Диссертация (1145465), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Мультиплетные структуры сигналов протонов 16α (а) и 8α (б) в спектре ЯМР 1Нстероида (2a), полученные при использовании различных параметров Лоренц-Гауссовогопреобразования сигнала свободной индукции (а: LB = -2.0, GB = 0.2; б: LB = -4.0, GB = 0.3).В варианте (2) представления сигнала протона 8α (б) показано использование процедурыразложения по гауссовым функциям отдельных компонент этого мультиплетного сигнала.В стероиде (2г), имеющем метильные заместители, соответственно, в положениях 7α и18, точно также как в стероидах (1б) и (1в) по сравнению с (1a), наблюдаются характерныеизменения химических сдвигов соседних к метильным заместителям протонов по сравнению с(2a): 8α (-0.32 м.д.), 15β (+0.27 м.д.), 12α (-0.16 м.д.) и 12β (+0.46 м.д.).
На рисунке 2-12показаны алифатическая область спектров ЯМР 1Н стероидов (2a) - (2г) и характерныеизменения в положении некоторых сигналов. Полное отнесение сигналов 1Н и13С стероидов(2a) - (2г) приведено в приложении П2 (Табл. П2-1 и П2-2, соответственно).Рис. 2-12. Алифатическая область спектров ЯМР 1Н стероидов (2a) – (2г). С помощью линийпоказаны изменения положений сигналов протонов 9α, 8α, 16β, 12β и 12α.67Значения скалярных констант (Гц) для стероида (2a) указаны на схеме связывания,которая представлена на рисунке 2-13. Сравнение значенийскалярных констант для стероидов (2a) и (1a), приведенныхна рисунках 2-13 и 2-3Б, свидетельствует о том, что, впределах погрешности ±0.2 Гц, их величины для пар протоновв кольцах А, В и С совпадают.Совершенноинаяситуацияобнаруживаетсяприсравнении вицинальных констант между протонами в кольцеD: все без исключения константы между протонами при С16 иС17 в стероиде (2a) изменили свое значение как в сторонуувеличения, так и в сторону их уменьшения по сравнению саналогичными данными для стероида(1a).
Посколькукарплусовская зависимость 3J = ƒ(θ) в модификации HLAРис. 2-13. Схема скалярногосвязывания в стероиде (2a).Цифрами даны значения JН-Н вГц.[91] обычно для пятичленного кольца D не дает хорошегосовпадения расчетных вицинальных констант с их экспериментальными значениями,сопоставление было проведено в терминах их относительных изменений: ∆3J = 3J(2а) – 3J(1а).В таблице 2-2 для стероидов (1а) и (2а) представлены расчетные и экспериментальныеданные для четырех вицинальных констант 3JН-Н и соответствующих им торсионных углов θННмежду протонами этанового фрагмента С15Н2-С16Н2.Таблица 2-2. Экспериментальные и расчетные скалярные константы 3J (Гц) и торсионныеуглы θ (град.) в кольце D стероидов (1а) и (2а).33Ni-jJэкспθРМ3θямрJрасч,(1а)(2а)(1а)(2а)(1а)(2а)(1а)(2а)115α-16α8.79.018.211.533.330.511.0311.71215α-16β2.53.4259.6253.3246.8242.20.791.55315β-16α7.75.9136.9129.0137.0129.67.615.77415β-16β7.68.218.911.538.134.310.8911.61Сопоставление характера изменений скалярных констант и соответствующих имторсионных углов для протонов кольца D при переходе от стероидов (1) к (2) свидетельствуето достаточно хорошем качественном совпадении экспериментальных и расчетных данных(Рис.
2-14). Для всех четырех пар скалярных взаимодействий происходит уменьшениесоответствующих торсионных углов, которое сопровождается увеличением констант 3J15α-16α,3J15α-16β и 3J15β-16β, но уменьшением 3J15β-16α. Это находится в полном соответствии с характеромкарплусовской зависимости в рассматриваемых диапазонах изменений углов θ (Рис. 2-14a).Одновременно наблюдается (Рис. 2-14б) хорошая количественная корреляция изменений (∆3J68= 3J(2а) – 3J(1а) экспериментальных и вычисленных вицинальных констант.
Таким образом,представленные данные свидетельствуют о небольших, но хорошо регистрируемых спомощью спектроскопии ЯМР различиях в геометрии кольца D для стероидов (1а) и (2а), апространственное строение колец В и С в этих стероидах оказывается практическиодинаковым.Рис. 2-14. а) – Карплусовская зависимость 3JH-H = ƒ(θ), на которой стрелками показан характеризменений торсионных углов и вицинальных констант между протонами кольца D припереходе от стероида (1a) к (2a). б) – Корреляционная зависимость междуэкспериментальными и расчетными относительными изменениями вицинальных констант ∆3J= 3J(2а) – 3J(1а). Цифрами указаны данные, соответствующие номеру в табл.
2-2. Наличие в стероидах (2б) и (2г) метильной группы в положении 7α, также как в случаестероида (1б), приводит к быстрому в шкале времени ЯМР конформационному равновесию(А)(B), связанному c инверсией кольца В и переходом 7α-метильной группы изэкваториального в аксиальное положение (Рис. 2-7). При этом вицинальная константа встероиде (2б) оказывается примерно на 0.2 Гц меньше (3J7β-8α(2б) ≈ 10.1 Гц), чем в стероиде (1б).Это указывает на небольшое смещение равновесия в стероиде (2б) в сторону конформера (В) спсевдоаксиальной ориентацией метильной группы в положении 7α по сравнению срассмотренным ранее стероидом (1б).
Учитывая совпадение расчетного торсионного угла θ7β8αв конформации (А) стероидов (2б) и (1б), наиболее вероятной причиной такого смещенияравновесия следует считать изменение геометрии кольца D в стероиде (2б), которое вконформации (А) приводит к усилению стерических взаимодействий между 7α-метильнойгруппой и ближайшим к ней протоном 15β. Этот предположение находит подтверждение ввиде расчетных данных для расстояния между углеродным атомом метильной группы приатоме С7 и протоном 15β: согласно данным, например, метода РМ3, в более стабильнойконформации (А) стероида (1б) это расстояние равно 2.52 Å, а в той же конформации стероида(2б) оно оказывается на 0.03 Å короче и составляет 2.49 Å (метод ММ+ дает уменьшение на0.1 Å: 2.768 и 2.674 Å, соответственно). Если считать, что изменение вицинальной константы3J7β-8α при переходе из одной конформации в другую для стероида (2б) такое же, как и для69стероида (1б) и составляет 3.85 Гц (11.2 Гц – 7.35 Гц = 3.85 Гц), то увеличение долиминорного конформера (В) в стероиде (2б) по сравнению со стероидом (1б) при температуре20° С должно быть приблизительно на 5% больше исоставлять около 30 %.Для оценки термодинамических параметровэтого конформационного равновесия в стероиде (2б)проводилось измерение наблюдаемого значенияконстанты <3J7β-8α> на сигнале протона 7β.
При этомтребовалось крайне точное измерение величиныуказаннойконстанты,температурномизменениеинтервале40которой°С,всогласнопредварительным оценкам, не превышает 0.1 Гц(Рис.2-15).Следовательно,экспериментальнаяпогрешность измерений константы <3J7β-8α> недолжна превышать ±0.01 Гц. Совершенно очевидно,что достичь такой точности легчеРис. 2-15. Регистрация температурного изменения константы 3J7β-8α насигнале протона 7β в спектре ЯМР 1Нстероида (2б).при высоких температурах.
Поэтому температурныеизмерения константы <3J7β-8α> на сигнале протона 7β были проведены в интервале (+20 ‒ +60)°С. Полученные результаты приведены в таблице 2-3, а нумерация линий мультиплетногосигнала 7β и основные этапы его обработки показаны на рисунке 2-16.Таблица 2-3.
Температурная зависимость константы 3J7β-8α (Гц) и населенностейконформеров (А) и (В) стероида (2б)****)№T(° К)12*)3*)4*)*)4-710.076-810.04<J>2,3***)РА%РВ%K=РВ/РА10.072510.0771,7528,250,39412931-310.11230310.0310.0510.069.9910.032510.05571,3828,620,401331310.0110.0310.0310.0410.027510.0370,7529,250,413432310.0110.0110.0110.0310.01510.0170,2529,750,42353339.999.999.999.979.9859.9969,7530,250,43463339.999.999.999.989.98759.9969,7530,250,434*)2-510.07<J>1-4**)– Номера линий мультиплетного сигнала протона 7β, приведенные на рисунке 2-16;‒ усреднение по всем четырем измерениям;***)– усреднение по двум измерениям между парами 2-5 и 4-7 интенсивных внутренних компонентквартетов дублет-квартетного сигнала протона 7β;****)– спектры получены при точности температуры ∆T = ±1° и цифровом разрешении 0.009 Гц; привычислении населенностей форм (А) и (В) использовались значения 3J7β-8α(A) = 11.2 Гц, 3J7β-8α(В) = 7.2 Гц.**)70Рис.
2-16. Регистрация температурного изменения константы 3J7β-8α на сигнале протона 7β вспектре стероида (2б) и обозначения измеряемых величин. а) - получено при использованииЛоренц-Гауссового преобразования (LB = -4.5, GB = 0.35; б) – получено после разложениялиний по гауссовым функциям; в) – фрагмент сигнала протона 7β при температурах 20, 40 и60 °С и величины константы 3J7β-8α, измеренные между линиями 4 и 7.Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при всехтемпературах наибольшее отклонение от средних значений <3J7β-8α>1-4 наблюдается дляизмерений 1-3 и 6-8, которые соответствуют менее интенсивным линиям дублет-квартетногосигнала протона 7β. В то же время измерения 2-5 и 4-7 практически во всех случаяхсовпадают между собой. Совершенно очевидно, что причина указанных различий в точностипри измерениях между интенсивными внутренними и слабыми внешними компонентами двух(8α и 8β – здесь индексы “α” и “β” указывают состояния спина протона 8α) квартетныхсигналов заключается в неодинаковом влиянии Лоренц-Гауссова пребразования на различныепо интенсивности линии: появление характерных гауссовых искажений у основанияинтенсивных линий 4 и 5 приводит к небольшому частотному смещению ближайших к нимслабых по интенсивности линий 3 и 6, соответственно.
Следовательно, наиболее точныерезультаты могут быть получены при усреднении только двух (2‒5 и 4‒7), а не четырехизмерений. Именно эти данные (<3J7β-8α>2,3) были использованы для оценки населенностейконформеров (PA и PВ) и константы равновесия (К = PВ/PA) при различных температурах. Нарисунке 2-17а представлена зависимость <3J7β-8α>2,3 = ƒ(1/T).Таким образом, при повышении температуры на 40° наблюдается уменьшение на 0.08 Гцвицинальнойконстанты3J7β-8α,чтонетолькоявляетсяпрямымдоказательствомсуществования конформационного обмена в стероиде (2б), но и дает возможность провестиоценку его термодинамических параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
