Диссертация (Пространственное строение и внутримолекулярная динамика модифицированных аналогов стероидных гормонов на основе данных спектроскопии ЯМР), страница 13

П2-1 и П2-2, соответственно), а значения скалярныхконстант2-4JH-H (Гц) для стероида (1а) указаны на схеме связывания и фрагменте этоймолекулы на рисунке 2-3 .Эти значения свидетельствуют о том, что протоны 12α (1.43 м.д.) и11β (1.68 м.д.) занимают аксиальные положения в кольце С, а их пространственной57ориентации соответствует отсутствие и наличие прямых диполь-дипольных взаимодействий(ЯЭО) этих протонов с β-ориентированной метильной группой при атоме С13.Рис. 2-3. Фрагмент молекулы (А) и схема скалярного связывания (Б) стероида (1a). Цифрамиуказаны значения JН-Н в Гц.Например, в спектре NOESY стероида (1б), который представлен на рис.

2-2Б, хорошовидно присутствие кросс-пиков между сигналом метильной группы при 0.96 м.д. и сигналамипротонов 11β (1.70 м.д.) и 12β (1.84 м.д.) и отсутствие таковых с сигналами протонов 12α (1.43м.д.), 11α (1.90 м.д) и 9α (2.57 м.д.). Таким образом, протоны 12β и 11α занимают в кольце Сэкваториальные положения и взаимодействуют между собой как по скалярному (3J11α-12β = 2.9Гц), так и по прямому диполь-дипольному механизму через пространство.

В то же времяаксиальные протоны 11β и 12α имеют между собой только скалярное взаимодействие (3J11β-12α= 13.5 Гц). В стероидах (1a) – (1в) протоны при атомах С8, С9 и С14 имеют α-ориентацию. Этоследует как из небольших значений скалярных констант: 3J8α-9α = 4.4 Гц, 3J8α-14α = 4.8 Гц, так ииз наличия пространственных взаимодействий (ЯЭО) между ними (см. на рис. 2-2Б кросспики 9α/8α и 9α/14α), а также из-за отсутствия у них пространственных взаимодействий спротонами метильной группы при атоме С13.

Кроме того, в спектре NOESY присутствуюткросс-пики 9α/12α и 14α/12α, которые свидетельствуют о том, что протоны 9α и 14α, также каки протон 12α, занимают в кольце С аксиальное положение.Протоны 7α (4.23 м.д.) и 7β (4.07 м.д.), сигналы которых для стероида (1в) приведены нарисунке2-4а,занимают,соответственно,псевдоэкваториальноеипсевдоаксиальноеположение. Доказательством этого является не только характерные величины их скалярноговзаимодействия с протоном 8α (3J8α-7α = 3.4 Гц, 3J8α-7β = 12.0 Гц), но и весьма сильное58пространственное взаимодействие протона 7β с аксиальным протоном 11β и протонамиметильной группы при С13.Необходимо отметить, что пространственная ориентация протонов колец В и C встероидах (1a) и (1в) следует не только из карплусовских соотношений для вицинальныхконстант, но также и из хорошо наблюдаемого скалярного взаимодействия через 4 связимежду псевдоэкваториальными (в кольце В) протонами 7α и 9α, величина которого составляет1.4 Гц и соответствует плоской “W”-конфигурации фрагмента Н7α-С7-С8-С9-Н9α (Рис.

2-4а).Рис. 2-4. Фрагменты спектров ЯМР 1Н стероида (1в), содержащие сигналы протонов 7α – (а),1 – (б) и 12α, 18`, 18`` – (в) при температурах 30, 40 и 50 °С. В верхней части рисункапредставлены фрагменты этой молекулы, на которых двойными стрелками указаныобнаруженные дальние скалярные взаимодействия.Для всех стероидов (1) наблюдается также относительно небольшая величина (4J = 0.7Гц) скалярного взаимодействия протона 9α с ароматическим протоном 1 (Рис. 2-4б). Крометого, для стероидов (1а) и (1б) характерно также наличие дальнего скалярного взаимодействиямежду протонами метильной группы при атоме С13 и протоном 12α с величиной константы 0.7Гц.

На рисунке 1-4в хорошо видно, что в спектре ЯМР 1Н стероида (1в) сигнал протона 12αимеет дополнительное дублетное расщепление (4J12α-18` = 1.1 Гц), соответствующее еговзаимодействию только c одним из двух метиленовых протонов, который обозначен как 18`.Учитывая то, что величина этого скалярного взаимодействия более, чем в 1.5 разапревосходит соответствующее значение для метильной группы (~0.7 Гц) и, принимая вовнимание вращение протонов метильной группы вокруг связи С13-С18 в стероидах (1а) и (1б),можно прийти к заключению, что вращение этильного заместителя в стероиде (1в) вокругсвязи С13-С18 практически отсутствует и в наиболее энергетически выгодной конформации59протон 18` находится в плоской “W”-конфигурации с протоном 12α.

В спектре ЯМР 1Нстероида (1в) сигналы протонов 18` и 18``при комнатной температуре имеют очень близкиезначения химических сдвигов (1.43 и 1.44 м.д, соответственно), но разный набор скалярныхконстант: -14.2; 7.3; 1.1 Гц для 18` и -14.2; 7.6 Гц для 18``. Доказательство дальнего скалярноговзаимодействия между протонами 12α и 18` было получено из эксперимента по селективнойразвязке: 1H{H12α} при температуре +50 оС.Преимущественная ориентация этильного заместителя в стероиде (1в) показана нарисунке 2-5.

Она на качественном уровне подтверждается также данными спектра NOESY, вкотором наблюдается (Рис. 2-5) интенсивный кросс-пик между сигналами протоновметильной группы С18аН3 (0.77 м.д.) и протона 12β (2.03 м.д.). При этом интенсивность кросспика18а/16β(егоположениепоказанопунктирнойрамкой),которыймогбысвидетельствовать о существовании другой конформации, оказывается примерно в 10 разменьше и он не виден в спектре NOESY.Рис.

2-5. Фрагменты спектра NOESY (τm = 0.5 с) стероида (1в). Обнаруженные в этоймолекуле пространственные взаимодействия (ЯЭО) между протонами этильного заместителяи β-протонами колец В, С и D указаны двойными стрелками.В таблице 2-1 на примере стероида (1б) приведено количественное сравнение данных пооценке наиболее характеристичных для стероидов данного ряда межпротонных расстояний,полученныхнаосновеанализаинтенсивностейкросс-пиковвспектреNOESY,зарегистрированном при τm = 0.5 c, с результатами оптимизации геометрии этой молекулы с60помощью полуэмпирического метода РМ3.

При этом использовался калибровочный метод иизотропная модель расчета межпротонных расстояний rij. В качестве эталонного быловыбрано значение 2.48 Å для расстояния между протонами 1 и 2, для которого полярный уголмежду радиусом вектором r1-2 и главной осью молекулы (1б) составляет около 10°.Таблица 2-1.Экспериментальные (ЯЭО) и расчетные (РМ3)межпротонные расстояния rij (Å) в стероиде (1б).ri-jSij/Siiа), rij(ЯЭО)б), rij(PM3) ∆r в), ∆r г),%ÅÅÅ%д)1-23.502.482.48001-11α 2.982.552.540.010.31-9α3.022.542.520.020.89α-8α 3.712.452.400.052.39α-11α 2.452.632.480.156.19α-12α 2.402.642.630.010.49α-14α 4.962.342.35 -0.01-0.47β-11β 4.102.412.300.115.07β-15β 1.362.903.36 -0.46 -13.7а)Sij и Sii - объемные интегральные интенсивностикросс- и диагональных пиков.б)- изотропная модель расчета.в)∆r = rij(ЯЭО) - rij(PM3).г)∆r = 100(rij(ЯЭО) - rij(PM3))/rij(PM3).д)эталонное расстояниеРис.

2-6. Корреляционная зависимостьмежду экспериментальными (ЯЭО) ирасчетными (РМ3) значениями межпротонных расстояний для стероида (1б).Пунктиром показано отклонение ±5%.Полученные результаты свидетельствуют о хорошем количественном соответствиимежду экспериментальными и расчетными значениями межпротонных расстояний.

Только длятрех (r9α-11α, r7β-11β и r7β-15β) из восьми расстояний относительное отклонение ∆r = 100(rij(ЯЭО) rij(PM3))/rij(PM3) превышает ±5% от измеряемой величины. При этом следует обратить вниманиена то, что практически все приведенные в таблице 2-1 расстояния, кроме r7β-15β, находятся вузком интервале от 2.30 Å до 2.63 Å и соизмеримы не только между собой, но и с эталоннымзначением.Дляэтихрасстоянийнеменееваженхарактерразличиймеждуэкспериментальными и расчетными данными (Рис.

2-6): практически все отклонения (кроме∆r9α-14α и ∆r7β-15β) имеют положительный знак: т.е. rij(ЯЭО) > rij(PM3). Следовательно, этиотклонения могут быть объяснены влиянием анизотропии диффузионного движения, котороепри выборе эталонного расстояния с небольшим полярным углом β должно приводить кзавышенным оценкам тех расстояний, для которых этот угол существенно больше. Вчастностидлярасстоянийr9α-11αиr7β-11β,которыеимеютнаиболеезавышенныеэкспериментальные значения (на 6.1 и 5.0%, соответственно), полярные углы β9α-11α и β7β-11βсоставляют, соответственно, ~80 и ~70°. При параметре анизотропии диффузионного61движения (D║/D┴), который для молекулы (1б) составляет ~5.8, анизотропный вклад вточность определения рассматриваемых межпротонных расстояний может достигать (7 - 8)%.Совершенно очевидно, что аналогичное объяснение заниженного (т.е.

более короткого)экспериментального значения расстояния r7β-15β оказывается в этом случае неприемлемым,поскольку учет анизотропного фактора при β7β-15β ≈ 30° должен приводить к обратномуэффекту – к дополнительному уменьшению этого расстояния примерно на ~2%. Поэтому,наиболее вероятной причиной заниженного значения расстояния r7β-15β может служитьдинамический процесс, связанный с быстрым в шкале времени ЯМР обменом между двумя(А) и (В) конформерами: (А)(В). В этом случае наблюдаемое значение расстояния r7β-15βявляется усредненным по времени и определяется как населенностями конформеров РА и РВ,так и значениями этого расстояния в каждом из них.

Наиболее вероятным вариантом такогообмена для стероида (1б) является изменение конформации кольца В, при которомпсевдоэкваториальная ориентация 7α-метильной группы в конформере (А) становится вконформере (В) псевдоаксиальной (Рис. 2-7a).Рис. 2-7. a) - Конформационный обмен в стероиде (1б). Конформеры (А) и (В) показаны вньюменовской проекции по связи С7-С8. Цифрами указаны расчетные (РМ3) значениясоответствующих межпротонных расстояний r7β-15β и торсионных углов Н7β-С7-С8-Н8α.