Pathways of the Dissociative Electron Attachment Observed in 5- and 6-Azidomethyluracil Nucleosides: Nitrogen (N2) Elimination vs Azide Anion (N3–) Elimination

叠氮化物 化学 氮气 离子 有机化学
作者
Daniel Adjei,Yahaira Reyes,Anil Kumar,Samuel Ward,Sergey A. Denisov,Moaadh Alahmadi,Michael D. Sevilla,Stanislaw F. Wnuk,Mehran Mostafavi,Amitava Adhikary
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:127 (7): 1563-1571 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.2c08257
摘要

5-Azidomethyl-2′-deoxyuridine (5-AmdU, 1) has been successfully employed for the metabolic labeling of DNA and fluorescent imaging of live cells. 5-AmdU also demonstrated significant radiosensitization in breast cancer cells via site-specific nitrogen-centered radical (π-aminyl (U-5-CH2–NH•), 2, and σ-iminyl (U-5-CH═N•), 3) formation. This work shows that these nitrogen-centered radicals are not formed via the reduction of the azido group in 6-azidomethyluridine (6-AmU, 4). Radical assignments were performed using electron spin resonance (ESR) in supercooled solutions, pulse radiolysis in aqueous solutions, and theoretical (DFT) calculations. Radiation-produced electron addition to 4 leads to the facile N3– loss, forming a stable neutral C-centered allylic radical (U-6-CH2•, 5) through dissociative electron attachment (DEA) via the transient negative ion, TNI (U-6-CH2-N3•–), in agreement with DFT calculations. In contrast, TNI (U-5-CH2–N3•–) of 1, via facile N2 loss (DEA) and protonation from the surrounding water, forms radical 2. Subsequently, 2 undergoes rapid H-atom abstraction from 1 and produces the metastable intermediate α-azidoalkyl radical (U-5-CH•-N3). U-5-CH•-N3 converts facilely to radical 3. N3– loss from U-6-CH2–N3•– is thermodynamically controlled, whereas N2 loss from U-5-CH2–N3•– is dictated by protonation from the surrounding waters and resonance conjugation of the azidomethyl side chain at C5 with the pyrimidine ring.
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