Диссертация (Пространственное строение и внутримолекулярная динамика модифицированных аналогов стероидных гормонов на основе данных спектроскопии ЯМР), страница 10

Этоутверждение непосредственно относится к таким молекулам как стероиды, которые имеюткрайне сложный протонный спектр, содержащий большое число перекрывающихся44протонных сигналов, для которых выполняется условие сильносвязанности, являющеесяодним из важных необходимых условий проявления эффектов скалярной релаксации [58, c.213‒217]. Другим условием является наличие химического обмена, приводящего к модуляциискалярных констант.

Следовательно, обнаружение необычных проявлений скалярнойрелаксации не должно являться в таких системах чем-то неожиданным. В качестве примераможно рассмотреть изучение влияние температуры на перенос намагниченности (ЯЭО) отпротона 15 (5.66 м.д.) к ближайшим к нему протонам 16α (2.67 м.д.) и 16β (2.54 м.д.) и кудаленным на значительное расстояние протонам 17α (2.40 м.д.) и 17β (2.78 м.д.) стероида(VII), которое представлено на рисунке 1-10. Сопоставление 5-ти экспериментов NOEdifference в узком температурном интервале от 25 до 45 ºС приводит неожиданному выводу отом, что сравнительно небольшое повышение температуры приводит к изменению напротивоположное относительных интенсивностей ЯЭО между перечисленными протонами.Рис.

1-10. Температурная зависимость ЯЭО на протонах 16α, 16β, 17α и 17β стероида (VII)при насыщении протона 15 при 5.66 м.д., полученная методом NOE-difference (τm = 1.0 с)Если при 25 ºС наблюдается качественное соответствие ЯЭО и расстояний от протона 15до ближайших и удаленных протонов (η15-16α, η15-16β > η15-17α, η15-17β), то при 45 ºС, согласноданным по измерению ЯЭО, ближайшими оказываются протоны при атоме С17 (η15-16α, η15-16β< η15-17α, η15-17β). Этому экспериментальному факту есть достаточно простое объяснение, еслиучесть конформационную подвижность кольца D, которая может быть описана как быстрое вшкале времени ЯМР псевдовращение вокруг простой связи С16-С17 (см.

ньюменовские45проекции на рис. 1-10). Прямой перенос намагниченности от протона 15 к протонам при атомеС16 реализуется обычным образом через диполь-дипольные взаимодействия (σ1eff. = σ1dd. > 0), авторичный перенос намагниченности от протонов 16α и 16β к протонам при атоме С17происходит при участии двух механизмов: диполь-дипольного (σ2dd > 0) и скалярного 1-города (σ2sc < 0) за счет случайной флуктуации вицинальных констант.Притемпературе45ºСвкладскалярногонамагниченности становится преобладающим (σ2eff.механизма= σ2dd.привторомпереносеsc.- |σ | < 0) и, следовательно, сучетом инверсии знака спиновой диффузии в условиях экстремального сужения линий (ωоτс<< 1) на сигналах протонов 17α и 17β будет наблюдаться увеличение интенсивности, а насигналах 16α и 16β соответствующее уменьшение.

В общем случае эффекты скалярнойрелаксации 1-го рода неодинаковым образом проявляются в спектрах NOESY малых ибольших молекул. На рисунке 1-11 показано, что для малых молекул, которые имеютотрицательную ориентацию кросс-пиков по отношению к положительным диагональнымсигналам, наличие скалярного вклада приводит к уменьшению их интенсивности, чтопроявляется в виде увеличения измеряемых расстояний (r↑), а для больших молекул долженнаблюдаться противоположный эффект, в результате которого значения измеряемыхрасстояний окажутся заниженными (r↓) по сравнению с их действительными величинами.Кроме того, для малых молекул из-за скалярного вклада возможна инверсия знака ЯЭО.Рис.

1-11.Вклад скалярной релаксации винтегральные интенсивности кросс-пиков Iij вспектре NOESY для случаев малых и большихмолекул. Черным цветом показаны зависимостиинтенсивностей кросс-пиков Iij = ƒ(τm) приотсутствии скалярной релаксации, а краснымипунктирными линиями – в ее присутствии. Таким образом, скалярная релаксация 1-го рода может вносить существенноеосложнение в интерпретацию данных по использованию ЯЭО для качественных и тем болееколичественных оценок межпротонных расстояний.

Но одновременно с этим она являетсяпрямым доказательством существования быстрых в шкале времени ЯМР конформационныхпревращений в исследуемых молекулах, которые приводят к случайным во времениизменениям величины скалярных констант. Другие примеры регистрации скалярнойрелаксации в конформационно подвижных молекулах с помощью спектроскопии NOESY46будут рассмотрены ниже (см. раздел 3.5).В 2015 году явление скалярной релаксации 1-го рода было обнаружено приисследовании с помощью NOESY сравнительно простых соединений – замещенныхазиридинов [281]. Авторы настаивают на том, что они первыми наблюдали скалярнуюрелаксацию 1-го рода с помощью спектроскопии NOESY. Они перечисляют все хорошоизвестные примеры, которые приведены в монографии [58], но не цитируют работы [275, 276]по применению стационарного ЯЭО для доказательства наличия скалярной релаксации 1-города и наших первых работ 2001‒2002 гг.

по использованию для тех же целей двумернойспектроскопии NOESY [244, 270, 271]. Следовательно, они заблуждаются в отношении своегопервенства, так как опоздали на 14 лет. Но дело не в первенстве. Представленные в работе[281] материалы не вызывают сомнения в том, чтов спектрах NOESY замещенныхазиридинов при определенных условиях действительно наблюдаются эффекты скалярнойрелаксации.

Но утверждение авторов, что эти эффекты вызваны обменным процессом,связанным с инверсией азота, не может считаться абсолютно достоверным, посколькуприводимые в пользу такого объяснения аргументы не включают возможность возникновенияинтенсивной скалярной релаксации между протонами за счет наличия скалярной связи одногоили каждого из них с быстро релаксирующим квадрупольным ядром14N. Иными словами,речь идет о возможности реализации в замещенных азиридинах скалярной релаксации 2-города [282, 283], для которой не требуется наличия внутримолекулярной динамики ислучайной модуляции протон-протонных скалярных констант.

Не исключен также вариантодновременной реализации двух разных механизмов скалярной релаксации – 1-го и 2-го рода.В любом случае необходимо поздравить авторов с редкой возможностью проверить известныетеоретические модели конкретными экспериментальными данными.Значительное повышение точности измерения межпротонных расстояний с помощьюЯЭО открывает перспективу использования этого эксперимента для обнаружения быстрого вшкале времени ЯМР конформационного обмена: АВ. При этом все спектральные ирелаксационные параметры, включая ЯЭО, оказываются усредненными по времени.Следовательно, из-за сильной зависимости скорости кросс-релаксации от расстояния (σ ~ r-6),среднее значение наблюдаемого расстояния < r > при условии rA ≠ rB оказывается нелинейнойфункцией населенности состояний РА и РВ (Рис. 1-12). Причем чувствительность < r > кнаселенности минорного конформера РВ будет максимальной, если расстояние междувзаимодействующими протонами в минорном конформере будет значительно меньше, чем вдоминирующем: rA << rB.

На рисунке 1-12 показан график зависимости /6/ для случая, когдаrA = 3.0 Å, а rB = 2.0 Å.47Рис. 1-12. Определение эффективного расстояния < r > в условиях быстрого в шкалевремени ЯМР двухпозиционного обмена. График зависимости < r > = f(PВ) и егоиспользование для экспериментального определения населенности РВ.Если, например, в результате измерения с помощью ЯЭО окажется, что эффективноерасстояние < r > = 2.7 Å, а гарантированная точность этого измерения не хуже ±5% (±0.135 Å),то это будет свидетельствовать о присутствии в растворе около 10% (PВ ≈ 0.1) минорногоконформера (В). Таким образом, эффективное расстояние не является среднеарифметическойвеличиной, а оказывается в этом случае существенно заниженной и, следовательно, в большеймере отражает присутствие минорного конформера (А), чем это делают в условиях быстрого вшкале времени ЯМР химического обмена другие спектральные параметры.

Это означает, чточем выше точность измерения эффективного расстояния < r > и больше разница междурасстояниями rA и rB, тем меньше может быть населенность минорного конформера РВ, вкотором наблюдаемые протоны находятся на минимальном расстоянии, чтобы он былнадежно зарегистрирован с помощью ЯЭО. На этой специфическом свойстве ЯЭО внастоящей работе построены доказательства присутствия в растворе быстрых в шкалевремени ЯМР конформационных превращений некоторых изоаналогов стероидных гормонов,которые будут подробно рассмотрены в следующих главах. В связи с этим, нужно отметитьеще одну важную особенность использования ЯЭО для обнаружения быстрых динамическихпроцессов.