Диссертация (1145465), страница 4
Текст из файла (страница 4)
П1-1).Точность расчета вицинальных констант с помощью общего уравнения /2/ без учета β-эффектазаместителей составляет ~ ±0.84 Гц.Следует отметить, что соотношение /2/ кроме зависимости от торсионного углаучитывает электроотрицательность заместителей и ориентацию каждого из заместителейотносительно взаимодействующих протонов. Кроме того, разные наборы эмпирических18параметров Рi для случаев двух, трех и четырех заместителей обеспечивают лучшее значениесреднеквадратичного отклонения (параметр sd), чем в случае использования общегоуравнения.
Имеются также варианты использования как атомных (по шкале Хьюггинса), так игрупповыхэлектроотрицательностей[92,93],атакжевозможностьучетаэлектроотрицательностей заместителя в β-положении. Модификация HLA прошла апробациюна примере анализа данных для монозамещенных циклогексанов и в различных вариантахактивно использовалась в настоящей работе.2.Модификация СJG (Colucci W. J., Jungk S. J., Gandour R. D.) /3/ содержит только 4варьируемых (∆S1-4) и 3 фиксированных (A, B, C) параметра [94]:3J(θ) = A + Bcosθ + Ccos2θ + cosθ[(ΔS1 + ΔS4)cos(θ-120) + (ΔS2 + ΔS3)cos(θ+120)],/3/где ΔS1-4 - эмпирические параметры, характеризующие групповую электроотрицательностьзаместителей R1-4 в этановом фрагменте R1R2HC-CHR3R4.
Однако, предложенные авторамипараметры ΔSi, необходимо определять экспериментально, что существенно усложняетпрактическое использование этой модификации. Точность определения расчетных значенийвицинальных констант с помощью уравнения /3/ по данным его авторов составляет ±0.88 Гц.3.В 1989 году Имаи и Осава [95, 96] предложили свой вариант соотношения Карплуса/4/:3J(θ) = Acosθ + Bcos2θ + Ccos3θ + Dcos22θ + W(Ecosθ∑ΔExicosφi + F∑ΔExicos2φi+ G∑ΔExi) + H{Θ1 + Θ2)/2 – 110}+I(rC-C – 1.5) + K∑ΔExjβcos2Ψj +Lr-4 +M,/4/где A, B, C, D, E, F, G, H, I, K, L, M и W ‒ эмпирические параметры; Θ1 и Θ2 ‒валентные углы Н-С-С для двух протонов в этановом фрагменте R1R2HC-CHR3R4, междукоторыми проводится оценка торсионного угла θ; φi ‒ торсионный угол между протоном изаместителем Ri; rC-C ‒ длина С-С связи в этановом фрагменте R1R2HC-CHR3R4; Ψjторсионный угол между протоном и j-м β-заместителем; ΔExi, ΔExjβ ‒ групповыеэлектроотрицательности [92, 93] заместителей в α- и β-положениях к протону; r -расстояниемежду протонами в этановом фрагменте.
Точность определения расчетных значенийвицинальных констант с помощью уравнения /4/ составляет ±0.33 Гц. Несмотря на болеевысокую точность предсказания значений вицинальных констант это уравнение оказываетсяизлишне громоздким и не нашло широкого распространения. Одной из причин этого являетсяиспользование групповых электроотрицательностей заместителей в этановом фрагменте, атакже необходимость их предварительного определения. В этом отношении уравнение /2/оказывается значительно более удобным, поскольку групповая электроотрицательность может19быть вычислена на основе хорошо известных атомных электроотрицательностей Хьюггинса.Поэтому в настоящей работе использовалась модификация HLA /2/ c соответствующиминаборами параметров Рi для конкретного этанового фрагмента стероидной молекулы.
Этообеспечивало компромиссное соотношение между точностью и удобством вычислений 3JH-H[97, 98]. Литературупоиспользованиюкарплусовскойзависимостидляустановленияпространственного строения стероидных или других близких по строению полициклическихмолекул можно условно разделить на два сорта. В большинстве работ зависимость 3JH-H = ƒ(θ)используется на качественном (описательном) уровне. Например, указываются вицинальныеконстантымеждунекоторымитранс-диаксиальными,аксиально-экваториальнымииэкваториально-экваториальными протонами в кольцах А, В и С, на основании которыхделается вывод о конформации этих колец в изучаемом стероиде [99, 100]. Авторы другогосорта работ проводят более точное измерение констант и проводят их сопоставление срасчетными данными и результатами РСА для набора структурно близких молекул. В однойиз таких работ [101] было установлено, что экспериментальные вицинальные константымежду диаксиальными протонами в кольцах А, В и С стероидов всегда больше, чеманалогичные константы, включающие мостиковые протоны.
Причем, это не подтверждаетсяни одним из известных методов расчета и, следовательно, требует специального изучения.Кроме того, было обнаружено, что 3J15α-16α всегда меньше, чем 3J15β-16β, хотя соответствующиеторсионные углыпрактически равны между собой. Авторское объяснение этойзакономерности в пространственном перекрывании С-Н орбиталей в пятичленном кольце D. Благодаря успехам в развитии методов ЯМР-регистрации к началу 2000 гг. в отношенииизмерения скалярных констант возникла новая довольно любопытная ситуация: точность ихизмерения стала значительно превосходить возможности методов расчета. Высокая точностьизмерения констант стала возможной с появлениемразличных методов упрощенияпротонных спектров, в том числе методов инверсной регистрации [41].
В результате можнодаже очень сложный спектр ЯМР 1Н получить в виде суперпозиции нескольких более простыхподспектров и в каждом из них измерить величины всех скалярных констант [102].Процесс создания и апробации новых более точных вариантов уравнения Карплусатребует огромных усилий и времени. Поэтому можно обозначить два выхода из сложившейсяситуации.
Первый из них заключается в подборе параметров в одном из существующихметодов расчета на основе уже имеющихся точных экспериментальных значений 3JH-H(эксп.) длякаждого из этановых фрагментов близких по строению стероидных молекул (изоаналогов) и20использование этих параметров при получении расчетных значений 3JH-H(расч.) для того жесамого этанового фрагмента. Этот подход можно определить как “локальная (илифрагментная) параметризация уравнения Карплуса”, при котором теряется общность, ноповышается точность предсказания 3JH-H(расч.). Это конечно долгий и трудоемкий путь.
Второйподход предполагает определение относительных изменений величин констант и торсионныхуглов для двух близких по строению стероидов и попарное сопоставление этих расчетных иэкспериментальных относительных величин между собой. При этом в случае не оченьсильныхразличиймеждусравниваемымиконформациямиэтихстероидоввкладсистематических ошибок должен нивелироваться. Если этого не происходит, то одной извероятных причин может являться динамическое конформационное равновесие в одном (илидаже в каждом) из сравниваемых стероидов. Второй подход не требует дополнительной итрудоемкой процедуры оптимизации параметров зависимости 3JH-H = ƒ(θ), но предполагаетотносительно небольшое (в пределах 10 – 15 º для торсионного угла θ) различие впространственном строении сравниваемых стероидов.Таким образом, усилиями нескольких групп авторов, которые предложили различныеварианты описания карплусовской зависимости (см. уравнения /1/ ‒ /4/), к началу 80-ых гг.была решена проблема количественного описания конформации молекул с помощьюсопоставления экспериментальных и расчетных значений вицинальных констант 3JH-H.
Нообращает на себя внимание тот, казалось бы, очевидный факт, что сравнивать нужно невеличиныконстант,вицинальныхаконстант)экспериментальныеирасчетные(т.е.полученныеизэкспериментальныхзначенияторсионныхуглов.Ведьхарактеркарплусовской зависимости нелинейный: вблизи углов 0, 90, 180 и 270 ° вицинальнаяконстанта 3Jij слишком слабо зависит от угла θ, тогда как в промежутках между этими угламизависимость3Jij = ƒ(θij) оказывается максимально чувствительной к изменению θij. Поэтомувесь массив полученных значений {3Jij}и{θij} более корректно разделить на дверазличающиеся по чувствительности части и проводить сопоставление, как констант, так иторсионных углов, только для каждой из этих частей.
Возможно, это поможетобъяснитьнекоторые систематические несоответствия расчетных и экспериментальных значений [101].Именно такой подход использовался в настоящей работе. Кроме того, для устранениясистематических ошибок в определении вицинальных констант и торсионных углов активноиспользовалось сопоставление не абсолютных экспериментальных и вычисленных ихзначений, а относительных изменений этих параметров при сравнении двух близких построению стероидов.211.3.Использование ЯЭО в конформационном анализе стероидовВторой независимый способ количественного описания пространственного строениямолекул в растворе основан на определении значений межпротонных расстояний с помощьюЯЭО.
Первая работа по экспериментальному подтверждению зависимости между ЯЭО имежпротонными расстояниями была проведена на примере изучения нескольких стероидныхмолекул и опубликована еще в 1970 году [103]. Однако, до начала 90-х гг. все использованияЯЭО в конформационном анализе молекул с молекулярным весом, не превышающим 400 –500, проводились только на качественном уровне без определения значений самих расстоянийи их сопоставления с результатами других методов.
Такое положение существенно отличалосьот многочисленных примеров получения количественных оценок расстояний в большихбиоорганических молекулах [104‒107]. Основные причины такого положения хорошоизвестны. Среди них в первую очередь следует отметить то обстоятельство, что для большихмолекул выполняется соотношение ωоτс >> 1, и наблюдаемый ЯЭО в условиях пределаспиновой диффузии, оказывается значительно более сильным по сравнению с его значениямив пределе экстремального сужения линий (ωоτс << 1), в котором находятся молекулы смолекулярным весом менее 500, такие как стероиды.
Во вторых, время спин-решеточнойрелаксации протонов в биоорганических молекулах значительно короче, чем для стероидов,для которых на резонансных частотах (300 – 500) МГц оно составляет обычно от 0.5 до 1.5 с.Следовательно, проводить накопление для получения приемлемого соотношения сигнал/шум,необходимого для хорошего количественного интегрирования, в случае малых стероидныхмолекул оказывается значительно сложнее, так как необходимо обеспечить выполнениетребования для релаксационной задержки: D1 > 5T1max. Таким образом, период повторенияэкспериментов в случае стероидов должен быть не меньше 7.5 с. Аналогичный интервал длябиоорганических молекул составляет лишь доли секунды и определяется только временемвыборки данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
