Диссертация (1145465), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Этикросс-пики в спектре выделены пунктирными рамками. Следовательно, в 8α-аналогахстероидных эстрогенов аксиальный протон 6α имеет дальние скалярные взаимодействия нетолько через 4 связи с протоном 4, но также через 5 связей с протоном 9α и через 6 связей спротоном 2. Все эти взаимодействия сравнимы между собой по величине и обусловленыпространственной ориентацией протона 6α относительно плоскости кольца А: торсионныйугол Н6α-C6-C5-C10 согласно расчетам для стероида (5a) равен 102°.
Экваториальный протон 6βимеет только одно дальнее скалярное взаимодействие с протоном 4 (4J6β-4 = 0.8 Гц). На схемесвязывания (Рис. 2-34а) все дальние скалярные взаимодействия показаны пунктиром.Несомненныйинтереспредставляютполученныерезультатыпоизучениюконформационной подвижности стероида (5б), имеющего метильный заместитель вположении 1. При сравнении вицинальных констант между экваториальным протоном 6β ипротонами при С7 в стероидах (5a) и (5б), которые наиболее точно могут быть определены изанализа мультиплетной структуры отдельно расположенного сигнала протона 6β в области2.7 – 2.9 м.д. (Рис.
2-37) было обнаружено, что при комнатной температуре (20° C) величинаконстанты 3J6β-7α для стероида (5б) на 0.4 Гц больше, чем для стероида (5а): 3J6β-7α(5а) = 2.7 Гц(Рис. 2-37а), 3J6β-7α(5б) = 2.3 Гц (Рис. 2-37б). При этом величины констант 3J6β-7β для этихстероидов в пределах точности измерений (±0.1 Гц) оказываются одинаковыми: 3J6β-7β(5a) = 5.1Гц, 3J6β-7β(5б) = 5.0 Гц.
Поскольку, согласно данным по оптимизации геометрии молекул (5a) и(5б), пространственное строение кольца В в их наиболее энергетически выгоднойконформации (А) практически одинаково, то указанные небольшие различия в значенияхскалярных констант 3J6β-7α дали основание для предположения, что стероид (5б) существует врастворе в виде быстрого в шкале времени ЯМР двухпозиционногоравновесия (А)конформационного(В), связанного с изменением пространственного строения кольца В,которое показано на рисунке 2-37.96Рис.
2-37. а, б) - Мультиплетная структура сигнала протона 6β в спектре стероидов (5a) и(5б), соответственно, при 20 °С и в) – при 60 °С для стероида (5б). Справа показанконформационный обмен в области кольца В стероида (5б). Цифрами указаны расчетные(РМ3) значения константы 3J6β-7α (Гц) для конформеров (А) и (В).Приэтомвконформации(А)вицинальныепротоны6βи7αявляютсяэкваториальными, а в конформации (В) они аксиальны. Следовательно, учитывая характеркарплусовской зависимости, величина скалярной константы между этими протонами должнабыть более чувствительной к положению конформационного равновесия, по сравнению сконстантой 3J6β-7β, которая в любом из конформеров соответствует взаимодействию междуаксиальным и экваториальным протонами.Для подтверждения предположения о существовании конформационного равновесия встероиде (5б) были проведено изучение температурной зависимости константы 3J6β-7α.
Приповышении температуры в диапазоне от 20° до 60° С наблюдалось ее увеличение до 3.5 Гц и,одновременно, небольшое уменьшение константы 3J6β-7β до 4.8 Гц (Рис. 2-37б,в). При этомгеминальная константа 2J6β-6α остается неизменной (16.6 Гц) и наблюдается увеличение суммывсех скалярных констант (расстояние между 1-й и 8-й линиями) примерно на 0.6 Гц. Такиетемпературные изменения полностью соответствуют увеличению населенности минорногоконформера (В) стероида (5б), в котором протон 6β является аксиальным, и, следовательно,подтверждают наличие конформационного равновесия (А)(В) в этом стероиде.Для количественной оценки населенностей конформеров (А) и (В) стероида (5б) наосновании оптимизации их пространственной структуры методом РМ3 были полученызначения торсионных углов и рассчитаны значения вицинальных констант между протонамиэтанового фрагмента С6Н2-С7Н2 (Табл.
2-6). Для сравнения в этой таблице приведены такжеаналогичные данные для незамещенного стероида (5a), для которого дано сравнениеэкспериментальных и расчетных значений вицинальных констант и соответствующих им97торсионных углов в конформации (А) в виде корреляционных зависимостей этих параметров,представленных на рисунке 2-38.Таблица 2-6Экспериментальные (ЯМР) и расчетные (РМ3) значения вицинальных констант 3JН-Н (Гц) иторсионных углов θН-Н (град) между протонами фрагмента С6Н2-С7Н2 для конформаций (А) и(В) стероидов (5a) и (5б).J, Гцстероид (5a)стероид (5б)θ, град. (А)(В)(А)(В)J6β-7αЯМР<2.7>2.3ЯМРθ6β-7α63.861.4*θ6β-7αРМ3 66.7169.467.8169.5J6β-7αРМ3 1.8713.051.7113.06ЯМРJ6β-7β5.1<5.0>θ6β-7βЯМР 310.9310.3*θ6β-7βРМ3 310.654.5311.854.5J6β-7βРМ3 5.054.075.34.07ЯМРJ6α -7α5.3<5.6>θ6α -7αЯМР 311.6313.1*РМ3θ6α -7α310.552.0311.852.2РМ3J6α -7α5.074.535.344.49J6α -7βЯМР 12.3<12.1>ЯМРθ6α -7β197.9199.4*θ6α -7βРМ3 194.4 297.1195.8297.3J6α -7βРМ3 12.702.4512.552.48*) – значения торсионных углов θij получены на основанииусредненных обменом констант <J> [91, β-эффект)].Рис.
2-38.Корреляционные зависимости междуэкспериментальными (ЯМР) и расчетными (РМ3)значениями а) ‒ вицинальных констант 3JH-H и б) ‒торсионных углов θН-Н для фрагмента С6Н2-С7Н2 вконформере (А) стероида (5а).Они свидетельствуют о достаточно хорошем совпадении результатов измерений имолекулярного моделирования (для констант 3JН-Н: r = 0.9998, sd = 0.1 Гц; для торсионныхуглов θН-Н: r = 0.9998, sd = 2.8°). Следует отметить, что наибольшее различие для расчетных иэкспериментальныхзначенийскалярныхконстантнаблюдаетсядляэкваториально-экваториального (J(ЯМР) > J(PM3)) и аксиально-аксиального (J(ЯМР) < J(PM3)) взаимодействий.
Этоследует учитывать при выборе значений константы J6β-7α для конформаций (A) и (В) стероида(5б), необходимых для расчета населенностей PA и РВ.При анализе необходимо также учитывать еще один фактор, способный повлиять наточность оценки населенностей конформеров стероида (5б). Это сильносвязанность спиновойсистемы, в которую входит протон 6β. Наиболее существенными в данном случае являютсяблизкие значения химических сдвигов протонов 7α и 7β. Если для стероида (5а) величина98 = составляет 0.18 м.д. (54 Гц на частоте 300 МГц) и, следовательно, в 5-тиспиновой системе протонов C6Н2-С7Н2-С8Н эффектами сильносвязанности можно пренебречь,то для стероида (5б) эта величина значительно меньше: ≈ 0.05 м.д. (~15 Гц).Следовательно, в случае стероида (5б) эффекты сильносвязанности могут приводить куменьшению расстояний между компонентами 2 и 3, 6 и 7 мультиплетного (ддд) сигналапротона 6β и, соответственно, к пропорциональному увеличению наблюдаемой величины 3J6β7αи уменьшению ее для 3J6β-7β.
На рисунке 2-39 показаны расчетные спектры протона 6β,которые были получены с помощью симуляции спектра ЯМР 1Н 5-ти спиновой системыпротонов 6β (2.83 м.д.), 6α (2.70 м.д.), 7α, 7β и 8α (2.18 м.д.) на частоте 300 МГц приварьировании величины ∆δ7α,7β = δ7α – δ7β от 0.18 до –0.01 м.д.Приэтомзначениягеминальныхэкспериментальным данным (см. значенияи2,3вицинальныхконстантсоответствовалиJ в схеме связывания на рисунке 2-34а) длянезамещенного стероида (5a).
Следует особо отметить, что эффекты сильносвязанностипротонов при С7 абсолютно не влияют на положение линий 1, 4 и 5, 8 расчетного сигналапротона 6β. Следовательно, это может быть использовано при оценке реального вкладаконформационного равновесия в стероиде (5б) в усредненные быстрым обменом значенияконстант<3J6β-7α>и<3J6β-7β>нафонеприсутствующих эффектов сильносвязанности.Сравнениерасчетных(Рис.2-39)иэкспериментальных (Рис. 2-37) спектров протона6β стероидов (5a) и (5б), совершенно очевидносвидетельствует об одновременном воздействииэтих факторов. Например, в экспериментальномспектре при 20° С (Рис. 2-37б) наблюдается какувеличение на 0.3 Гц расстояния между линиями1 - 4 и 5 – 8 (эффекты конформационногообмена),такихарактерноеассиметричноеположение внутренних компонент левого (линии1, 2, 3, 4) и правого (линии 5, 6, 7, 8) дублет-Рис.
2-39. Симуляции спектра протона 6β,входящего в состав сильносвязанной 5-тиспиновойсистемы,приразличныхзначениях разницы химических сдвиговпротонов 7α и 7β.дублетных фрагментов сигнала 6β (эффектысильносвязанности). При повышении температуры до 60 °С, одновременно с повышениемнаселенности минорного конформера (В), которое проявляется в виде дополнительногоувеличения (до 0.9 Гц) расстояний между линиями 1 - 4 и 5 – 8, наблюдается незначительное99усиления эффектов сильносвязанности, которое, очевидно, вызвано уменьшением разностихимических сдвигов между протонами при С7. На основании экспериментальных и расчетныхзначений константы 3J6β-7α для стероидов (5а) и (5б) населенность конформера (В) стероида(5б) при температуре 20 °С может быть оценена следующим образом: PВ = (<J>(5б) –JА(5а))/(JВ(5б) – JА(5б)) = 0.3•100/(13.06 - 2.3) ≈ 2.8 %, а при температуре 60 ºС возрастает до 8.4%.Таким образом, на основании температурной зависимости константы 3J6β-7α были полученыследующие довольно грубые оценки термодинамических параметров быстрого в шкалевремени ЯМР равновесия (А)(В) стероида (5б): ∆Н = (5.5 ± 0.4)ккал/моль, ∆S = (11.9 ± 1.2)кал.моль.-1град.-1, ∆E(293°) = (2.01± 0.4) ккал.моль-1.Для подтверждения существования конформационного обмена в стероиде (5б) и оценкинаселенности РВ были привлечены данные спектра NOESY.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
