Диссертация (1091574), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Теоретические спектры рассчитывали с линиями лоренцевой формы и шириной на половиневысоты 0.80 Гц.Успех анализа спектров ЯМР выбранным методом во многом зависел от начальныхзначений химических сдвигов и КССВ. Для их определения мы зарегистрировали наборспектров ЯМР 1H (рис. 21), 1H,1H-COSY-45 (рис. 22), 1H,13C-HSQC (рис. 23) и13C{1H}-DEPT-135 на приборе Bruker “AV-600”.Как правило, в молекулах, содержащих циклогексановый фрагмент, наиболее устойчивой конформацией шестичленного цикла является кресло, в котором объемные заместители занимают экваториальные положения.
Конфигурация (-)-ментола ((1R,2S,5R)-2-изопропил-5-метилциклогексанол) позволяет реализоваться такой кресловидной конформации цикла, в которой все заместители находятся в экваториальных положениях одновременно.Для сигналов протонов шестичленного кольца в кресловидной конформации можновыделить характерные типы КССВ – геминальные (2Jax,eq) от -11 до -14 Гц; вицинальныедиаксиальные (3Jax,ax) от 8 до 13 Гц, диэкваториальные (3Jeq,eq) от 2 до 5 Гц, аксиальные96экваториальные (3Jax,eq) от 2 до 6 Гц; дальние диэкваториальные “W”-типа (4Jeq,eq) от 0 до2.5 Гц [7, с. 138]. Химические сдвиги сигналов экваториальных протонов, как правило,находятся в более слабых полях по сравнению с аксиальными.Протонный спектр содержит десять групп отдельно стоящих сигналов.
Химическиесдвиги сигналов перекрывающихся мультиплетов аксиальных протонов и метильныхгрупп в сильном поле (0.8 – 1.1 м.д.) были определены по центрам кросс-пиков по осивспектре 1H,13C-HSQC. Самый слабопольный сигнал (при 3.4 м.д.) соответствует протону1-H, непосредственно связанному с атомом углерода, при котором находится электроноакцепторный гетероатом – кислород, и представляет собой дублет дублетов дублетов сдвумя близкими по значению диаксиальными константами (по ≈10.5 Гц) и однойаксиально-экваториальной константой (≈4.3 Гц), при этом расщепление на протонегидроксильной группы не наблюдается, что объясняется быстрыми межмолекулярнымиобменными процессами подвижного протона гидроксильной группы. Однако нам удалосьизмерить это расщепление 3J1-H,OH = 5.24 Гц для сильно разбавленного (2 мМ) раствораментола в сухом дейтерохлороформе при пониженной температуре (278 K).Рис.
21. Спектр ЯМР 1H 0.5М раствора ментола в дейтерохлороформе.97Рис. 22. Спектр ЯМР 1H,1H-COSY-45 0.5М раствора ментола в дейтерохлороформе.Рис. 23. Фрагмент спектра ЯМР 1H,13С-HSQC 0.5М раствора ментола вдейтерохлороформе, по осипредставлен спектр 13C{1H}-DEPT-135.98При анализе протонного спектра начальные значения геминальных КССВ (2J3a-H,3e-H,2J4a-H,4e-H, 2J6a-H,6e-H) были установлены -12.5 Гц; вицинальных диаксиальных 3J1-H,2-H и3J1-H,6a-H – 10.5 Гц,3J2-H,3a-H,3J3a-H,4a-H,3J4a-H,5-H,3J5-H,6a-H – 12.5 Гц; вицинальныхдиэкваториальных и аксиально-экваториальных – по 4 Гц; 3J2-H,7-H – 2.8 Гц; 3J7-H,8-Me и3J7-H,9-Me – по 7.0 Гц; 3J5-H,10-Me – 6.5 Гц; 4J4e-H,6e-H – 1.5 Гц.Для надежного определения относительных знаков КССВ мы воспользовались свой-ствами кросс-пиков в спектре 1H,1H-COSY-45.
Разрешение в этом спектре (3.5 Гц/точка пои 0.4 Гц/точка по) позволяет по структуре кросс-пиков установить, что геминальныеи вицинальные КССВ разного знака. Например, направление трансляции в кросс-пике{5-H, 6e-H}, обусловленное взаимодействием с пассивным спином 6a-H, свидетельствуето том, что константы 3J5-H,6a-H и 2J6a-H,6e-H разного знака.
Если существенно повыситьразрешение двумерного спектра, то по тонкой структуре этого же кросс-пика можно определить относительный знак константы 4J4e-H,6e-H. С этой целью отдельно был зарегистрирован кросс-пик {5-H, 6e-H} с помощью эксперимента Soft-COSY (рис. 24).Эксперимент Soft-COSY выполняли с использованием двух синтезаторов, селективных импульсов EBURP2 с полосой возбуждения 50 Гц, длительностью 99.04 мс,максимальной амплитудой высокочастотного поля,= 41.4 Гц (длительность соот-ветствующего 90º импульса прямоугольной формы составила 6.04 мс). Цифровое разрешение двумерного сигнала ССИ составило 0.20 Гц/точка поГц/точка по(256 точек на 50.00 Гц) и 0.14(512 точек на 69.75 Гц).
Направление трансляции пиков в двумерноммультиплете свидетельствует о том, что знаки констант 4J4e-H,6e-H и 3J4e-H,5a-H совпадают,поэтому 4J4e-H,6e-H = +2.07 Гц.Следует отметить, что в спектре 1H,1H-COSY также присутствуют кросс-пики малойинтенсивности {1-H, 7-H}, {1-H, 9-CH3}, {3a-H, 7-H}, {4a-H, 6e-H}, {4e-H, 7-H}, чтоуказывает на наличие дальних КССВ, однако в одномерных спектрах они проявляютсятолько в виде уширения сигналов и специально нами не измерялись. В случае необходимости такие константы могут быть измерены с помощью двумерной J-спектроскопии смасштабированием J-измерения.
Полученные результаты анализа 1H ЯМР спектра по полной форме линии сведены в таблицу 11. Сопоставление экспериментального и теоретического спектров для сигнала 5-H приведено на рисунке 25.995-H6e-HРис. 24. Спектр Soft-COSY с селективным возбуждением резонансов 5-H и 6e-H.Рис. 25. Сопоставление экспериментального и теоретического спектровдля сигнала 5-H.100Таблица 11.
Параметры спектра ЯМР 1H 0.5 M раствора (-)-ментола в CDCl3.δ (м.д.)*J (Гц)δ1a3.412J3a-H,3e-H-13.18δ2a1.112J4a-H,4e-H-12.73δ3a0.972J6a-H,6e-H-12.09δ3e1.613δ4a0.85δ4eJ1-H,2-H10.153J1-H,6a-H10.7831.663J1-H,6e-H4.313J4a-H,5-H11.69δ5a1.4235.24*3J4e-H,5-H3.64δ6a0.953J2-H,3a-H12.293J5-H,6a-H12.06δ6e1.973J2-H,3e-H3.433J5-H,6e-H3.51δ72.183J2-H,7-H2.813J5-H,10-Me6.57δ80.933J3a-H,4a-H13.073J7-H,8-Me7.01δ90.813J3a-H,4e-H3.393J7-H,9-Me6.97δ100.913J3e-H,4a-H3.484J4e-H,6e-H2.07J1-H,OHJ3e-H,4e-H3.15Измерено по разбавленному 2 мМ раствору в сухом дейтерохлороформе при 278 K.3.4.3.2.
Измерение некоторых гетероядерных 1H -13C КССВ в (-)-ментолеИзмерение некоторых констант nJCH проводили с помощью двумерной гетероядерной J-спектроскопии с селективной инверсией резонансов протонов 1-H (рис. 26), 2-H(рис. 27) и 7-H (рис. 28). Условия регистрации и обработки двумерных J-спектровиспользовались такие же, как и при измерении nJCH для стирола (см. с. 88, 91). Цифровоеразрешение зарегистрированных двумерных сигналов ССИ по J-измерению ( ) составило0.31 Гц/точка (128 точек на 40 Гц).
В процессе обработки спектра с дополнением нулями илинейным предсказанием разрешение было увеличено в четыре раза.101Рис 26. 13С{1H} J-спектр ментола с селективной инверсией резонанса 1-H.Рис 27. 13С{1H} J-спектр ментола с селективной инверсией резонанса 2-H.102Рис 28. 13С{1H} J-спектр ментола с селективной инверсией резонанса 7-H.Однако данная методика оказалась неприменимой для измерения гетероядерныхКССВ с гидроксильным протоном, поскольку она основана на прямом наблюдении ядра13C и требует достаточно высоких концентраций вещества, при которых мультиплетнаяструктура, обусловленная спин-спиновым взаимодействием с гидроксильным протоном,исчезает за счет межмолекулярных обменных процессов.
Для измерения этих КССВ мырешили использовать двумерную спектроскопию HMBC (рис. 29). Кросс-пики в спектрахHMBC характеризуются сложной структурой с амплитудной и фазовой модуляциейгомоядерными и гетероядерными спин-спиновыми взаимодействиями (см. с. 46). Однако вслучае достаточно простой мультиплетной структуры протонного сигнала (синглет илидублет) в структуре кросс-пиков спектра HMBC (обработанного в режиме абсолютнойамплитуды) гетероядерная константа проявляется в виде дополнительного расщепленияпо оси3. Таким образом удалось измерить одну геминальную 2JOH,1-C и две вицинальныхJOH,2-C, 3JOH,6-C константы.Таким образом нами были измерены 20 гетероядерных 1H-13C констант (9 геминаль-ных, 11 вицинальных), которые представлены в таблице 12.103Рис. 29.
Фрагмент спектра 1H,13C-HMBC, содержащий кросс-пики от гидроксильногопротона. Звездочкой (*) отмечен сигнал примеси в растворителе.Таблица 12. Абсолютные значения некоторых КССВ 1H-13C, измеренныепо J-спектрам с селективной инверсией и спектру HMBC.КССВJ (Гц)КССВJ (Гц)2J1-H,2-C1.612J2-H,1-C6.123J1-H,3-C1.352J2-H,3-C3.633J1-H,5-C1.023J2-H,4-C2.162J1-H,6-C1.373J2-H,6-C2.673J1-H,7-C2.052J2-H,7-C3.383J7-H,1-C2.693J2-H,8-C3.032J7-H,2-C4.593J2-H,9-C5.623J7-H,3-C5.872JOH,1-C2.212J7-H,8-C4.833JOH,2-C2.402J7-H,9-C4.283JOH,6-C2.631043.4.3.3.
Измерение 13C-13С КССВ в (-)-ментолеДля измерения13C-13С КССВ (-)-ментола были зарегистрированы одномерные идвумерные спектры INADEQUATE.Несмотря на то, что КССВ 13С-13С могут быть измерены по расщеплениям антифазных дублетов в одномерном спектре INADEQUATE (рис. 30), с практической точки зрения измерению дальних констант nJCC этим методом препятствуют: неполное подавление сигналов от молекул, содержащих только один атом13С(в спектре проявляются как остаточные синглетные сигналы в фазе дисперсии, расположенные по центру INEPT-мультиплетов с точностью до изотопных эффектов); перекрывание дублетных сигналов (из-за близости значений разных КССВ); влияние изотопных эффектов на химический сдвиг; проявление эффектов непервого порядка (дублеты AB систем с эффектом крыши исмещением химического сдвига относительно центра дублетов); дополнительное уширение сигналов вследствие неполного подавления спин-спинового взаимодействия с протонами (ширина сигнала в полученных нами спектрахсоставила 0.31 Гц).Рис.
30. Фрагменты спектра13C{1H}-INADEQUATE 30% раствора (-)-ментола вдейтерохлороформе, задержка двухквантового фильтра соответствовала КССВ 3 Гц.10514Δ6Гц14Δ4Гц14Δ3ГцΔ14,опт.Рис. 31. Сигнал углерода 3-С в спектрах 13C{1H}-INADEQUATE 30% раствора (-)-ментолав дейтерохлороформе, полученных для разных задержек двухквантового фильтра Δ.Из-за выше обозначенных причин мы не смогли полностью проанализироватьодномерные спектры INADEQUATE.
Варьирование задержки двухквантового фильтра(было зарегистрировано три спектра с задержками, соответствующими nJCC 6, 4 и 3 Гц,рис. 31) влияло на интенсивность антифазных дублетов, однако принципиально на видеспектров не сказывалось. Поэтому были зарегистрированы двумерные спектры2D-INADEQUATE в фазочувствительном режиме с использованием широкополосногоинвертирующего CHIRP импульса (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
