Диссертация (Пространственное строение и внутримолекулярная динамика модифицированных аналогов стероидных гормонов на основе данных спектроскопии ЯМР), страница 12

В первом из этих растворителей доминирующей (86%) оказаласьконформация “твист-ванна”, а во втором – доля этой конформации составила лишь 12%. Этиоценки получены на основании расчетных значений константы 3J2α-3β для этих конфомеров:3.1 Гц для конформации “кресло”, в которой протоны 2α и 3β оказываются экваториальными,и 9.5 Гц для конформации “твист-ванна”, в которой эти протоны являются трансдиаксиальными. На основании сильного различия в положении этого динамическогоконформационного равновесия авторами сделан вывод о существовании водородной связи внеполярном растворителе между протоном гидроксильной группы в положении 3α и атомомазота морфолинового заместителя в положении 2β, которая стабилизирует конформацию“твист-ванна”.Следует отметить, что приведенные примеры использования ЯЭО по изучениюконформационных превращений стероидных молекул довольно типичны для подавляющегобольшинства аналогичных исследований в других группах органических соединений среднегоразмера (до 500 Da).

Применение ЯЭО в таких работах проводится на качественном илиполуколичественном уровне и носит преимущественно вспомогательный характер. Основнойпричиной такого “ограниченного” внимания к этому источнику информации следует признатьневысокую точность определения расстояний на основании измерения скоростей кроссрелаксации и, следовательно, которые в условиях быстрого в шкале времени ЯМРоказываютсяусредненнымиповременииявляютсяэффективнымивеличинами,отражающими соотношение населенностей конформеров. Но если погрешность определениярасстояний сделать менее 5% от их действительных значений, то открывается перспективаколичественных оценок населенностей конформеров с помощью ЯЭО.Возможность очень точного определения расстояний (до ±0.07 Å) недавно (2009‒2010гг.) была показана в работах [313, 314] по изучению пердейтерированных макромолекул вусловиях предела спиновой диффузии (ωоτс >> 1), а в 2011 году при изучении небольшихжестких органических молекул в условиях экстремального сужения линий (ωоτс << 1) в работе[315] была обеспечена точность не хуже ±4% от величин 3-х измеряемых расстояний, которыенаходились в пределах до 4.0 Å.

Данная методология, основанная на точном определениимежпротонных расстояний, была затем использована для обнаружения и определения наколичественном уровне состава конформационных равновесий в малых молекулах: вмодельных 4-пропиланилине [316], в стрихнине [317‒319,] и в аругозине С [320]. Присопоставлении экспериментальных эффективных расстояний с расчетными их значениями,полученными в результате использования методов молекулярного моделирования и оценокэнергий каждого из возможных конформеров, наблюдался высокий уровень их соответствия.53Однако, в этих исследованиях вопрос об анизотропии диффузионного движения и возможномее вкладе в экспериментальные оценки расстояний не обсуждался и использоваласьизотропная модель расчетов по формуле /9/.Использование подхода, основанного на точном измерении эффективных межпротонныхрасстояний, для определения населенностей конформеров в условиях быстрого в шкалевремени ЯМР обмена в малых молекулах было впервые продемонстрировано нами еще в 2007г.

при исследовании внутримолекулярной подвижности в 7α-метил-8α-аналогах стероидныхэстрогенов [321]. При этом использовалась анизотропная модель расчета по формуле /10/.Другие примеры применения ЯЭО для изучения быстрых конформационных превращений встероидах будут представлены в следующих главах диссертации.Завершая краткий литературный обзор необходимо отметить, что в нем рассмотренытолько несколько основныхвопросов, которые имеют непосредственное отношение кпроблематике настоящего исследования. Достаточно краткий анализ методологическихпроблем, существовавших на момент начала работы, и изложение основных способов ихрешения, которые возникали и совершенствовались в процессе ее выполнении, должныоблегчить понимание и восприятие последующих глав, в которых на конкретных примерахпредставлены результаты применения разработанного подхода для конформационногоанализа достаточно сложных полициклических органических молекул, характернымипредставителями которых являются все изученные модифицированные аналоги стероидныхгормонов.

В случае, если изложенной выше информации по теме литературного обзораоказалось недостаточно, то можно рекомендовать обратиться к работам [322‒327], обзорам[328‒331]и монографиям [9, 16, 58], а также к ссылкам в них. Вместе с работами Рейнольдса идругих авторов по оптимизации корреляционных методов [5, 26, 46, 220] и посовершенствованию процедур обработки исходных данных [235, 332, 333] это можетспособствовать лучшему пониманию того, что спектроскопия ЯМР не является чем-тозастывшим, а находится в непрерывном поиске более эффективных способов структурного иконформационного анализа молекул в растворе.54Глава 2. Конформационный анализ 8α-аналогов эстрогенов на основеданных спектроскопии ЯМР2.1.6-Окса-8α-аналоги эстрогеновПространственное строение 6-окса-8α-аналогов стероидных эстрогенов С17 изучено напримере стероидов (1) и (2) [234, 244, 321, 334], первый из которых содержит в положении 17карбонильную, а второй ‒ 17β-ацетоксигруппу.Полученные данные по величинам скалярных констант JН-Н и межпротонных расстоянийrij были использованы для установления преимущественной конформации стероидов (1) и (2) врастворе, а также для решения вопроса о наиболее предпочтительной ориентации этильногозаместителя при атоме С13 в стероидах (1в) и (2г), а для стероида (1б) и (2б) - о существованиибыстрого в шкале времени ЯМР динамического равновесия между преимущественнойконформацией, в которой 7α-метильная группа занимает псевдоэкваториальное положение, иминорным конформером, в котором она имеет псевдоаксиальную ориентацию.На рисунке 2-1 приведены алифатические области спектров ЯМР 1Н стероидов (1a) (1в), сравнение которых дает возможность оценить влияние заместителей на химическиесдвиги ближайших протонов по сравнению с их значениями для стероида (1a).

Мультиплетнаяструктура сигнала протона 9α (дублет триплетов) лучше всего видна в спектре стероида (1б), амультиплетная структура сигнала протона 8α (дублет квартетов) может быть определенатолько с привлечением корреляционных спектров COSY-DQF, HSQC и J-COSY. Следуетотметить, что для спектров ЯМР1Н стероидов (1а) – (1в) характерно равномерноерасположение сигналов протонов кольца С в области 1.2 – 2.7 м.д. Эти сигналы, заисключением частичного перекрывания сигналов вицинальных протонов 8α и 9α в спектрахстероидов (1а) и (1в), не имеют выраженных эффектов сильносвязанности и величиныконстант скалярного взаимодействия между ними могут быть с высокой точностьюопределеныпутемизмерениярасстояниймеждусоответствующимикомпонентамимультиплетных сигналов.      В противоположность этому протоны кольца D 14α, 15α и 15β,сигналы которых расположены в узкой области 1.9 – 2.1 м.д., представляют собой гораздо55более сложную трехспиновую систему типа ABX или АВС.

Поэтому для установлениявзаимного положения сигналов протонов фрагмента С14Н-С15Н2-С16Н2 в спектрах стероидов(1а) – (1в) и определения скалярных констант JН-Н, наряду с данными корреляционныхспектров COSY и NOESY, использовались результаты анализа спектров J-COSY, HSQC безразвязки от ядер углерода-13 и экспериментов с селективной гомоядерной развязкой ЯМР1Н{1Hi}, а также симуляция спектров сильносвязанных систем.Рис. 2-1. Фрагменты алифатической области спектров ЯМР 1Н стероидов (1а) – (1в), накоторых показаны положения протонных сигналов и обозначены наиболее характерныеизменения некоторых из них.Принадлежность сигналов при 2.18 и 2.45 м.д. в спектре стероида (1a) протонамметиленовой группы С16Н2 не вызывает сомнений, поскольку значительная величинагеминальной константы между ними 2J16α-16β= -19.4 Гц характерна для метиленовой группы,находящейся рядом с карбонильным фрагментом С17=О.

Доказательство α- или β-ориентацииэтих протонов сделано на основании наличия прямых диполь-дипольных взаимодействий(ЯЭО) протона при 2.45 м.д. с протонами метильной группы при С13 и отсутствия такового дляпротона, имеющего сигнал при 2.18 м.д.При установлении пространственной ориентации протонов С15Н2, которые, например, вспектре ЯМР 1Н стероида (1б), имеют сигналы при 2.02 и 2.12 м.д., принималась во вниманиеполная ширина мультиплетного сигнала каждого из них, определяемая суммой константскалярных взаимодействий каждого из этих протонов.

В спектрах СОSY, NOESY или J-COSYэтого соединения хорошо видно (Рис. 2-2), что сигнал при 2.12 м.д. значительно шире, чем56сигнал при 2.02 м.д. Следовательно, учитывая заслоненную конформацию этановогофрагмента С15Н2─С16Н2 в 5-ти членном кольце D и α-ориентацию протона при атоме С14, окоторой свидетельствуют его пространственные взаимодействия с протонами 12α и 9α инебольшая величина скалярной константы с протоном 8α, есть все основания утверждать, чтопротон при 2.12 м.д. имеет β-ориентацию, так как в этом случае сумма его скалярных константдолжна значительно превосходить аналогичную сумму для протона 15α, которому,следовательно, принадлежит сигнал при 2.02 м.д.Рис. 2-2. Фрагменты спектров COSY - (А), NOESY при τm=0.5 с - (Б) стероида (1б) и егопреимущественная конформация (В), на которой двойными стрелками указаны обнаруженныепрямые межпротонные взаимодействия (ЯЭО).Результаты полной идентификации сигналов в спектрах ЯМР 1Н и13С стероидов (1а) –(1в) приведены в приложении П2 (Табл.