Диссертация (1145465), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Причиной этого является крайне неблагоприятноедля количественных оценок торсионных углов и межпротонных расстояний взаимноерасположение сигналов протонов кольца D в алифатической области (1.6 – 2.1 м.д.) спектраЯМР 1Н этого стероида (Рис. 2-61).
Наложение сигналов протонов 15α и 16α в области 1.6 –1.7 м.д., а также сигналов протонов 14α и 16β в области 1.85 – 1.95 м.д. приводит к крайнесложной для интерпретации сильносвязанной спиновой системе, в которую входят всепротоны фрагмента -С14Н-С15Н2-С16Н2-. Кроме того, синглетные сигналы протонов двухметильных групп С18Н3 и С17βН3 имеют близкие химические сдвиги, соответственно, 1.19 и1.20 м.д. Это крайне осложняет их использование для определения пространственнойориентации ближайших к ним протонов.
Тем не менее, несмотря на указанные сложности,комбинированное использование корреляционных методов (DQF-COSY, NOESY, HSQCnd и JCOSY) позволило провести полную идентификацию (включая пространственную) всехсигналов в спектре ЯМР 1Н стероида (11д) и сделать заключение о его пространственномстроении в растворе. На рисунке 2-67 представлены наиболее существенные для 140 идентификации сигналов фрагменты указанных спектров, подтверждающие отнесенияпротонных сигналов и конформационные особенности данной молекулы.При изучении стероида (11д) одной из задач являлось получение экспериментальныхдоказательств пространственного строения кольца D, которое может находиться либо вконформации “псевдокресло” (Рис. 2-67г, конформер (А)), или из-за пространственныхвзаимодействий между β-ориентированными метильными группами при С13 и С17,занимающих в кольце D аксиальные положения, переходить в менее энергетически выгоднуюконформацию “псевдованна” (Рис.
2-67г, конформер (В)). Такой конформационный переходдолжен приводить с одной стороны к изменению вицинальных констант между протонамикольца D (Рис. 2-67д), а с другой – к появлению пространственных взаимодействий (ЯЭО)между протонами метильной группы С17αН3 и метиновым протоном 14α (r17αMe-14α(B) ≈ 2.1 Å),которые в конформере (А) обнаружить практически невозможно (r17αMe-14α(A) ≈ 3.7 Å). Данноепространственное взаимодействие является наиболее “чувствительным” к присутствиюконформера (B), поскольку уменьшение межпротонного расстояния ∆r17αMe-14α по сравнению сконформером (А) составляет ~1.6 Å.
Наряду с этим, при наличии конформера (B) должноусиливаться пространственное взаимодействие между метильными протонами С17βН3 ипротоном 16α (r17βMe-16α(A) ≈ 3.7 Å, r17βMe-16α(B) ≈ 2.6 Å, ∆r17βMe-16α ≈ 1.1 Å).Рис. 2-67.Фрагменты спектров а) – J-COSY, б) – DQF-COSY и в) – NOESY (τm = 0.5 c)стероида (11д).141При изучении алифатической области спектра NOESY (Рис. 2-67в) cтероида (11д)хорошо видно отсутствие кросс-пика 17β-Ме/16α (его положение показано пунктирнымпрямоугольником), что свидетельствует об отсутствии конформера (В) или о крайне низкой (<3%) его населенности.
В то же время в области с координатами 1.11/1.92 м.д. (отмеченакружком),соответствующей17αметильной группы СпространственномувзаимодействиюмеждупротонамиН3 и метиновым протоном 14α, наблюдается достаточно интенсивныйкросс-пик, идентификация которого является неоднозначной.
Причиной этого является почтиполное перекрывание сигналов протонов 14α и 16β (см. на рис. 2-67а, проекцию на ось F2 этихсигналов в спектре J-COSY), с каждым из которых протоны метильной группы С17αН3 имеютвозможность пространственных взаимодействий. Причем взаимодействие 17α-Ме/16β можетнаблюдаться в любом из конформеров, а взаимодействие 17α-Ме/14α – только в конформере(В). Следовательно, обнаружение данного кросс-пика не может дать однозначного ответа навопрос о присутствии в растворе конформера (B), и, учитывая отсутствие кросс-пика 17βМе/16α, его происхождение следует отнести за счет прямого взаимодействия 17α-Ме/16β вконформации (А).Независимымдоказательствомсуществованиястероида(11д)врастворевконформации (А) и отсутствия показанного на рисунке 2-67г конформационного обмена (А)(В) является сравнение экспериментальных и расчетных вицинальных констант 3Jij исоответствующих торсионных углов θij между протонами кольца D (Табл.
2-11).Таблица 2-11.Расчетные (РМ3) и экспериментальные значения вицинальных констант 3JH-H (Гц) иторсионных углов θН-Н (град.) для конформеров (А) и (В) стероида (11д)Конф. А (PM3)Конф. В (PM3)Эксперимент№Hi-Hj33θ, град.J, Гц*)θ, град.θ, град.J, Гц*)θ, град.114α-15α2911.83206.83.0299214α-15β17312.620311.012.5~180315β-16α16913.0910.312.5164415β-16β563.733610.04.552515α-16α524.63359.84.055615α-16β3002.92198.54.0306*)– Получено с помощью модифицированной карплусовской зависимости [91, β-эффект].– Точность определения вицинальных констант из двумерных спектров ±0.5 Гц.**)Из сопоставления этих данных видно, что экспериментальные значения <3Jij> и <θij>достаточно хорошо (в пределах погрешности их определения) соответствуют расчетнымзначениям для конформера (A), который, следовательно, является доминирующим.
Этоособенно очевидно следует из сопоставления экспериментальных и расчетных данных дляскалярного взаимодействия между протонами 15β и 16α, которые в конформации (А)находятся (Рис. 2-67д) в транс-диаксиальной взаимной ориентации (θ15β-16α(расч.) = 169°, θ15β-14216α16α(эксп.)= 164°), а в конформации (В) – этот торсионный угол должен быть около 90° (3J15β-(расч.)= 0.3 Гц). Следовательно, при погрешности определения усредненного обменомнаблюдаемого значения <3J15β-16α> в пределах ±0.5 Гц населенность конформера (В) непревышает 4-5%. Это вполне согласуется с приведенной выше оценкой населенности РВ,сделаннойнаоснованииизмеренияЯЭОинепревышающей3%.Полученныеэкспериментальные оценки населенности минорного конформера (В) оказываются по крайнеймере в три раза меньше, по сравнению с расчетными значениями PB, полученными на основеопределения теплоты образования конформеров (А) и (В) расчетными методами ММ+ и РМ3.Согласно первому из них населенность минорного конформера РВ должна быть около 17%(∆Е(ММ+) = 0.91 ккал/моль), а согласно второму ‒ около 14% (∆Е(РМ3) = 1.02 ккал/моль).
Еслибы эти расчетные оценки были верными, то наблюдаемое значение константы <3J15β-16α>должно было бы быть примерно на 2 Гц меньше полученного экспериментального значения(12.5 Гц), а в спектре NOESY должен был бы легко обнаруживаться кросс-пик 17β-Ме/16α.Наряду с приведенными доказательствами доминирования в растворе конформера (А)стероида (11д), в качестве дополнительного независимого аргумента в пользу сделанныхвыше заключений следует обратить внимание на наличие дальней скалярной константы (~0.6Гц) между протонами метильной группы С17βН3 и протоном 16α, которая достаточно хорошорегистрируется в виде соответствующего кросс-пика 17β-Ме/16α в спектре DQF-COSY (Рис.2-67б) и характеризует их транс-диаксиальное взаимное положение в конформере (А). В тоже время для конформера (B) должно реализоваться транс-диаксиальное расположениеметильной группы С17αН3 и протона 16β, что при достаточно большой населенности этогоконформера должно приводить к наблюдению аналогичной скалярной константы 4J17α-16β ввиде соответствующего кросс-пика 17α-Ме/16β в спектре DQF-COSY.
Однако, все попыткиобнаружить указанное взаимодействие не привели к положительному результату, чтосвидетельствует о существенном преобладании конформации (А) стероида (11д). Такимобразом, в данном случае нет никаких прямых экспериментальных оснований дляподтверждения существования в растворе стероида (11д) в виде минорного конформера (В). 143Глава 3.Конформационный ЯМР-анализ других изоаналогов эстрогенов3.1. 9β-Аналоги эстрогеновПространственное строение 9β-аналогов стероидных эстрогенов в растворе былоисследовано на примере изучения четырех стероидов (12) – (15) [341, 349].Влияние структурных и конформационных особенностей каждой из этих стероидныхмолекул на положение сигналов алифатических протонов, находящихся в области 0.8 – 3.2м.д.
спектра ЯМР 1Н, представлено на рисунке 3-1, где схематично показаны наиболеехарактерные изменения химических сдвигов некоторых из сигналов.Рис. 3-1. Алифатическая область спектров ЯМР 1Н стероидов (12) ‒ (15). С помощью линийпоказаны наиболее характерные изменения положений протонных сигналов.В этих спектрах также видны изменения мультиплетности сигналов. Например, припереходе от D-гомо-9β-аналогов эстрогенов (12) и (13) к В-нор-D-гомо-9β-аналогам (14) и (15)наблюдается не только смещение почти на 0.3 м.д.
сигнала протона 9β в высокочастотную144область спектра, но и изменение его мультиплетной структуры за счет увеличения значений,по крайней мере, двух скалярных констант, что отражает конформационные изменения вобласти сочленения колец В и С.
Полная идентификация сигналов ядер 1Н и13С стероидов(12) – (15) приведена, соответственно, в таблицах П3-1 и П3-2 (см. приложение П3).Процедура идентификации сигналов в спектрах ЯМР 1Н и13С изученных D-гомо-9β-аналогов эстрогенов (12) – (15) не отличалась от аналогичного последовательногоустановления скалярных и пространственных связей между магнитными ядрами, котораяиспользовалась при изучении 8α-аналогов (1) – (11). Поэтому основное внимание приизложении доказательств пространственного строения рассматриваемых в данном разделе 9βаналогов эстрогенов уделяется определению величин протон-протонных скалярных ипространственных взаимодействий и их количественной оценке.
На рисунке 3-2а приведеныфрагменты спектра NOESY D-гомо-9β-аналога (12), на которых указаны кросс-пики, наиболееважные для определения конформационных особенностей этой молекулы, а соответствующиеимпрямыепротон-протонныевзаимодействия(ЯЭО)показаныстрелкаминаеепространственной структуре (Рис. 3-2б).Прежде всего, необходимо отметить характерные для стероида (12) пространственныевзаимодействия протона 9β с протонами 8β, 11α и 11β, сравнимая по величине интенсивностькоторых свидетельствует о соизмеримости соответствующих расстояний и, следовательно, ободинаковой β-ориентации мостиковых протонов при атомах С8 и С9 и об экваториальномположении протона 9β в кольце С. В то же время наличие кросс-пика 9β/7β (на рисунке 3-2аон обведен кружком), также как и отсутствие кросс-пика 9β/6β, однозначно указывает напсевдоаксиальную ориентацию протонов 9β и 7β в кольце В и, следовательно, наконформацию “псевдокресло” этого кольца.
С учетом пространственных взаимодействиймежду протонами метильной группы при С13 с протонами 8β, 11β и 12β можно утверждать,что кольцо С стероида (12) находится в конформации “кресло”. Это также подтверждаетсяотсутствием кросс-пика 13-Ме/9β.представляет собой “кресло”,При доказательстве конформации кольца D, котороеследует указать на пространственные взаимодействия 13-Ме/17β и между протонами в α-области данной молекулы: 17aα/16α, 17aα/14α и 17aα/12α.
Вданном случае из-за близкого расположения сигналов метильных протонов С18Н3 ипротона 15β, а также из-за перекрывания сигналов протонов 17β и 15α, не удается вявном виде обнаружить, соответственно, находящийся вблизи диагонали спектраNOESY кросс-пик 13-Ме/15β и кросс-пик 17β/15β, который перекрыт значительноболее интенсивным кросс-пиком 15β/15α.145Рис. 3-2. а) – Фрагменты спектра NOESY (τm = 0.5 с) стероида (12) и б) – егопространственная структура, на которой показаны прямые взаимодействия (ЯЭО).146Для пространственной структуры D-гомо-9β-аналога (12), которая показана на рисунке3-2б, важной отличительной особенностью является сближенность трех пар протонов: 1 ↔12α, 6α ↔ 14α, 6α ↔ 15α. Одновременное наблюдение соответствующих кросс-пиков (нарисунке 3-2а они обведены кружками) однозначно определяет пространственное строениеданной молекулы, поскольку в любой другой конформации, связанной с изменением строенияколец В или С, указанные протоны находятся значительно дальше друг от друга и появлениекросс-пиков 1/12α, 6α/14α и 6α/15α становитсяневозможным.Указанныеобнаружениявышеотдельныхсложностикросс-пиковвспектре NOESY стероида (12) практическиотсутствуютвспектреNOESYконформационно близкого к нему D-гомо-9βаналога (13), который имеет структурныеотличия(13-Et,C17a=O),приводящиексущественному перераспределению сигналовв алифатической области спектра ЯМР 1Н исоответствующему изменению расположениякросс-пиков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
