A study of nitronyl and imino nitroxide radicals attached to heterocyclic cores

Stabile organische Radikale mit zusätzlichen Funktionalitäten wie Donor/Akzepotor Eigenschaften und Ligandeneignung für Übergangsmetallkomplexierung repräsentieren eine synthetische Herausforderung beim Streben nach der Konstruktion hochdimensionaler heterospin Strukturen. In diesem Hinblick wurden acht neue Hochspinbiradikal-Moleküle zusammen mit ihren Monoradikal- Pendants in dieser Arbeit hergestellt. Die Wahl der Liganden als organische Distanzhalter der Radikaleinheiten wurde auf stickstoffhaltige Heterozyklen (Pyridin und Pyrazol) gelenkt. Diese wurden weiterhin mit den stabilen Spinträgern Nitronylnitroxid- (NN) und Iminonitroxidfragmenten (IN) dekoriert. Ihre Synthese beinhaltete mehrstufige Umsetzungen (Brominierung, Iodierung, N- und Carbaldehyd Schutzgruppen, Stille-Kupplung, Grignard Reaktion, etc.) um die Mono- und Dicarbaldehyd-heterocyclenderivate als Schlüsselvorläufer der Radikaleinheiten zu gewinnen. Die Carbaldehyd-Zwischenstufen wurden Kondensationsreaktionen mit 2,3-Dimethyl-2,3-bis(hydroxylamino)-butan unterworfen (üblicherweise in Dioxan unter Argon für ~ 7 Tage), gefolgt von der Oxidation der Bis-hydroxylimidazolidin-Vorläufer unter Phasentransferkatalyse (NaIO4/H2O). Die Radikalmoleküle wurden mit verschiedenen spektroskopischen Methoden untersucht (FT/IR, UV/Vis/ EPR etc.) und ihre Einkristalle mit Röntgenstrahlbeugung gemessen. Die UV/VIS- Lösungsspektren zeigten in einem breiten Bereich verschiedener Lösungsmittelpolaritäten keine spezifische Wechselwirkung zwischen Lösungsmittel und Radikaleinheit, während ihre Stabilitäten in protischen Lösunsgmitteln wie MeOH stark abnahmen. Als Pulver konnten sie jedoch im Kühlschrank an der Luft für eine Jahr gelagert werden, ohne sich zu zersetzen. Die spektroskopischen Fingerabdrücke der Radikale wurden eindeutig identifiziert and erschienen stark abhängig vom Typ des pi-Ringsystems an das die Spinträger gekoppelt wurden. Basierend auf diesen Informationen wurde ein schnelles Protokoll etabliert, das eine direkte Zuordnung der Art der Radikale und ihrer Anzahl ermöglicht, sowie ihre Reinheit und Verunreinigungen zu definieren. In Lösung bestätigte die Analyse der EPR Spektren der Biradikale die starke Austauschwechselwirkung J zwischen den Radikalfragmenten über die Kopplungseinheiten (J >> an, an ist die Stickstoffhyperfeinkopplungskonstante). Dies wurde weiter unterstützt durch die Beobachtungen in gefrorener Lösung über die Nullfeldaufspaltungen und verbotenen Halbfeldübergänge (Δms = 2). Die Temperaturabhängigkeiten der Δms = 2 - EPR Signale wurden bis herunter auf 4 K gemessen und das exakte Vorzeichen und die Größe von J ermittelt. Diese Arbeit unterstreicht die Möglichkeit über synthetische Chemie eine Feineinstellung der „through bond“ Austauschwechselwirkung zwischen verwandten pi- und sigma- konjugierten Heterozyklen zu erreichen, in denen der S = 1 Grundzustand angenommen wird. Zusätzlich zeigten diese Resultate, dass die Übertragung der Spinpolarisation durch verschiedene Koppler sehr effektiv war.

Aminoxyl radicals - pure organic materials with tunable magnetic and sensing properties

Stabile Radikale haben in vielen Bereichen der Chemie, Physik, Biologie und Biomedizin ihren Nutzen unter Beweis gestellt. Gerade im letzten Jahrzehnt erlebte diese Substanzklasse vor allem wegen den Anwendungsmöglichkeiten von Nitroxiden als Red-Ox-Sensoren oder magnetischen Materialen ein erneutes Interesse. Das erste Kapitel beschäftigt sich mit der grundlegenden Theorie zur Entwicklung magnetischer Materialien. Des Weiteren sollen anhand einiger Beispiele Radikale im Komplex mit paragmagnetischen Metallen, Biradikale und Polyradikale beschrieben werden. rnrnIm zweiten Kapitel soll auf die Synthese von Hybrid Fluorophore-Nitrononyl-Nitroxid und Iminonitroxidradiale, sowie ihre Charakterisierung über IR, CV, EPR und Röntgenstrukturanalyse eingegangen werden. Mittels UV/Vis-Spektroskopie soll hierbei eine mögliche Anwendung als Red-Ox-Sensoren festgestellt werden. Hierbei werden über anschließende PL Untersuchungen eben diese Sensoreigenschaften der dargestellten Radikale bestätigt werden. Vielmehr noch soll die Möglichkeit von Pyren-Pyrazol-Nitronyl-Nitroxid als NO-Nachweis erläutert werden.rnrnFortschritte sowohl im Design als auch in der Analyse von magnetischen Materialen auf der Basis von Nitroxiden ist Thema des dritten Kapitels. Über ein klassisches Ullmann-Protokoll wurden verschiedene Nitronyl-Nitroxid und Iminonitroxid Biradiale mit unterschiedlichen π-Brücken zwischen den Radikalzentren synthetisiert. Magnetische Messungen belegen einen relativ starken antiferromagnetischen intramolekularen Austausch für den Großteil der untersuchten Biradikale. Hierbei zeigte sich jedoch eine außergewöhnliche hohe Austausch-Kupplung für 3,3‘-Diazatolandiradikale, die nur über die Existenz von starken intermolekularen Wechselwirkungen beschrieben werden kann. Durch Kombination der Röntgenstrukturanalyse mit DFT Berechnungen konnte im Fall des Tolan verbrückten Diradikals 87c die Intra-Dimer-Kupplung auf Jintra = -8,6 K bestimmt werden. Ein direkter Beweis für eine intermolekulare Anlagerung von Jinter ~- 2K konnte über eine Tieftemperatur AC-Messung von 87c erhalten werden. Bezüglich der magnetischen Messung ist das Nitronyl Biradikal 87c ein vielversprechender Kandidat für einen rein organischen eindimensionalen Quantenmagnet.rnrnAbsicht dieser Untersuchungen ist es zu zeigen, dass über die Kombination verschiedener struktureller Elemente die Sensitivität von Nitroxid basierten Sensoren und die intramolekulare Austauschwechselwirkung in π-konjugierten Spinsystemen so eingestellt werden kann, dass es möglich ist Moleküle mit gezielten Sensor- oder Magneteigenschaften zu entwickeln. rn

Functionalization of PAMAM dendrimers with nitronyl nitroxide radicals as models for the outer-sphere relaxation in dentritic potential MRI contrast agents

PAMAM dendrimers functionalized with nitronyl nitroxide radicals were characterized. Quantitative determination of substitution with radicals was performed using EPR and electrochemical methods. The study of the 1H NMR relaxation of the surrounding water showed how the outer-sphere contribution to the relaxivity may be limited by the presence of the dendrimer core.

Molecular orientational order of nitroxide radicals in liquid crystalline media

The orientational distribution of a set of stable nitroxide radicals in aligned liquid crystals 5CB (nematic) and 8CB (smectic A) was studied in detail by numerical simulation of EPR spectra. The order parameters up to the 10th rank were measured. The directions of the principal orientation axes of the radicals were determined. It was shown that the ordering of the probe molecules is controlled by their interaction with the matrix molecules more than the inherent geometry of the probes themselves. The rigid fused phenanthrene-based (A5) and 2-azaphenalene (A4) nitroxides as well as the rigid core elongated C11 and 5α-cholestane (CLS) nitroxides were found to be most sensitive to the orientation of the liquid crystal matrixes.

Rapid, selective, and reversible Nitroxide Radical Coupling (NRC) reactions at amibient temperature

High activation of polystyrene with bromine end groups (PSTY-Br) to their incipient radicals occurred in the presence of Cu(I)Br, Me6TREN, and DMSO solvent. These radicals were then trapped by nitroxide species leading to coupling reactions between PSTY-Br and nitroxides that were ultrafast and selective in the presence of a diverse range of functional groups. The nitroxide radical coupling (NRC) reactions have the attributes of a “click” reaction with near quantitative yields of product formed, but through the reversibility of this reaction, it has the added advantage of permitting the exchange of chemical functionality on macromolecules. Conditions were chosen to facilitate the disproportionation of Cu(I)Br to the highly activating nascent Cu(0) and deactivating Cu(II)Br2 in the presence of DMSO solvent and Me6TREN ligand. NRC at room temperature gave near quantitative yields of macromolecular coupling of low molecular weight polystyrene with bromine chain-ends (PSTY-Br) and nitroxides in under 7 min even in the presence of functional groups (e.g., −≡, −OH, −COOH, −NH2, =O). Utilization of the reversibility of the NRC reaction at elevated temperatures allowed the exchange of chain-end groups with a variety of functional nitroxide derivatives. The robustness and orthogonality of this NRC reaction were further demonstrated using the Cu-catalyzed azide/alkyne “click” (CuAAC) reactions, in which yields greater than 95% were observed for coupling between PSTY-N3 and a PSTY chain first trapped with an alkyne functional TEMPO (PSTY-TEMPO-≡).

Norbornenyl- and nortricyclyl free radicals

The number, symmetry, and product-forming capabilities of the intermediates in the photoinitiated reductions of endo- and exo-5- bromonorbornene and 2-bromonortricyclene with tri-n-butyltin hydride at temperatures between -10° and 22° were investigated.

Three mechanisms were evaluated:

1. The 5-norbornenyl- and 2-nortricyclyl radicals isomerize reversibly with the former producing nortricyclene by abstraction of hydrogen from tri-n-butyltin hydride.

2. The 5-norbornenyl- and 2-nortricyclyl radicals isomerize reversibly, but some norbornene can be formed from the 2-nortricyclyl radical or some nortricyclene can be formed from the 5-norbornenyl radical by abstraction of hydrogen.

3. There is intervention of a "bridged" radical which may be for med reversibly or irreversibly from the 5-norbornenyl- and 2-nortricyclyl radicals.

Within small error limits, the ratios of norbornene to nortricyclene as a function of the concentration of tri-n-butyltin hydride are consistent with the first mechanism.

In the reductions with tri-n-butyltin deuteride, primary deuterium isotope effects of 2. 3 and 2. 1 for the abstraction of deuterium by the 2-nortricyclyl- and 5-norbornenyl radicals, respectively, were found. The primary deuterium isotope effects were invariant with the concentration of tri-n-butyltin deuteride, although the ratios of norbornene to nortricyclene changed appreciably over this range. This is consistent with the first mechanism, and can accommodate the formation of either product from more than one intermediate only if the primary kinetic deuterium isotope effects are nearly equal for all reactions leading to the single product.

The reduction of endo-5-bromonorbornene-5, 6, 6-d₃ with tri-n-butyltin hydride or tri-n-butyltin deuteride leads to both unrearranged and rearranged norbornenes. The ratios of unrearranged to rearranged norbornene require that the 5-norbornenyl-5, 6, 6-d₃ radical isomerize to an intermediate with the symmetry expected of a nortricyclyl free radical. The results are consistent with mechanism 1, but imply a surprising normal secondary kinetic deuterium isotope effect of about 1.25 for the abstraction of hydrogen by the 5-norbornenyl- 5, 6, 6-d₃ radical.

Approximate calculations show that there does not appear to be any substantial difference in the stabilities of the 5-norbornenyl and 2-nortricyclyl radicals.

Although the results can not exclude a small contribution by a mechanism other than mechanism 1, no such contribution is required to adequately explain the results.

A temperature-dependent relative-rate study of the OH initiated oxidation of n-butane: the kinetics of the reactions of the 1-and 2-butoxy radicals

The kinetics of the reactions of 1-and 2-butoxy radicals have been studied using a slow-flow photochemical reactor with GC-FID detection of reactants and products. Branching ratios between decomposition, CH3CH(O-.)CH2CH3 CH3CHO + C2H5, reaction (7), and reaction with oxygen, CH3CH(O-.)CH2CH3 + O-2 -> CH3C(O)C2H5 + HO2, reaction (6), for the 2-butoxy radical and between isomerization, CH3CH2CH2CH2O. -> CH2CH2CH2CH2OH, reaction (9), and reaction with oxygen, CH3CH2CH2CH2O. + O-2 -> C3H7CHO + HO2, reaction (8), for the 1-butoxy radical were measured as a function of oxygen concentration at atmospheric pressure over the temperature range 250-318 K. Evidence for the formation of a small fraction of chemically activated alkoxy radicals generated from the photolysis of alkyl nitrite precursors and from the exothermic reaction of 2-butyl peroxy radicals with NO was observed. The temperature dependence of the rate constant ratios for a thermalized system is given by k(7)/k(6) = 5.4 x 1026 exp[(-47.4 +/- 2.8 kJ mol(-1))/RT] molecule cm(-3) and k(9)/k(8) = 1.98 x 10(23) exp[(-22.6 +/- 3.9 kJ mol(-1))/RT] molecule cm(-3). The results agree well with the available experimental literature data at ambient temperature but the temperature dependence of the rate constant ratios is weaker than in current recommendations.

Superoxide Dismutase 1-mediated Production of Ethanol- and DNA-derived Radicals in Yeasts Challenged with Hydrogen Peroxide MOLECULAR INSIGHTS INTO THE GENOME INSTABILITY OF PEROXIREDOXIN-NULL STRAINS

Peroxiredoxins are receiving increasing attention as defenders against oxidative damage and sensors of hydrogen peroxide-mediated signaling events. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, deletion of one or more isoforms of the peroxiredoxins is not lethal but compromises genome stability by mechanisms that remain under scrutiny. Here, we show that cytosolic peroxiredoxin-null cells (tsa1 Delta tsa2 Delta) are more resistant to hydrogen peroxide than wildtype (WT) cells and consume it faster under fermentative conditions. Also, tsa1 Delta tsa2 Delta cells produced higher yields of the 1-hydroxyethyl radical from oxidation of the glucose metabolite ethanol, as proved by spin-trapping experiments. A major role for Fenton chemistry in radical formation was excluded by comparing WT and tsa1 Delta tsa2 Delta cells with respect to their levels of total and chelatable metal ions and of radical produced in the presence of chelators. The main route for 1-hydroxyethyl radical formation was ascribed to the peroxidase activity of Cu, Zn-superoxide dismutase (Sod1), whose expression and activity increased similar to 5- and 2-fold, respectively, in tsa1 Delta tsa2 Delta compared with WT cells. Accordingly, overexpression of human Sod1 in WT yeasts led to increased 1-hydroxyethyl radical production. Relevantly, tsa1 Delta tsa2 Delta cells challenged with hydrogen peroxide contained higher levels of DNA-derived radicals and adducts as monitored by immuno-spin trapping and incorporation of (14)C from glucose into DNA, respectively. The results indicate that part of hydrogen peroxide consumption by tsa1 Delta tsa2 Delta cells is mediated by induced Sod1, which oxidizes ethanol to the 1-hydroxyethyl radical, which, in turn, leads to increased DNA damage. Overall, our studies provide a pathway to account for the hypermutability of peroxiredoxin-null strains.

Atmospheric heterogeneous reactions of N 2 O 5 and NO 3 radicals with mineral dust particles

Die heterogenen Reaktionen von N2O5 bzw. NO3 auf mineralischen Staubpartikeln wurden untersucht, um deren Einfluss auf den Abbau atmosphärischer Stickoxide (NOx) sowie auf die chemische Veränderung der Staubpartikel während ihres Transportes durch die Atmosphäre besser verstehen zu können. Die experimentellen Studien wurden bei Atmosphärendruck, Raumtemperatur und unterschiedlichen relativen Luftfeuchten durchgeführt. Der Aufnahmekoeffizient γ(N2O5) von N2O5 auf dispergiertem Staub aus der Sahara wurde zu 0,020 ± 0,002 (1σ) bestimmt, unabhängig von der relativen Feuchte (0 - 67 %) sowie der N2O5-Konzentration (5x1011 - 3x1013 Moleküle cm-3).rnDie Analyse der Reaktionsprodukte in der Gasphase sowie auf der Partikeloberfläche führt zu der Annahme, dass N2O5 auf der Staubpartikeloberfläche zu Nitrat hydrolysiert wird. Es konnte kein Einfluss der relativen Feuchte auf den Aufnahmekoeffizienten ermittelt werden, was durch das vorhandene interlamellare Wasser, welches bis zu 10 % der Partikelmasse betragen kann, erklärbar ist. Der gemessene Wert des Aufnahmekoeffizienten ist unabhängig von der Eingangs-N2O5-Konzentration, was sich über die sehr große innere Oberfläche der Partikel erklären lässt. Dennoch ließ sich durch eine vorherige Konditionierung der Partikel mit gasförmigem HNO3, was eine Nitratanreicherung an der Oberfläche bewirkt, die Effizienz der N2O5-Aufnahme auf die Staubpartikel reduzieren. Zusätzliche Studien befassten sich mit der Bestimmung des Aufnahmekoeffizienten von N2O5 auf Illit-Partikeln und auf Teststaub aus Arizona. Bei einer relativen Luftfeuchte von 0 % wurden für γ(N2O5) Werte von 0,084 ± 0,019 (1σ) für Illit und von 0,010 ± 0,001 (1σ) für Arizona Teststaub ermittelt.rnUnter Anwendung einer neuartigen Messmethode, die auf der zeitgleichen Messung der Konzentrationsabnahme von NO3 und N2O5 relativ zueinander beruht, wurde das Verhältnis γ(NO3)/γ(N2O5) der Aufnahmekoeffizienten von NO3 und N2O5 auf Saharastaub zu 0,9 ± 0,4 (1σ) bestimmt. Dieser Wert war unabhängig von der relativen Feuchte, den NO3- und N2O5-Konzentrationen sowie der Reaktionszeit, obwohl eine Oberflächendeaktivierung für beide Spurenstoffe beobachtet wurde.

Hetero-tri-spin 2p-3d-4f] Chain Compounds Based on Nitronyl Nitroxide Lanthanide Metallo-Ligands: Synthesis, Structure, and Magnetic Properties

Employing nitronyl nitroxide lanthanide(III) complexes as metallo-ligands allowed the efficient and highly selective preparation of three series of unprecedented heterotri-spin (Cu Ln-radical) one-dimensional compounds. These 2p-3d-4f spin systems, namely Ln(3)Cu(hfac)II(NitPhOAII)41 (Ln(III)=Gd 1(Gd), Tb 1(Tb), Dy 1(Dy); NitPhOAII=2-(4'-allyloxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3- oxide), Ln(3)Cu(hfac)II(NitPhOPO4] (1-nrn=Gd 2Gd, Tb 2Tb, Dy 2(Dy), Ho 2HOf Yb 2yb; NitPhOPr= 2-(4'-propoxyphenyI)-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl-3-oxide) and Ln3Cu(hfac)II(NitPhOB441 (LnIm=Gd 3Gd, Tb 3Tb, Dy 3(Dy); NitPhOBz=2-(4'-benzyloxy- phenyl)-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl-3-oxide) involve O-bound nitronyl nitroxide radicals as bridging ligands in chain structures with a Cu-Nit-Ln-Nit-Ln-Nit-Ln-Nit] repeating unit. The dc magnetic studies show that ferromagnetic metal radical interactions take place in these heterotri-spin chain complexes, these and the next-neighbor interactions have been quantified for the Gd derivatives. Complexes 1Tb and 2Tb exhibit frequency dependence of ac magnetic susceptibilities, indicating single-chain magnet behavior.

Halogen bonding between an isoindoline nitroxide and 1,4-diiodotetrafluorobenzene: new tools and tectons for self-assembling organic spin systems

Halogen bonding has been observed for the first time between an isoindoline nitroxide and an iodoperfluorocarbon (see figure), which cocrystallize to form a discrete 2:1 supramolecular compound in which NO.⋅⋅⋅I halogen bonding is the dominant intermolecular interaction. This illustrates the potential use of halogen bonding and isoindoline nitroxide tectons for the assembly of organic spin systems...

Phosphonate ligands in extended inorganic hybrids and as radical units in complexes

Phosphonatliganden in erweiterten anorganischen Hybridmaterialien undrnals Radikalträgern in KomplexenrnrnAnorganisch-organische Hybridmaterialien sind in der Regel extrem vielseitig. Die systematische Darstellung von niederdimensionalen Materialien (eindimensionale Kettenverbindungen oder zweidimensionalen Schichtverbindungen) mit einer Kontrolle über die Art der Verbindung,rnbietet neue Möglichkeiten im Bereich des molekularen Magnetismus. Hier im Fall von Metall-Phosphonat Verbindungen in erweiterten anorganischen Hybriden wurde der pH - Wert während der Reaktion eingestellt, wodurch der Grad der Protonierung des Phosphonatliganden kontrolliert wurde. Aufgrund der Tatsache, dass alle erhaltenen Metall Phosphonatverbindungen neutral waren, konnte das Ligand zu Metallverhältnis erstmals vorhergesagt werden. So wurden mehrere neue Metall–Phosphonat Verbindungen im Bereich von Null-dimensionalen (I0O0, Co-Kristallisation von M(H2O)6 mitrndeprotonierten Phosphonatligand), über eindimensionalen (I1O0, Kettenstrukturen) bis hin zu zweidimensionalen (I2O0, Schichtstrukturen) ausführlich diskutiert in Bezug auf ihr magnetisches Verhalten. Im Allgemeinen sind die erwarteten Austauschwechselwirkungen in einem erweiterten anorganischen Hybridmaterial stark, weil oft ein Superaustausch durch ein einzelnes Sauerstoffatom möglich ist. Hier waren oft mehrere konkurrierende Austauschwechselwirkungen vorhanden, so dass kompliziertere magnetische Verhalten beobachtet wurden.rnrnDarüber hinaus wurden drei neue Beispiele von Nitronyl-Nitroxidradikale dargestellt, in denen eine zusätzliche saure Funktionalität eingeführt war. Die Auswirkungen des sauren Charakters der zusätzlich eingeführten Sulfonsäure oder Phosphonsäure-Gruppe auf das Nitronyl-Nitroxidradikal wurden im Detail zum ersten Mal untersucht. Die mit der Phosphonsäure-Gruppe versehenen Nitronyl-Nitroxidradikale sind perfekte Proben für die Untersuchung einer Spin-Verschiebung in Nitronyl-Nitroxidradikale durch EPR-Spektroskopie, aufgrund des eingeführten Phosphors. Auch der Protonierungsgrad der zusätzlich eingeführten Phosphonsäure-Gruppe wurde berücksichtigt. In dieser Arbeit wurden die ersten Metallkomplexe der neuen substituierten sauren Nitronyl-Nitroxidradikale vorgestellt. Die Koordination von Nickel(II) Metallionen an die saure, zweite funktionelle Gruppe des Nitronyl–Nitroxid Radikal wurde beschrieben. Die magnetische Austauschwechselwirkung der Metallionen untereinander und die Metall-Radikal-Austauschwechselwirkungen wurden untersucht. rnrnIm Allgemeinen können interessante molekulare magnetische Materialien dadurch dargestellt werden, dass die Dimension der Metall-Phosphonat-Verbindungen als Beispiele für die erweiterten anorganischen Hybridmaterialien gesteuert werden kann. Mit Nitronyl-Nitroxidradikale als organische Liganden können in Zukunft noch mehr Spin-Träger in anorganisch-organischen Gerüstmaterialien integriert werden um die magnetischen Eigenschaften zu verbesseren.rn

The synthesis of novel nitroxides and their application as small-molecule antioxidants and profluorescent probes for oxidative stress

The detection and potential treatment of oxidative stress in biological systems has been explored using isoindoline-based nitroxide radicals. A novel tetraethyl-fluorescein nitroxide was synthesised for its use as a profluorescent probe for redox processes in biological systems. This tetraethyl system, as well as a tetramethyl-fluorescein nitroxide, were shown to be sensitive and selective probes for superoxide in vitro. The redox environment of cellular systems was also explored using the tetramethylfluorescein species based on its reduction to the hydroxylamine. Flow cytometry was employed to assess the extent of nitroxide reduction, reflecting the overall cellular redox environment. Treatment of normal fibroblasts with rotenone and 2-deoxyglucose resulted in an oxidising cellular environment as shown by the lack of reduction of the fluorescein-nitroxide system. Assessment of the tetraethyl-fluorescein nitroxide system in the same way demonstrated its enhanced resistance to reduction and offers the potential to detect and image biologically relevant reactive oxygen species directly. Importantly, these profluorescent nitroxide compounds were shown to be more effective than the more widely used and commercially available probes for reactive oxygen species such as 2’,7’-dichlorodihydrofluorescein diacetate. Fluorescence imaging of the tetramethyl-fluorescein nitroxide and a number of other rhodamine-nitroxide derivatives was undertaken, revealing the differential cellular localisation of these systems and thus their potential for the detection of redox changes in specific cellular compartments. As well as developing novel methods for the detection of oxidative stress, a number of novel isoindoline nitroxides were synthesised for their potential application as small-molecule antioxidants. These compounds incorporated known pharmacophores into the isoindoline-nitroxide structure in an attempt to increase their efficacy in biological systems. A primary and a secondary amine nitroxide were synthesised which incorporated the phenethylamine backbone of the sympathomimetic amine class of drugs. Initial assessment of the novel primary amine derivative indicated a protective effect comparable to that of 5-carboxy-1,1,3,3- tetramethylisoindolin-2-yloxyl. Methoxy-substituted nitroxides were also synthesised as potential antioxidants for their structural similarity to some amphetamine type stimulants. A copper-catalysed methodology provided access to both the mono- and di-substituted methoxy-nitroxides. Deprotection of the ethers in these compounds using boron tribromide successfully produced a phenolnitroxide, however the catechol moiety in the disubstituted derivative appeared to undergo reaction with the nitroxide to produce quinone-like degradation products. A novel fluoran-nitroxide was also synthesised from the methoxy-substituted nitroxide, providing a pH-sensitive spin probe. An amino-acid precursor containing a nitroxide moiety was also synthesised for its application as a dual-action antioxidant. N-Acetyl protection of the nitroxide radical was necessary prior to the Erlenmeyer reaction with N-acetyl glycine. Hydrolysis and reduction of the azlactone intermediate produced a novel amino acid precursor with significant potential as an effective antioxidant.