Автореферат (1145464), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Следует отметить, что обнаруженноеразличие в мультиплетности сигналов протонов 17α(А) и 17α(В) являетсяподтверждением существенных конформационных различий форм (А) и (В) в областисочленения колец С и D стероида (24). Однако, для минорного конформера (В)обнаружить и проанализировать мультиплетные сигналы других алифатическихпротонов не удалось из-за слишком низкой их интенсивности и перекрывания ссигналами доминирующего конформера (А). Это удалось сделать при изучении6-окса-D-гомо-8α,14β-аналога эстрогенов (25а), для которого соотношениеконформеров в условиях медленного в шкале времени ЯМР обмена при -40 ºСоказывается более удобным для такого анализа: РA : PB = 72 : 28.На рисунке 22-б показано двухпозиционное конформационное равновесие (А)(В) стероида (25а), в котором в отличие от стероида (24) в качестве доминирующегоконформера (А) выступает конформер с псевдоаксиальным расположением 7αметильной группы и протона 9α в кольце В, который для стероида (24) былминорным.
Об этом свидетельствуют как величины скалярных взаимодействийпротонов 9α и 7β, так и наличие пространственного взаимодействия 7α-Ме/9α. Дляконформера (А) стероида (25а) характеристичны также пространственныевзаимодействия между протоном 1 и экваториальным протоном 11β и междуаксиальными протонами 11α и 17аα (указанные взаимодействия на рис. 22-ботмечены звездочкой ‒ “*”). Эти взаимодействия отсутствуют в конформере (В), нодля него характерны сильные пространственные взаимодействия 1/11α, 9α/12α и17аα/13-Ме, которые отсутствуют в конформере (А).30Рис.
22. а) ‒ Фрагмент алифатической области спектра EXSY-NOESY (τm = 0.5 c, -20 ºС,CDCl3) 8α,14β-аналога эстрогенов (25a), в котором выделены обменные кросс-пики. б) ‒Равновесный обмен между конформерами (А) и (В), на которых двойными стрелкамипоказаны прямые взаимодействия (ЯЭО), а звездочкой (*) отмечены наиболеехарактеристичные из них.Все приведенные выше и другие доказательства строения конформеров (А) и (В),включая установление пространственной (α- или β-) ориентации всех протонов иопределение их экваториального или аксиального положения в кольцах В, С и D,были получены в результате полной идентификации алифатической области спектраЯМР 1Н стероида (25а).
Одним из наиболее эффективных инструментов проведенияэтой работы оказалась спектроскопия EXSY (Рис. 22-а), которая позволилазарегистрировать конформационные изменения каждого из протонов и определить ихположение в спектре для каждого из конформеров.На приведенном фрагменте спектраEXSY-NOESY хорошо видно, чтодублетный (по большой константе ~12Гц) сигнал экваториального протона 11βв доминирующем конформере (А) вминорномконформере(В)превращается в квартетный сигнал(~12 Гц) этого же протона, но ваксиальном положении.
Аналогичнымобразом можно увидеть как дублетныйсигнал экваториального протона 12α(А)превращается в триплетный сигналаксиальногопротона12α(В).Следовательно, можно утверждать, чтов конформере (В) протоны 12α(В) и 11β(В)являются аксиальными и их сигналыобразуют сильносвязанную спиновуюАВ-систему.На рисунке 23-1 представленыРис. 23.
1) ‒ Идентификация протонныхрезультаты полного отнесения всехсигналов конформеров (А) и (В) стероидапротонных сигналов конформеров (А) и(25a) в области 0.8 ‒ 2.2 м.д. при -40 ºС.В верхней части показано положение(В), полученные в условиях медленногосигналов фрагмента С11Н2‒С12Н2 в условияхв шкале времени ЯМР обмена. Наряду2) ‒ медленного и 3) ‒ быстрого обмена.соспектроскопиейEXSY-NOESY31существенная роль в процессе идентификации сигналов принадлежала гомо- игетероядерным методам COSY-DQF и различным вариантам HSQC.Результаты полного отнесения сигналов были использованы не только для решенияосновной конформационной задачи для стероида (25а). Они оказались полезнымитакже при объяснении аномальной смены знака некоторых кросс-пиков в спектреNOESY (Рис. 24-а), полученном при +50 ºС в условиях быстрого в шкале времениЯМР конформационного обмена (А)(В).
На этом рисунке аномальные кросс-пикиимеют положительную полярность, которая совпадает с полярностью диагональныхсигналов, и формально соответствуют знаку обменных кросс-пиков. Однако, согласносделанным отнесениям сигналов конформеров (А) и (В) при -40 ºС и усреднению иххимических сдвигов в соответствии с населенностями конформеров РА и РВ (Рис. 23)было определено, что эти аномальные по знаку кросс-пики при температуре +50 ºСнаходятся между усредненными обменом сигналами вицинальных протонов 11β и12α, между которыми никакого обмена быть не может.Рис.
24. Эффекты скалярной релаксации в спектрах NOESY (τm = 0.5 c) 8α,14β-аналоговэстрогенов а) ‒ (25a) и б) ‒ (25б) при температуре 50 ºС в СDСl3. Контурными линиямивыделены кросс-пики, синфазные с диагональными сигналами.Этот парадокс был объяснен явлением скалярной релаксации 1-го рода,происходящей между указанными протонами за счет быстрой модуляции во временивеличины константы 3J11β-12α, связанной с конформационным обменом (А)(В). Вдоминирующем конформере (А) эти протоны экваториальны и константа между нимиимеет минимальное значение (3J11β-12α(А) ≈ 2 Гц), а в минорном конформере (В) ониаксиальны и константа между ними должна иметь максимальное значение (3J11β-12α(В)≈ 12 Гц). Следовательно, амплитуда случайной модуляции во времени наблюдаемойконстанты <3J11β-12α> составляет около 10 Гц и ее существование является первымнеобходимым условием реализации данного релаксационного механизма.
Вторымусловием его вклада в продольную релаксацию, которая регистрируется в спектреNOESY, является условие сильносвязанности взаимодействующих протонов. Какбыло показано выше (Рис. 22-а), это условие выполняется только для аксиальныхпротонов 11β и 12α, находящихся в минорном конформере (В), а в доминирующемконформере (А) эти протоны экваториальны и положение их сигналов в спектре при2.10 м.д. и 1.29 м.д, соответственно, позволяет при значении константы3J11β-12α(А) ≈ 2 Гц рассматривать эту двухспиновую систему как слабосвязанную АХтипа. Таким образом, было установлено, что для реализации скалярного механизма32релаксации достаточно выполнения условия сильносвязанности между протонамитолько в одном из двух конформеров, даже если его населенность не превышает 30%.Обнаружение эффектов скалярной релаксации первого рода, проявление которых вспектрах NOESY было впервые в явном виде (в виде инверсии знака кросс-пика)зарегистрировано при изучении стероидов (25), кроме теоретического интереса,имеет два практических следствия.
Во-первых, наличие скалярной релаксации междувзаимодействующими по прямому диполь-дипольному механизму протонами приусловии ωоτс << 1 может приводить как к уменьшению интенсивности кросс-пиков вспектре NOESY (Рис. 5), так и к изменению его знака на противоположный. Поэтомускалярная релаксация первого рода в случае малых молекул может приводить толькок увеличению межпротонного расстояния, измеряемого в приближенииизолированной спиновой пары. В случае нарушения этой изолированностипоявляются эффекты спиновой диффузии и ситуация меняется на противоположную:скалярная релаксация 1-го рода способна приводить в спектре NOESY к образованиюложных кросс-пиков, соответствующих по знаку обычным для этого спектра прямымдиполь-дипольным взаимодействиям (ЯЭО).
Механизм образования ложных кросспиков показан на нижних фрагментах спектра NOESY на рисунке 24. При анализепространственных взаимодействий протона 9α, наряду с совершенно нормальнымидля конформеров (А) и/или (В) действительными взаимодействиями 9α/11α и 9α/8α,в спектре NOESY стероидов (25а) и (25б) хорошо виден интенсивный кросс-пик9α/14β, соответствующий пространственной сближенности протонов 9α и 14β.Причем в спектре стероида (25б) этот кросс-пик практически совпадает поинтенсивности с кросс-пиком 9α/8α, хотя в любом из двух конформеров расстояниеr9α-14β больше 5 Å и, следовательно, почти вдвое превышает расстояние r9α-8α.Объяснением этой явной аномалии является скалярное взаимодействие междупротонами 8α и 14β (на рисунке 24 это взаимодействие показано пунктирнымилиниями), которое за счет отрицательной скорости скалярной кросс-релаксации (σsc.<0) часть избыточной намагниченности (ЯЭО), полученной протоном 8α от протона 9αчерез диполь-дипольные взаимодействия между ними (σdd.> 0), успевает за времясмешивания τm перенести на протон 14β.
Следствием этого является появлениедостаточно интенсивного ложного кросс-пика 9α/14β. В результате для стероидов (25)скалярная релаксация между протонами 8α и 14β приводит к завышениюнаблюдаемого ЯМР-расстояния <r9α-8α> и к значительному занижению наблюдаемогорасстояния <r9α-14β>.Все перечисленное выше можно отнести к негативным следствиям скалярнойрелаксации 1-го рада. Однако, поскольку ее происхождение связано с динамическимпроцессом, то обнаружение в условиях экстремального сужения линий (ωоτс<<1) явнозаниженных или явно завышенных интенсивностей кросс-пиков в спектрах NOESY, атакже инверсия их знака на противоположный, является прямым доказательствомсуществования быстрого в шкале времени ЯМР конформационного обмена.
Этоявляется вторым практическим следствием изучения 8α,14β аналогов эстрогенов (25).Его можно отнести к разряду положительных, поскольку в результате получена новаядополнительная возможность обнаружения и исследования с помощью ЯМР быстрыхдинамических процессов, которая является аналогом хорошо известной возможностиизучения обменных процессов по динамическим эффектам в спектрах ЯМР. Только вданном случае динамические процессы отражаются на продольной, а не напоперечной релаксации и наблюдаются не на спектральных, а на релаксационныхпараметрах спектроскопии ЯМР, таких как ЯЭО.33Глава 4.Конформационный ЯМР-анализ модификаций эстрогенов сдополнительными двойными связями4.1. ТетраеныВсе исследованные модифицированные аналоги эстратетраенов разделены на двегруппы: эстра-1,3,5(10),8(9)-тетраены (26) ‒ (32), и эстра-1,3,5(10),9(14)-тетраены (33)‒ (35).
Для удобства изложения первая из них разделена на 2 части, в первой изкоторых рассматриваются примеры ЯМР-исследования 6-оксаэстра-1,3,5(10),8(9)тетраенов (26) и (27), а во второй ‒ D-гомо-В-нор- (28), D-гомо- (31) и 14β-аналогов(29), (30), (32) эстра-1,3,5(10),8(9)-тетраенов.4.1.1. 6-Оксаэстра-1,3,5(10),8(9)-тетраеныНа примере ЯМР-изучения пространственного строения 6-Оксаэстра-1,3,5(10),8(9)тетраенов (26) было показано, что в растворе эти соединения находятся вконформации, в которой 7α-метильная группа находится в псевдоаксиальномположении, а протоны 11β и 12α являются псевдоаксиальными. Такая конформациясовпадает со строением этих тетраенов в кристалле. Об этом свидетельствуетколичественное сравнение межпротонных расстояний и значений вицинальныхконстант, которое приведено на рисунке 25 для тетраена (26а).При определении межпротонных расстояний калибровочным методом в качествеэталонного использовалось значение 2.47 Å для расстояния между протонами 1и 2,радиус-вектор которого находится под полярным углом β = 6º по отношению кглавной оси молекулы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
