Э. Дероум - Современные методы ЯМР для химических исследований (1125882), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Как и ожидалось, ЯЭО, полученный для цитракоиовой кислоты, значительно превышает ЯЭО для мезакововой кислоты. Для двух соединений интегрирование сигналов дает значения П, равные 0,29 и 0,06 соответственно. Предполагая зависимость П от расстояния типа 1/г~, мы получаем отношение межьядерных расстояний 1,30:1, и если точность определения П составляет + 0,0! (оптимистичная оценка!), то ошибка в величине отношения расстояний составляет -1- 0,04.
Таким образом, найденная величина совпадает с известными расстояниями в пределах ошибки эксперимента. Итак, мы получили вполне удовлетворительный результат Но всетаки рассмотрим, с какими проблемами мы столкнулись бы в случае доступности только однова из изомеров. Мы бы получили некоторый результат, допустим, 6'Ъ. Но какой вывод мы должны отсюда сделать? Не имея данных по второму веществу, мы не можем сказать, «большой» это или «малый» ЯЭО.
Действительно, при плохом приготовлении образца и неоптимальном выборе параметров регистрации спектра мы легко можем получить такую величину и на яис-изомере. Например, если вы предварительно не проверили Т, и выбрали длительность периода насыщения только несколько секунд, то ЯЭО ве успеет полностью установиться. Сущность использования ЯЭО для определения структуры состоит в сравнительном характере этого метода. В самом деле, надежные результаты можно получить только при сравнении двух стереоизомеров.
Чем дальше вы отходите от такой ситуации, тем осторожнее надо интерпретировать полученные данные. Еще один интересный аспект эксперимента состоит в ширине диапазона возможных величин ЯЭО. Максимально возможный ЯЭО составляет, разумеется, 50',4. Величины, меньшие 1','я, трудно измерить достоверно. Таким образом, максимально возможное соотношение составляет 50: 1, что соответствует отношению межъядерпых расстояний чуть менее 2: 1. Это задает «динамический диапазон» эксперимента; расстояния, имеющие большее отношение, оказываются несравнимыми. 5.4.2. Проверка трехспинового уравнения Если в вашем образце можно выделить изолированную трехспииовую систему, то очень полезно попробовать использовать уравнение (5.17).
В качестве примера рассмотрим акриловую кислоту. Протон карбоксильвой группы снова можно заменить ва дейтерий и оставить чисто трехспиновую систему, дающую на частоте 500 МГп спектр первого порядка. Измерение ЯЭО в этой системс представляет собой интересную техническую проблему, поскольку резонансы разделены всего ва 120 Гц, что затрудняет селективвое облучение. При облучении мультиплетов первого порядка хорошо работает процедура последовательного насыщения линий (10]. Частота декаплера настраивается иа одну из линий, и на короткое время включается слабое поле (несколько герц). Затем частота облучения переводится на следующую линию и т.
д; этот цикл выполняется в течение всего периода насыщения. Максимальное Т, акриловой кислоты в обезгажевном метаноле составляет около 10 с (протон Н„в формуле 3). При проведении эксперимента каждая линия мультиплета подвергается краткому облучению в течение 0,5 с, полный цикл для четырех линий составляет 2 с. Цикл повторяется 45 раз, и общая длительность периода насыщения получается равной 9 Т,. Как видно из разиоствого спектра на рис. 5.21 (приведен только один из трех экспериментов), применение очень слабояо радиочастотного поля позволяет добиться чрезвычайно высокой селекгивности.
Полученные величины П приведены в табл. 5. ! (обозначение протонов соответствует формуле 3). Таб.лша 5.1. Величины ЯЭО лля акралевой кислоты (индексы протонов даны в соегвезстяия с формулой 3) Ядерный эффект Оверхауэера 183 Глава 5 182 5.4.3. Реальная задача Схема 1 нм н„ наес нх нм на ахк 6,5 6,2 6,! 6,0 5,9 5,9 5,7 5,6 м.
6. Ряс. 5.21. Один иэ трех ЯЭО-экспериментов для акрнловой кислоты. При использовании уравнения (5.17) для данных такого типа необходимо выбрать наиболее удобное для расчетов отношение межьядерных расстояний. В нашем примере каждый изомер характеризуется только одним геометрическим соотношением, но выразить его можно разными способами. Например, мы можем выбрать отношение межьядерных расстояний в иис- и троне-изомерах, а можем выбрать и отношение одного из них к геминальному расстоянию (г„ы в формуле 3).
Такие варианты соответствуют перестановке индексов А, М, Х в уравнении (5.17). Анализируя уравнение и типичные данные для таких систем, легко догадаться, что наиболее точный результат может быть получен при такой расстановке индексов, когда взаимодействия АМ и АХ велики по сравнению с МХ. Другая расстановка индексов (формула 4) поставит отношение межъядерных расстояний в зависимость от очень малой разности неточных величии, что внесет большую ошибку. Итак, самым удобным для вычислений будет отношение расстояний между яис- и гехе-протонами; исходя из длин связей, оно должно быть 1,30:1.
Подставив нужные значения из табл. 5.1 в уравнение (5.17), мы получим 1,32:1. Это вполне удовлетворительный результат. Чтобы проиллюстрировать важность правильного выбора расстояний, попробуйте повторить расчеты с индексированием протонов по формуле 4. Вы будете сравнивать яис- и транс-расстояния; оценка их отношения с учетом длин связей составляет 0,79:1. Вычисленный по (5.17) результат должен значительно отличаться от этой величины.
Объясняется это тем, что в системе преобладает взаимодействие МХ, в то время как требующаяся информация содержится именно в разности взаимодействий АМ н АХ. При попытке использовать измерения ЯЭО для более интересных молекул, чем приведенные в предыдущем разделе, мы столкнемся с некоторымн трудностями. Вероятно, большое число взаимодействующих протонов сделает невозможным расчет межъядерных расстояний. Предположение о равных корреляционных временах для всех межъядерных векторов, на котором основаны такие расчеты, скорее всего вообше не выполняется для больших молекул, и мы не должны забывать об этом.
Для того чтобы добиться успеха в определении структур сложных молекул, мы должны частично забыть о «двух основных принципах» из разд. 5.2.4. Мы будем считать, что наблюдаемая величина ЯЭО отражает относительную близость ядер, ио при этом надо помнить, что в некоторых случаях наши выводы могут быть неверны. Попробуем решить реальную задачу. При длительном нагревании трипептида 5 с ферментом изопенициллин-Х-синтетазой (1Р)ЧБ, схема 1) 111] из реакционной смеси выделяется соединение 6. Общая структура легко устанавливается при простом 5Н 'т 'Т.' ) - '"~ 'Г'З-: со! со н со!к анализе протонного спектра и подтверждается протонным двумерным корреляционным спектром (гл. 8).
Задача состоит в выяснении стереохимии этого соединения и особенно в определении ориентации гидроксильиой группы в семичлениом цикле, которая частично определяется механизмом действия фермента. В более изученных циклических системах задачи такого типа легко решаются с помощью протон-протонных констант спин-спинового взаимодействия, но для подобных систем этих данных нет, и, кроме того, будет не так просяо Глава 6 Ядерный эффект Оеерхауэера ОЯ н н 0 455.
з» Нь- н н н ОЬ янн Ь 4«ОЪ н НОН он Схема 2 н„н,. Н« НО НЗ нгь «з 5,5 сэзн созн 5,0 5,5 5,0 5,5 5,5 5,5 З О 1,5 м д. Рнс. 5.22. Экслерамевг ае измерению ЯЭО для соединения 6. определить конформацию большого цикла. Однако на основании протонных констант мы можем утверждать, что два протона в четырехчлениом цикле находятся в 5)нг-положении (как показано в формуле 6); это дает начальную информацию для построения эксперимента по ЯЭО. Прежде чем представить полученные величины ЯЭО, делающие отнесение структуры почти очевцдиым, мы коснемся некоторых практических трудностей, встретившихся при решении этой задачи. Изучаемое соединение малоустойчиво, а в ферментатнвной реакции в каждом опыте можно получить его в очень небольших количествах (ие более 1 мг).
Как хорошо видно нз некоторых разностных спектров на рис. 5.22, такое количество вещества соо гвс гствует пределу чувствительности даже спектрометра на 500 МГц. Это значит, что регистрация ЯЭО требует большого количества времени работы спектрометра порядка 15 ч па каждый эксперимент, а достаточную информацию о структуре можно получить только за несколько дней. Трудно описать в книге зну сюрону спектральной работы. Простой перечень результазов и сделанных из них выводов придают эксперименту излишне сухой н аналитический вид. На самом же деле это настоящая борьба и настоящий подвн«. Еще одним следствием трудной доступности вещества оказывается низкая точность полученных величин ЯЭО Величины, отличающиеся друг от друга менее чем в 2 рази, приходится считать неразличимыми. Результаты измерения ЯЭО на соединении 6 приведены на схеме 2.
Сначала рассмотрим эксперимент на протонах Н, и Н ь (на схеме слева). Нашей точкой отсчета будет протон Н„которому мы приписываем изображенную стереохимию и который, как известно, находится в яис-положении по отношению к другому протону В-лактама. Заметный ЯЭО (5%) на Н, при облучении Н „и нулевой эффек~ при облучении Н свидетельствуют о том, что Н „также находится за плоскостью рисунка (см. формулу 6). (У авторов уже был большой опыт работы с б-лактамными системами, поэтому такое отнесение не вызывало сомнений.) Как очевидно, Нз, находится по ту же сторону плоскости рисунка, что и Н, (3% ЯЭО). Это позволяет зафиксировать относительные конфигурации Сз и С,.
К сожалению, вопрос о конфигурации Сз не так ясен. Похоже, что Н, создает на Нз больший ЯЭО, чем Н, но низкая точность измерений и сложность сливовой системы делают рискованным отнесение конфигурации по этим дазшым. Только что описанные эксперименты были выполнены в первой серии измерений, и задача, таким образом, осталась нерешенной. Спустя некоторое время была проделана вторая серия измерений с облучением протонов Н, н Н (на схеме 2 справа), которые полностью прояснили структуру. Прежде всего большие величины ЯЭО на Н, н Нз при облучении Н40 свидетельствуют об их сходном положении, а поскольку Нз уже связан с Н ь, можно утверждать, что гидроксильная группа находится за плоскостью рисунка.
Конфигурация С4 была подтверждена взаимодействием Н4„и Н„также свидетельствующим о предложенной конфи«урацин цикла. Таким образом, установленная стереохимия соответствует формуле 7. Позже она была подтверждена обратной картиной взаимодействия протонов при С с протоном Н, в изомерном веществе 8. Из этого примера можно сдела~ь важный вывод: почти всегда имеет смысл измерять все возможные ЯЭО. Даже если вам кажется, что еше Ядерный эффект Оперкауэера 187 Глава 5 180 ° 2 5.4.4.
Гетероядерный ЯЭО за зз зг зз зя гз 'ьс д. Литература один эксперимент будет пустой тратой времени, все-таки проделайте его — ведь он ие потребует больших дополнительных усилий. Не думайте, что вы сможете заранее предсказать его результаты. Например, взаимодействие Н, н Н~ в веществе б оказалось неожиданным и принесло полезную информацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
