Диссертация (1145465), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Наиболее чувствительным кинверсии кольца В оказывается пространственное взаимодействие между протонами 6β и 11β.Согласно расчетным данным (РМ3) расстояние между этими протонами в основнойконформации (А) составляет 4.1 Å, а в минорной конформации (В) – 1.9 Å. Именно такоесущественное (более, чем в 2 раза) различие указанных расстояний дает основание длянадежной регистрацииминорного конформера (В) с помощью ЯЭО.
Предварительныерасчеты показывают, что если расстояние между протонами 9α и 12α, которое в каждом изконформеров практически одинаково (r9α-12α(A) = 2.62 Å, r9α-12α(В) = 2.68 Å) выбрать в качествеэталонного, то тогда соотношение между интегральными интенсивностями кросс-пиков9α/12α и 6β/11β в для конформера (А) должно составлять: (S9α/12α /S6β/11β)(А) = (4.1/2.62)6 = 14.5 :1, а для конформера (В) - (S9α/12α /S6β/11β)(В) = (1.9/2.68)6 ≈ 1 : 10.На рисунке 2-40 показан фрагмент спектра NOESY (τm = 0.5 с) стероида (5б), на которомхорошо видны обсуждаемые кросс-пики 6β/11β и 9α/12α.Рис.
2-40. Конформационный обмен в стероиде (5б) и фрагмент спектра NOESY (τm = 0.5 с).Интегральные интенсивности этих кросс-пиков составляют: S6β/11β = 20±2 и S9α/12α =100±2, а отношение S9α/12α/S6β/11β ≈ 5:1. Следовательно, экспериментальная интенсивностькросс-пика 6β/11β оказывается примерно в 3 раза больше, чем его расчетное значение для100основного конформера (А). Это соответствует эффективному расстоянию <r6β-11β> = 3.4 Å,которое примерно на 0.7 Å меньше, чем его расчетное значение для конформера (А).На рисунке 2-41 показан графический способ определения населенностей PA и РВ спомощью построения нелинейной зависимости <r> = ƒ(PA, РВ)и полученногоэкспериментально эффективного расстояния <r6β-11β>.
Этот способ дает следующеесоотношение конформеров при 20° С: PA : РВ ≈ 98 : 2.Рис. 2-41. Зависимость расстояния <r6β-11β>, усредненного быстрым в шкале времени ЯМРдвухпозиционным конформационным обменом и наблюдаемого с помощью ЯЭО, отнаселенности РА доминирующего конформера стероида (5б). а) – Общий вид и б) –увеличенная область малых значений населенности минорного конформера (В).Если считать, что экспериментальная погрешность оценки расстояния <r6β-11β> непревышает ±5% от измеряемого значения (показано пунктиром на увеличенном фрагментеэтой зависимости, см. рисунок 2-41б), то тогда точность определения населенности минорногоконформера (B) составляет около ±1%. Более точная оценка населенности минорногоконформера (В) составляет 1.7 % (‒0.9, +0.7 %)7.Таким образом, представленные данные по измерению вицинальных скалярных константмежду протонами в кольце В стероида (5б) и по оценке межпротонного расстояния r6β-11β cпомощью спектра NOESY достаточно хорошо согласуются между собой как на качественном,так и на количественном уровне.
Они свидетельствуют о существовании этого стероида врастворе в виде быстрого в шкале времени ЯМР двухпозиционного равновесия (А)(В),связанного с изменением конформации кольца В. Причиной появления в растворе стероида(5б) минорного конформера (B), очевидно, является стерическое взаимодействие метильнойгруппы в положении 1 с экваториальным протоном 11α.
Оно, по-видимому, приводит кнебольшому изменению конформации кольца С по сравнению с незамещенным стероидом 7Этот результат по чувствительности к населенности минорного конформера сопоставим с результатами,полученными аналогичным способом в недавних (2011-2015 гг. ) работах [317, 318] по исследованиюстрихнина. Первая наша работа [321] по использованию ЯЭО для этой цели была опубликована в 2007 г.101(5а), которое, в свою очередь, передается в кольцо В и повышает вероятность его перехода вменее энергетически выгодную конформацию (B) типа “псевдованна”. Данное заключениеподтверждает сравнение результатов оптимизации геометрии конформеров (А) и (В) длястероидов (5a) и (5б) с помощью метода РМ3.
В таблице 2-7 приведены расчетные значениянаиболее характеристичных торсионных углов и межатомных расстояний для этих стероидов.Таблица 2-7.Расчетные (РМ3) значения торсионных углов (θ, град) и межатомных расстояний (r, Å) дляконформеров (А) и (В) стероидов (5a) и (5б).θ, град;Стероид (5a)Стероид (5б)r, Å(A)(B)(A)(B)C11-C9-C10-C170.098.873.398.3H9α-C9-C10-C146.718.542.718.6H9α-C9-C8-H8α46.341.647.341.69α91111αH -C -C -H59.356.959.256.811α111212αH -C -C -H60.059.959.659.6r(C1-H11α)2.39*3.192.533.30r(C1-H9α)2.51*2.402.542.51r(H7α-H15β)2.191.892.211.897α8αr(H -H )2.512.192.512.19∆E, ккал./моль**1.661.05* - r(Н1-H11α, 9α)** - разница расчетных значений теплоты образования конформеров (А) и (В).Из приведенных данных видно, что при переходе стероидов (5a) и (5б) из конформации(А) в конформацию (B) наиболее характерным является значительное увеличение торсионногоугла C11-C9-C10-C1 и соответствующее уменьшение угла H9α-C9-C10-C1.
Это сопровождаетсяувеличением межатомного расстояния r(C1-H11α) на ~0.8 Å и, соответственно,ослаблениемстерического взаимодействия между кольцами А и С. Но при этом одновременно происходитуменьшение расстояний r(H7α-H15β) и r(H7α-H8α), приводящее к усилению стерическихвзаимодействий между кольцами В и D, а также к повышению напряженности кольца В. Этоявляется одним из факторов, которые ограничивают населенность минорного конформера (В).При сравнении конформации (А) стероидов (5a) и (5б) обнаруживается небольшоеразличие торсионных углов C11-C9-C10-C1 и H9α-C9-C10-C1, характер изменения которых(увеличение первого из них на 3.3° и уменьшение второго на 4.0° в стероиде (5б)) совпадает ссоответствующими их изменениями при конформационном переходе (А)→(В).
Это находитсвое отражение в различии расчетных значений величин ∆E (∆E = Е(В) – Е(А)), которые длястероидов (5a) и (5б) отличаются на ~0.6 ккал./моль (Табл. 2-7). Следует отметить, чтоэкспериментальное значениеразницы теплоты образования конформеров (А) и (В) длястероида (5б), полученное на основании оценок населенностей РА и РВ, превышает расчетноезначение почти на 1.0 ккал/моль. Поэтому можно предположить, что для стероида (5a)102действительная разница в энергиях образования также превышает расчетное значение (1.66ккал/моль) примерно на такую же величину и, следовательно, она составляет более 2.5ккал/моль.
Это предполагает крайне низкую населенность минорного конформера (В) длястероида (5a) и невозможность его экспериментального обнаружения с помощью ЯМР.8α-Аналоги стероидных эстрогенов (6) представлены одиннадцатью соединениями (6а) –(6л), имеющими различные заместители в положениях 1, 2, 3, 4, 6β, 7α, 13 и 17β. Сравнениехарактера распределения сигналов алифатических протонов в области спектра 1.1–3.0 м.д.этих стероидов (Рис. 2-42) дает наглядное представление об изменениях химических сдвиговпротонов, находящихся в кольцах В, С и D, по сравнению с незамещенным 17β-ацетокси-3метокси-8α-эстра-1,3,5(10)-триеном (6a), которые связаны с влиянием одного или двухзаместителей. Например, замена даже пространственно удаленной метоксильной группы приС3 на ацетоксигруппу в стероиде (6д) приводит к небольшому увеличению химическогосдвига протона 9α (+0.03 м.д.) и уменьшению его для протона 11β (-0.04 м.д.), которыенаходятся вблизи ароматического кольца А.
Эти изменения выходят за пределы возможныхконцентрационных эффектов, которые обычно не превышают ±0.02 м.д. Следует такжеотметить, что характер влияния метильных заместителейпри С1 в стероиде (6б): нахимические сдвиги протонов 11β (-0.14 м.д.) и 7β (+0.13 м.д.)), при С4 в стероидах (6е): Δδ6α =-0.25 м.д., и (6ж): δ6α = -0.29 м.д., и при С7α в стероиде (6и): Δδ8α = -0.32 м.д., Δδ7β = +0.39 м.д.,Δδ15α = +0.12 м.д., Δδ15β = +0.18 м.д.,), а также этильного заместителя при атоме С13 встероидах (6ж): Δδ12α = -0.17 м.д., Δδ12β = +0.43 м.д., Δδ16β = +0.1 м.д., и (6л): Δδ12α = -0.19м.д., Δδ12β = +0.42 м.д., Δδ16β = +0.1 м.д.) совпадает с аналогичными эффектами заместителей врассмотренных выше соответствующих замещенных стероидах (1) – (5). На рисунке 2-42схематично показаны наиболее характерные изменения химических сдвигов некоторых изалифатических протонов (6β, 6α, 9α, 12α и 12β) в стероидах (6). Результаты полнойидентификации сигналов в спектрах ЯМР 1Н и13С стероидов (6a) – (6л), которая былапроведена на основании комбинированного использования данных гомо- и гетероядерныхкорреляционных методов СOSY, COSY-DQF, J-COSY, NOESY, HSQC и COLOC,представлены, соответственно, в таблицах П2-10 и П2-11 (см.
приложение П2). Проведение доказательства пространственного строения стероидов (6) оказываетсянесколько проще, чем в случае стероидов (5), поскольку наличие характерного сигналапротона 17α в области 4.6 – 4.7 м.д. (для стероида (6к) – 3.32 м.д) позволяет установить егоскалярные (17α/16α, 17α/16β) и пространственные (17α/16α, 17α/12α, 17α/14α) взаимодействияс протонами 12α, 14α, 16α и 16β. Однако, определение значений скалярных констант между103протонами кольца D для большинства стероидов (6) в значительной мере осложнено из-заблизости или совпадения химических сдвигов протонов 16β и 15α, которые образуютсильносвязанную спиновую систему. 1Рис. 2-42.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
