Диссертация (1145465), страница 37
Текст из файла (страница 37)
= 2.32 Гц < 3J6β-7βрасч. = 4.27 Гц.Рис. 3-16. Фрагменты спектра DQF-COSY стероида (16), содержащие кросс-пики протонов 7β(справа) и 7α (слева). В центре показан фрагмент кольца В этой молекулы, на которомстрелками указаны все (2,3JH-H) скалярные взаимодействия этих протонов. На спектрах спомощью F1-разрезов показан анализ противофазной мультиплетной структуры кросс-пиков.Аналогичная ситуация имеет место и при сопоставлении наблюдаемых и расчетныхконстант 3J6α-7α и 3J6β-7α. Значения первых из них были определены из сравнительного анализаF1-разрезов кросс-пиков 6α,6β/7α, 7β/7α и 8β/7α (см. рис. 3-16, справа), который показывает,что 3J6α-7αнабл.
≈ 3J6β-7αнабл. = 9.0 Гц, поскольку расстояние между внешними компонентамипротивофазного триплета (т.е. 3J6α-7αнабл. + 3J6β-7αнабл.), наблюдаемого на F1-разрезе кросс-пика6α,6β/7α, составляет 18.0 Гц. В то же время расчетные абсолютные значения этих констант иих соотношение оказываются совершенно иными: 3J6α-7αрасч. = 4.21 Гц < 3J6β-7αрасч. = 13.15 Гц.Таким образом, выявленное несоответствие между наблюдаемыми значениямивицинальных констант в этановом фрагменте Н2С6-С7Н2 стероида (16) и их расчетнымивеличинами однозначно свидетельствуют о крайне сильных проявлениях эффектовсильносвязанности протонов при атоме С6 на мультиплетные структуры сигналов протонов 7αи 7β. Следовательно, единственным способом точного определения действительныхэкспериментальных значений этих констант является полная симуляция подспектра ЯМР 1Нэтанового фрагмента Н2С6-С7Н2 с учетом всех других скалярных взаимодействий (включаядальние) и его сопоставление с соответствующим фрагментом экспериментального спектра.Такой подход, основанный на последовательном варьировании параметров расчетного (т.е.симулируемого)подспектра,даетвозможностьопределенияоптимальногонаборадействительных значений всех скалярных констант (включая 3JH-H) и получения точного173положения сигналов сильносвязанных протонов, принадлежащих АВ-части спиновых системтипа ABХ.
При симуляции подспектра фрагмента Н2С6-С7Н2 для сокращения числа итерацийиварьируемыхпараметроввкачествеисходныхданныхбылииспользованыэкспериментальные химические сдвиги 9-ти скалярносвязанных протонов колец В и А: 6α, 6β,7α, 7β, 8β, 9α, 4, 2 и 1, а также экспериментальные или расчетные значения констант2-6JH-Hмежду ними. Поскольку последние 5 протонов являются слабосвязанными с протонамифрагмента Н2С6-С7Н2 и между собой (т.е. для них выполняется соотношение ∆νij ≥ 5Jij), товарьируемыми параметрами являлись только химические сдвиги протонов 6α и 6β, а также 4вицинальные константы между протонами при атомах С6 и С7. Кроме того, при варьированииэтих констант учитывались полученные из спектра DQF-COSY наблюдаемые суммарныезначения: 3J6α-7βнабл.
+ 3J6β-7βнабл. = 8.0 Гц и 3J6α-7αнабл. + 3J6β-7αнабл. = 18.0 Гц, которые в спиновыхсистемах типа ABX не зависят от эффектов сильносвязанности и, следовательно, позволяютдополнительно сократить число варьируемых параметров.Результаты использования симуляций подспектра этой 9-ти спиновой системыпредставлены на рисунке 3-17 и в таблице 11-3 в виде, соответственно, сравнения отдельныхфрагментов оптимального расчетного спектра (1 – на рисунке 3-17, “а” - “в”) сэкспериментальными данными (2 – F1-разрезы кросс-пиков в спектре COSY-DQF на рисунке3-17, “а” и “б”; ЯМР1Н – “в”) и набора полученных при этом действительныхэкспериментальных констант 3JH-Hэксп., которые существенно отличаются от их наблюдаемыхзначений 3JH-Hнабл..Необходимо отметить, что помимо основной задачи расчетные спектры позволяютвыявить более тонкие проявления эффектов сильносвязанности на сигналах протонов 7α и 7β,чем это можно наблюдать с помощью спектра COSY-DQF.
Так, например, сравнениесимулированного сигнала протона 7β (спектр 1 на рис. 3-17а) с F1-разрезом кросс-пика 8β/7β(спектр 2 на рис. 3-17а) наглядно свидетельствует о том, что из-за сравнительно невысокойразрешающей способности двумерного спектра по оси F2 отсутствует возможностьэкспериментального наблюдения всех 16-ти линий мультиплетной структуры этого сигнала,которые отчетливо видны в симулированном спектре 1.
Это означает, что сделанный ранеепредварительный вывод на основании анализа спектра COSY-DQF о равенстве33J6α-7βнабл. =J6β-7βнабл. = 4.0 Гц носит весьма приближенный характер и в бòльшей степени относится квысокочастотной (т.е. правой) половине этого мультиплетного сигнала. Эту небольшуюасимметрию в расположении центральных линий триплетных сигналов в правой и левойчастях мультиплетного сигнала протона 7β (схематично показано в нижней частисимулированного спектра 1 на рис. 3-17а), обусловленных геминальной константой 2J7α-7β = -17412.8 Гц, на разрезе кросс-пика 8β/7β (см.
спектр 2 на рисунке 3-17а) можно заметить лишь приочень внимательном его рассмотрении: центральные компоненты правых триплетовоказываются чуть-чуть шире, чем левых.Рис. 3-17. Сравнение экспериментальной (2) и симулированной (1) мультиплетной структурысигналов протонов а) – 7β, б) – 7α и в) – 6α и 6β в спектре ЯМР 1Н стероида (16). В качествеэкспериментального спектра в случаях (а) и (б) использованы F1-разрезы кросс-пиков 8β/7β и8β/7α в спектре COSY-DQF, соответственно, а в случае (в) – спектр ЯМР 1Н, полученный спомощью Лоренц-Гауссового преобразования сигнала свободной индукции.
г) – фрагментмолекулы этого стероида, включающий 9 протонов колец А и В, для которых проводиласьсимуляция спектра ЯМР 1Н, с указанием всех скалярных взаимодействий с помощью стрелок.Аналогичная асимметрия в положениях линий наблюдается также и в мультиплетнойструктуре сигнала протона 7α. Это хорошо видно на рисунке 3-17б благодаря какасимметричному расположению линий в симулированном сигнале (спектр 1, схема для левойи правой частей мультиплетного сигнала показана внизу), так и в его экспериментальномварианте – F1-разрезе кросс-пика 8β/7α (спектр 2 на рис. 3-17б). Таким образом, асимметриямультиплетного сигнала протона 7α, которая наблюдается в более явном виде, чем на сигнале175протона 7β, является наиболее удобным критерием для оценки степени совпадениясимулируемого и экспериментального спектров. Кроме того, эта асимметрия косвенноуказывает на небольшое различие химических сдвигов перекрывающихся протонов 6α и 6β(AB-часть спиновых систем АВХ).
В результате варьирования разницы химических сдвиговэтих протонов в небольших пределах (±0.015 м.д., ∆ν6α,6β = ±4.5 Гц), получены ихдействительные значения: δ6α = 2.835 м.д. и δ6β = 2.825 м.д., при которых наблюдаетсянаилучшее совпадение мультиплетных структур не только расчетных и экспериментальныхспектров Х-протонов 7α и 7β, но и перекрывающихся сигналов протонов 6α и 6β (Рис. 3-17в),принадлежащих АВ-части двух рассматриваемых сильносвязанных систем типа АВХ. Впоследнемслучаехорошовиднопрактическиполноесовпадениерасчетнойиэкспериментальной структуры расщепления линий, обусловленной дальними скалярнымивзаимодействиями протонов при атоме С6 с протонами ароматического кольца 2, 4 (6J6α-2 = 0.4Гц, 6J6β-2 = 1.2 Гц,4J6α-4 = 0.9 Гц, 4J6β-4 = 0.9 Гц) и протоном 9α (5J9α-6β = 1.2 Гц), а такжеотчетливо проявляются слабые по интенсивности внешние компоненты АВ-структурыкаждого из этих сигналов (2J6α-6β = -16.6 Гц), которые на рисунке 3-17в отмечены звездочкой(*), а на экспериментальном спектре 2 дополнительными вертикальными стрелками.Дальние скалярные взаимодействия (4-6JH-H) протонов 6α и 6β вместе с вицинальными игеминальными взаимодействиями (2,3JH-H), которые учитывались при симуляции спектраэтановогофрагментадвойнымистрелкамиНеобходимоН2С6-С7Н2,наотметить,чтопоказанырисунке3-17г.ароматическиепротоны 2 и 4, также как протоны 7α и 7β,являются Х-частями сильносвязанных системАВХ (Рис.
3-18) и для их сигналов такжехарактернонаблюдаемое“усреднение”скалярных констант с АВ-протонами 6α и 6β исоответствующаявзаимодействийрегистрацияввидеэтихтриплетногорасщепления каждой из компонент сигналов Хпротонов 2 и 4 (см. рис. 3-15а, спектр 1).Рис. 3-18. Фрагмент схемы скалярногосвязывания протонов стероида (16) испиновые системы типа АВХ в спектреЯМР 1Н этого стероида.Именно это явилось причиной выбора длясимуляции не равных между собой значений констант: 6J6α-2 = 0.4 Гц, 6J6β-2 = 1.2 Гц, которыенаиболее характерны для скалярных взаимодействий протона 2, соответственно, сэкваториальным (6α) и аксиальным (6β) протонами. При этом сумма констант соответствует176величине наблюдаемого расщепления между крайними компонентами этих триплетов: 6J6α-2 +6J6β-2 = 1.6 Гц.Аналогичным образом была решена задача по определению значений вицинальныхконстант в этановом фрагменте Н2С15-С16Н2, находящемся в 5-членном кольце D.Необходимостьиспользованиясимуляциипротонногоспектраданногофрагментаобъясняется перекрыванием сигналов скалярно связанных протонов 15α и 16β (АВ-часть).Это, также как в предыдущем случае, приводит к характерным искажениям мультиплетнойструктуры сигналов протонов, принадлежащих Х-части спиновой системы АВХ.
В данномслучае, из-за нахождения сигналов протонов 15α, 16α и 16β в перекрывающейся области 2.0 2.5 м.д. наблюдение эффектов сильносвязанности наиболее удобно регистрировать насигналах X-протонов 14α и 15β (Рис. 3-19), находящихся в свободной области спектра,соответственно, при 1.75 и 1.96 м.д.Рис. 3-19. Сравнение экспериментальной (3) и симулированной (1, 2) мультиплетнойструктуры сигналов протонов а) – 15β, б) – 14α в спектре ЯМР 1Н стероида (16). Длясравнения симулированные спектры показаны 1) – без учета и 2) – с учетом эффектовсильносвязанности. В спектрах (2) и (3) звездочками (*) и стрелками (↓) отмеченыкомбинационные линии, появление которых в спектре, а также их положение иинтенсивность, связаны с характером сильносвязанности спиновой системы.Даже при качественном сравнении экспериментальных спектров этих протонов хорошовидно, что эффекты сильносвязанности наиболее явно выражены на сигнале протона 15β посравнению с 14α, поскольку первый из них имеет достаточно сильные скалярныевзаимодействия с каждым из АВ-протонов (2J15β-15α = -12.8 Гц, 3J15β-16αрасч.
= 8.9 Гц), а второй –лишь с одним из них: 3J14α-15αнабл. = 6.5 Гц. Это различие особенно заметно при сравнении двухрасчетных спектров протонов 15β и 14α, полученных с учетом (спектр 2) и без учета (спектр1) эффектов сильносвязанности. Если для протона 14α эффекты сильносвязанностипроявляются лишь в появлении нескольких небольших по амплитуде комбинационных линий,которые на рисунке 3-19б отмечены звездочкой (*), то для протона 15β (Рис. 3-19а), наряду сэтим, происходит практически полное изменение положений и интенсивностей всех линий177мультиплетногосигнала.Такимобразом,сигналпротона15βявляетсякрайнечувствительным к эффектам сильносвязанности и, следовательно, более предпочтителен дляиспользования в качестве критерия при установлении оптимального набора параметров(включая3Jij) на основе сравнениясимулируемых и экспериментальныхспектров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
