グアニン類似体の互変異性

核酸（NA）塩基の互変異性は、生物における遺伝情報の維持と翻訳のための重要な要因です。NA塩基の標準的な互変異性体のみが、自然の対応物と水素結合錯体を形成できます。一方、Na酵素によって触媒されたプロセスに関与することが提案されています。グアニンの構造断片と見なすことができるイソセトシンは、溶液と固体の両方で2つの安定した互変異性体があることが知られています。イソセトシンの互変異性体の平衡は、グアニンの標準的な互変異性体の顕著な安定性とは対照的です。このペーパーでは、NMR実験と理論計算の組み合わせにより、グアニンの標準的な互変異性体の安定性に寄与する要因を調査します。イソシトシンおよびグアニン誘導体のまれな互変異性体の安定性に対する置換基の電子効果は、密度官能理論（DFT）計算によって研究されています。選択された誘導体は、可変温度NMR分光法によって研究されます。まれな互変異性体は、適切なパートナーとの分子間水素結合相互作用により、溶液中に安定化できます。これらの分子間相互作用は、プロトンNMRスペクトルの特徴的なシグナルを生じさせ、間違いなくまれな互変異性体の存在を確認することが可能になります。

Tautomerism of nucleic acid (NA) bases is a crucial factor for the maintenance and translation of genetic information in organisms. Only canonical tautomers of NA bases can form hydrogen-bonded complexes with their natural counterparts. On the other hand, rare tautomers of nucleobases have been proposed to be involved in processes catalysed by NA enzymes. Isocytosine, which can be considered as a structural fragment of guanine, is known to have two stable tautomers both in solution and solid states. The tautomer equilibrium of isocytosine contrasts with the remarkable stability of the canonical tautomer of guanine. This paper investigates the factors contributing to the stability of the canonical tautomer of guanine by a combination of NMR experiments and theoretical calculations. The electronic effects of substituents on the stability of the rare tautomers of isocytosine and guanine derivatives are studied by density functional theory (DFT) calculations. Selected derivatives are studied by variable-temperature NMR spectroscopy. Rare tautomers can be stabilised in solution by intermolecular hydrogen-bonding interactions with suitable partners. These intermolecular interactions give rise to characteristic signals in proton NMR spectra, which make it possible to undoubtedly confirm the presence of a rare tautomer.