Диссертация (1145465), страница 17
Текст из файла (страница 17)
При этом торсионные углы между протонами этановых фрагментовС11Н2-С12Н2 в кольце С и С15Н2-С16Н2-С17Н2 в кольце D изменяются лишь в пределах 2-4°.Следовательно, наиболее надежным доказательством изменения пространственного строениястероида (3б) по сравнению со стероидом (3a), является соответствующее изменение величинскалярных взаимодействий 7α/8α, 8α/9α, 9α/11α и 8α/14α.
Поскольку точность вычисленийабсолютных значений расчетных вицинальных констант не высока, то их сопоставление с77экспериментальнымиданнымипроводилосьабсолютных величин ‒ разницы константпутем3сравненияотносительных,анеJН-Н врассматриваемых стероидах: ∆3Jij = 3Jij(3б) - 3Jij(3а). Нарисунке2-21показанакорреляциярасчетныхиэкспериментальных величин ∆3Jij для указанных парпротонов,котораясвидетельствуетодостаточнохорошем их соответствии: r = 0.996, sd = 0.18 Гц, В =0.97±0.06. Следует отметить, что экспериментальныевеличины3Jij(3а)и3Jij(3б)былиопределенысмаксимально возможной точностью путем сравнениярезультатов нескольких экспериментов (DQF-COSY, J-Рис.
2-21. Корреляция расчетныхи экспериментальных величин∆3Jij для стероидов (3a) и (3б).COSY, HSQCnd2), а также с привлечением симуляциипротонных спектров отдельных спиновых систем, содержащих от 7 до 9 ядер.На рисунке 2-22.1 в качестве примера комбинированного использования данныхнескольких корреляционных методов показана процедура определения вицинальнойконстанты 3J8α-14α в стероиде (3б) с помощью анализа мультиплетной структуры кросс-пика8α/14α в спектре DQF-COSY и проекции на ось F1 сигнала протона 14α в спектре J-COSY.Каждый из этих спектров показывает, что сигнал протона 14α при 1.94 м.д.
является дублетомдублета дублетов (ддд), но только противофазная структура кросс-пика 8α/14α в спектре DQFCOSY дает однозначное указание на принадлежность средней по величине константы (~7 Гц)скалярному взаимодействию между протонами 8α и 14α.Рис. 2-22. Фрагменты спектров стероида (3б): 1. а) – кросс-пик 8α/14α в спектре DQFCOSY; б) – фрагмент спектра J-COSY, содержащий сигнал протона 14α и в) – ньюменовскаяпроекция по связи С8-С14 в молекуле этого стероида. 2. а) – расчетный и б) –экспериментальный сигнал протона 7α. Схематично показаны все линии этогомультиплетного сигнала, включая комбинационные (3, 8, 13, 18), и приведены результатыдвух измерений константы 3J7α-8α.78Однако, в этом двумерном спектре из-за относительно невысокого цифровогоразрешения точность ее определения путем измерения величины расщепления междупротивофазными компонентами кросс-пика невелика (~ ±0.5 Гц).
Более того, измеренноезначение в этом случае является, как правило, завышенным по сравнению с действительнойвеличиной JН-Н [102]. Поэтому более точное значение 3J8α-14α = (6.8 ± 0.1) Гц было получено изанализа в спектре J-COSY проекций компонент этого же сигнала на ось F1, которыесоответствуют величинам констант скалярного взаимодействия Jij (Гц), измереннымотносительно химических сдвигов сигналов δi, т.е. относительно центра симметрии ихмультиплетной структуры. Следует отметить, что спектр J-COSY, обладающий значительнобольшей цифровой разрешающей способностью по оси F1 (~ 0.1 Гц), чем спектр DQF-COSY(по координате F2 ‒ ~0.5 Гц), сам по себе не несет никакой информации о принадлежностиизмеряемой константы конкретному скалярному взаимодействию.
Поэтому использованиерезультатов его анализа в виде точных значений скалярных констант не может считатьсякорректным без дополнительного доказательства их происхождения. Оно может бытьполучено с помощью одного из известных гомоядерных корреляционных методов сфазочувствительным детектированием или, если есть возможность для селективногооблучения, с помощью методов селективной “развязки” скалярных взаимодействий.В качестве другого примера на рисунке 2-22.2 показано определение вицинальнойконстанты 3J7α-8α из анализа мультиплетной структуры сигнала протона 7α в спектре ЯМР 1Нстероида (3б), который из-за наложения сигналов протонов 8α и 9α в области 2.55 – 2.70 м.д.,согласно данным спектральной симуляции, в зависимости от соотношения между константами3J8α-9α, 3J8α-7α, 4J7α-9α и разностью химических сдвигов ∆δ8α,9α = δ8α - δ9α, помимо линий,соответствующихспектрупервогопорядка,можетсодержатьразличноечислодополнительных комбинационных линий.
Поэтому для определения точного значениявицинальнойконстанты3J7α-8αтребуетсяполнаяидентификациявсехкомпонентмультиплетной структуры сигнала 7α, включая комбинационные линии (см. линии 3, 8, 13 и18). В результате сопоставления расчетного (Рис. 2-22.2a) и экспериментального (Рис. 2-22.2б)спектров было получено точное значение константы 3J7α-8α = (4.1±0.1) Гц.Необходимо отметить, что при расчетах теоретических спектров не учитываютсярелаксационные эффекты, которые проявляются в реальных спектрах ЯМР сильносвязанныхспиновых систем в виде неодинакового уширения линий, принадлежащих различнымспиновым состояниям магнитного ядра, скалярно связанного с наблюдаемым протоном.
Этотрелаксационный эффект хорошо виден в экспериментальном спектре (рис. 2-22.2б) присравнении линий, принадлежащих α- и β-состояниям ядерного спина протона 8α: пары79смежных линий 4,5, 9,10, 14,15, 19,20, соответствующие α-состоянию спина протона 8α,оказываются слившимися в результате их релаксационного уширения, а пары линий 1,2, 6,7,11,12, 16,17, соответствующие его β-состоянию, хорошо разрешены между собой, так какскорость их поперечной релаксации (ρ┴ = 1/T2) заметно меньше, чем для линий,соответствующих α-состоянию спина протона 8α.
Это различие в уширении линий связано стем, что для положительной константы 3J7α-8α > 0 и соотношения между химическимисдвигами δ8α > δ9α именно низкочастотная α-часть (здесь α – состояние спина протона 7α)мультиплетного сигнала протона 8α находится в более сильносвязанном состоянии спротоном 9α, чем его высокочастотная β-часть. Следовательно, эффективность нульквантовыхпереходов между αβ- и βα-состояниями ядер протонов 8α и 9α будет выше при нахожденииспина протона 7α в α-состоянии.
В свою очередь, дополнительное сокращение времени жизниспинапротона8αвызываетсоответствующееуширениеα-линийвспектрескалярносвязанного с ним протона 7α (Рис. 2-22.2б). В результате этих релаксационныхэффектов измерение вицинальной константы3J7α-8α на сигнале протона 7α становится болеесложным. Например, ее измерение между линиями 11 и 14 дает завышенный результат (4.2Гц), а между линиями 12 и 15 – заниженный (3.9 Гц), по сравнению с действительнымзначением.
Следовательно, среднее значение этих двух измерений (~4.1 Гц) является наиболеесоответствующим константе 3J7α-8α.Сравнение экспериментального и расчетного спектров сигнала протона 7α в стероиде(3б) позволило также установить значение дальней скалярной константы 4J7α-9α = (1.2±0.1) Гц,которая оказалась на 0.2 Гц меньше, чем в стероиде (3а).
Это уменьшение вполнесоответствует изменению величин торсионных углов Н7α-С7-С8-С9 (φ1) и Н9α-С9-С8-С7 (φ2) припереходе от стероида (3a) к (3б), которые согласно данным метода РМ3 равны:φ1(3a) = 174.6°,φ1(3б) = 163.5°;φ2(3а) = 165.4°,φ2(3б) = 152.5°.Следовательно, дальняя константа 4J7α-9α достаточно чувствительна к конформационнымизменениям в стероиде (3б), связанным с введением метильной группы в положение 7β.Структурные изменения в стероиде (3б) по сравнению со стероидом (3a) исоответствующее изменение его конформации, к которому приводит введение метильнойгруппы в положение 7β, находят подтверждение и в результатах сравнительного изученияпрямых диполь-дипольных взаимодействий (ЯЭО).
Эти различия в их пространственномстроении сильнее всего отражаются на соотношении величин ЯЭО между двумя парамипротонов: 1/9α, 1/11α и 7α/15β, 7α/15α (Рис. 2-23а,б). На рисунке 2-23в показаны фрагментыспектров NOESY стероидов (3a) и (3б), соответствующие первой паре взаимодействий.80Приведенныеотносительныевеличиныобъемныхинтегральныхинтенсивностейсоответствующих кросс-пиков Sij (цифры под кросс-пиками) свидетельствуют о том, что встероиде (3а) отношение расстояний (r1-9α/r1-11α)(3a) =(S1-11α/S1-9α)1/6 = (0.94)1/6 = 0.99, а встероиде (3б) составляет (r1-9α/r1-11α)(3б) = (S1-11α/S1-9α)1/6 = (2.2)1/6 = 1.14. Следовательно, поданным ЯМР в стероиде (3a) r1-9α < r1-11α, а для стероида (3б) наблюдается обратноесоотношение: r1-9α > r1-11α.
Для того, чтобы на количественном уровне определить точностьэкспериментальных оценок этих расстояний, выберем одно из них ‒ r1-9α, в качествеэталонногоивоспользуемсярасчетнымиданнымидлямежпротонныхрасстояний,полученными в результате оптимизации геометрии стероидов (3a) и (3б) методом РМ3 (Рис. 223а, б).Рис. 2-23. а) и б) – Ньюменовские проекции стероидов (3a) и (3б) по связям С3-С2 и С10-С9,соответственно (расчет геометрии методом РМ3).
в) – Фрагменты спектров NOESY (τm = 0.5c) этих стероидов (относительные интегральные интенсивности кросс-пиков 1/9α и 1/11αприведены под контуром объемного интегрирования).Тогда в первом из стероидов расстояние r1-11α = 2.53 Å/ 0.99 = 2.56 Å, а во втором - r1-11α =2.62 Å/ 1.14 = 2.30 Å. Сравнение результатов для r1-11α (Табл. 2-5) с расчетными данными(РМ3: r1-11α(3а) = 2.58 Å, r1-11α(3б) = 2.33 Å) свидетельствует о высокой степени их соответствия.Таблица 2-5.Экспериментальная (ЯМР)(3a) и (3б).rij(ЯЭО), Å№Нi-Hj(3a) (3б)*)11-9α2.53 2.6221-11α2.56 2.30и расчетная (РМ3) оценка межпротонных расстояний в стероидах∆r**), Årij(РМ3), Å***),Å(3a)2.53(3б)2.62(3a)-(3б)-2.582.33-0.02-0.03-0.8-1.3-0.26-0.25--0.28-0.28+0.27+0.2937α-15α*)2.612.332.612.33---47α-15β2.202.472.342.63-0.14-0.16-6.0*)∆r(3)∆r/rPM3**), %(3a)(3б)-– эталонное расстояние для ЯМР;**)– ∆r = r(ЯЭО)-r(РМ3);-6.1***)(3)ЯЭО+0.09PM3+0.09(3б)– ∆r = r-r(3a).81Аналогичным образом для стероидов (3a) и (3б) получены абсолютные и относительныеоценки расстояний r7α-15α и r7α-15β.
Исходные экспериментальные данные для отношенияинтегральных интенсивностей кросс-пиков S7α-15β/S7α-15α для стероидов (3a) и (3б) составляли,соответственно, 2.8 и 0.7.Таким образом, приведенные в таблице 2-5 относительные и абсолютные значениямежпротонных расстояний находятся в полном соответствии с результатами расчетов.
Этопозволяет сделать вывод о том, что в стероиде (3б) за счет стерических взаимодействийметильного заместителя при атоме С7 происходят конформационные изменения по сравнениюсо стероидом (3a), результатом которых является уменьшение межпротонных расстояний r1α11αи r7α-15α, (соответственно, на 0.26 Å и 0.28 Å) и одновременное увеличение расстояний r1α-9αи r7α-15β (соответственно, на 0.09 Å и 0.27 Å).НеобходимоотметитьзначительноболееточнуюоценкуспомощьюЯЭОмежпротонных расстояний, связанных с протоном 1 (∆r/rPM3 ~ 1%), по сравнению срасстояниями между протоном 7α и протонами при атоме С15 (∆r/rPM3 ~ 6%). Это, повидимому, связано с возможностью более точного интегрирования кросс-пиков 1/9α и 1/11α,поскольку между протонами 9α и 11α наблюдается лишь слабое скалярное взаимодействие(J/∆δ < 0.1) и в спектрах NOESY стероидов (3a) и (3б) эффекты сильносвязанности для кросспиков этих протонов отсутствуют.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
