒素１５（^１５Ｎ）のいずれか一種により、同位体標識されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
9. 一般式：
   

   

   
   ［式中、
   Ａは、炭素であり、
   Ａ_１及びＡ_２のそれぞれはＯであり、そしてＡ_３乃至Ａ_６のそれぞれはＣＨ_２であり、 Ｚ_１及びＺ_２は、組合せでＲ１及びＲ２から選択されるが、この組合せにおいて、少なくとも１個のＲ３基で置換されていなければならない、少なくとも１個のＲ２基が常に存在するように選択され、Ｒ１は、Ｈ、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール又は（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ２は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリールであり、Ｒ３は、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルケニル鎖、（Ｃ１−Ｃ１７）アルキニル鎖、（Ｃ４−Ｃ１７）シクロアルキル、（Ｃ４−Ｃ１７）ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ１８）アリール、（Ｃ３−Ｃ１８）ヘテロアリール、エーテル：−ＯＲ、エステル：−Ｃ（Ｏ）Ｏ−Ｒ（ここでＲは、任意の炭化水素含有ラジカルである）、窒化物であり、そして
   ここで、Ｚ_１及びＺ_２が一緒に、これらが結合しているニトロキシド環の同じ炭素原子に結合しているとき、これらは、Ｒ３で置換されているスピロシクロアルキル又はスピロヘテロシクロアルキルを形成する］で示される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
10. ｂＰｈＣＴｂＫ（ビス−フェニル シクロヘキシル ＴＥＭＰＯ−ビス−ケタール）、即ち、任意選択的に１個以上のそのフェニル基上に置換がされている２２，４１−ジニトロキシル−３，１９，２６，３８−テトラフェニル−２２，４１ ジアザヘプタスピロ［５．１．２．２．１．５．１．５．１．２．２．１．５．１］ヘンテトラコンタン、任意選択的に１個以上のそのフェニル基上に置換がされている２２，４１−ジニトロキシル−２，４，１８，２０，２５，２７，３７，３９−オクタフェニル−２２，４１ ジアザヘプタスピロ［５．１．２．２．１．５．１．５．１．２．２．１．５．１］ヘンテトラコンタン又は任意選択的に１個以上のそのフェニル基上に置換がされている２２，４１−ジニトロキシル−３，１９，２６，３８−テトラ−ｐ−ビフェニル−２２，４１ ジアザヘプタスピロ［５．１．２．２．１．５．１．５．１．２．２．１．５．１］ヘンテトラコンタンである、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
11. 素粒子物理学の手法における、並びに医用画像の手法における、核磁気共鳴法のための分極剤としての、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物に含まれる、少なくとも１単位のニトロキシド型ラジカルを含む、常磁性化合物。
13. 少なくとも１種の請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物、又は少なくとも１種の請求項１２記載の常磁性化合物を含む、組成物。
14. 試料を分極剤と接触させる工程を含む、試料の分極の方法であって、前記分極剤が、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物、又は請求項１２記載の常磁性化合物であることを特徴とする方法。
15. 試料を分極剤と接触させる、試料の分極を含む、素粒子物理学又は医用画像における、核磁気共鳴分析の方法であって、前記分極剤が、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のジニトロキシド型のビラジカル化合物、又は請求項１２記載の常磁性化合物であることを特徴とする方法。

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