Диссертация (1145465), страница 48
Текст из файла (страница 48)
В минорномконформере (В), в котором протон 7β является аксиальным, дублетная структура сигнала226протона 8α(В) определяется их транс-ориентацией (3J8α-7β(В) = 10.5 Гц), а дублетная структурасигнала протона 14β(В), который в кольце D конформера (В) занимает аксиальное положение,определяется его скалярным взаимодействием с соседним аксиальным протоном 15α(В).Результатыизученияскалярныхконстантдлядоказательствахарактераконформационного обмена в растворе стероида (25А) полностью подтверждаются идополняются независимым исследованием пространственных взаимодействий в условияхмедленного обмена с помощью спектроскопии NOESY при -40 ºС.
Наиболее значимые в этомотношении ЯЭО показаны на рисунке 3-44г с помощью прямых линий, соединяющих парыпротонов, между которыми в конформациях (А) и (В) были обнаружены кросс-пики,свидетельствующие об их пространственной сближенности. Сопоставление наборов такихвзаимодействий для конформеров (А) и (В) на качественном и полуколичественном уровненаходится в полном соответствии с их расчетными (ММ+) молекулярными структурами.Длядоминирующегоконформера(А)можновыделитьследующиенаиболеехарактерные пространственные взаимодействия: 7β/8α, 7β/15α, 7β/14β, 9α/7α-Ме, 9α/11α и9α/11β, а также 17аα/11α, 17аα/16α и 18/12α, 18/15β, 18/14β и 18/17β.
Кроме того, для этогоконформера характерно значительное различие между расчетными (ММ+) расстояниями r1-9α(2.98 Å,) и r1-11β (2.14 Å). Это различие подтверждается экспериментальным соотношениеминтегральных интенсивностей соответствующих кросс-пиков: S1/9α : S1/11β = 1 : 3.6.Для минорного конформера (В) аналогичное сопоставление расчетных расстояний r1-9α(2.55 Å, ММ+) и r1-11α (2.43 Å) с соответствующими экспериментальными интенсивностямикросс-пиков S1/9α : S1/11α = 1 : 0.86 свидетельствует о достаточно хорошем качественномсоответствии расчетных и экспериментальных данных. Наряду с этим для конформера (В)характерны следующие пространственные взаимодействия: 9α/12α, 17аα/12β, 18/12β, 18/11β,18/7β, а также 7β/11β и 9α/11α.Такимобразом,всеперечисленныевышескалярныеипространственныевзаимодействия согласуются между собой и приводят к выводу, что доминирующийконформер (А) стероида (25а) имеет “двухэтажное” пространственное строение, а приконформационном переходе происходит одновременное изменение пространственногостроения колец В, С и D, в результате которой этот стероид переходит в менее энергетическивыгодную “плоскую” конформацию (В).
Аналогичным образом в растворе существует истероид (25б), полный анализ спектров которого во многом совпадает с изложенным вышеанализом данных ЯМР стероида (25а). Но даже небольшие различия в положении сигналовалифатических протонов и/или сигналов углерода-13 в спектрах ЯМР 1Н и13С в некоторыхслучаях упрощают интерпретацию данных каждого из этих стероидов. Следует также227отметить, что 6-окса-D-гомо-8α,14β-аналоги стероидных эстрогенов (25) в спектральномотношении оказались удобнее для изучения конформационного равновесия, чем 8α,14β-аналог(24).
Более того, уже при температурах ниже 0 ºС для большинства пар протонов выполняетсяусловие медленного обмена, а при температурах ниже -20 ºС исчезают все спектральныепроявления динамического процесса. Поэтому изучение стероидов (25) проводилось в болееудобном температурном интервале по сравнению с изучением стероида (24) и не требовалоиспользования других растворителей с низкой температурой замерзания, кроме CDCl3.На основании изучения температурной зависимости скалярной константы <3J12β-11α>,которая может быть достаточно точно определена на сигнале протона 12β в области 0.9‒1.1м.д.
(Рис. П3-5 в приложении П3) для стероида (25а) были получены следующиетермодинамические параметры конформационного обмена: ∆H = (0.88 ± 0.02) ккал/моль, ∆S =(1.24 ± 0.06) кал.моль.-1град.-1, ∆E(298) = (0.51 ± 0.02) ккал/моль. График зависимости lnK =f(1/T) для стероида (25а) показан на рисунке П3-8 в приложении П3.Для стероида (25а) были определены температуры коалесценции Тс в интервале от 261до 333 ºС для 5 пар протонных и 21 пары углеродных сигналов (Таблица П3-16 в приложенииП3).
Для температуры коалесценции 298 ºК сигналов атома углерода С4 (∆ν = 121 Гц) былоопределено значение ∆Р = РА - РВ = 0.41 и получены следующие значения свободных энергийактивации: ∆GA≠(298) = (14.7 ± 0.2 ) ккал/моль; ∆GВ≠(298) = (14.2 ± 0.2) ккал/моль.Аналогичные образом были получены термодинамические и кинетические параметрыдля стероида (25б). При определении константы равновесия в области низких температур (от-10 до -40 ºС) использовалось интегрирование пар сигналов, принадлежащих четыремодинаковым протонам (9α, 7β, 17аα и 1) в формах (А) и (В), а при высоких температурах (от 30до 60 ºС) для этой цели использовалось положение в спектре усредненного обменом сигналапротона 9α с учетом температурного дрейфа сигналов этого протона в формах (А) и (В).
Врезультате для стероида (25б) были получены следующие термодинамические параметрыконформационного обмена: ∆H = (0.79 ± 0.04) ккал/моль, ∆S = (1.5 ± 0.1) кал.моль.-1град.-1,∆E(283) = (0.36 ± 0.02) ккал/моль. График зависимости lnK = f(1/T) для стероида (25б) показанна рисунке П3-8 в приложении П3. Для температуры коалесценции 283 ºК сигналов протона9α (∆ν = 79 Гц) было определено значение ∆Р = РА - РВ = 0.3 и получены следующие значениясвободных энергий активации: ∆GA≠(283) = (14.02 ± 0.2) ккал/моль; ∆GВ≠(283) = (13.67 ± 0.2)ккал/моль.
Максимальный эффект обменного усреднения при температуре 298 ºК наблюдаетсядля сигналов атома углерода С5 (∆ν = 134 Гц). Для этой температуры было определенозначение ∆Р = РА - РВ = 0.28 и получены следующие значения свободных энергий активации:∆GA≠(298) = (13.93 ± 0.2) ккал/моль; ∆GВ≠(298) = (13.57 ± 0.2) ккал/моль. Эти результаты для228стероида (25б) практически совпадают с приведенными выше данными для стероида (25а).Для стероида (25б) наблюдается лишь небольшое снижение величины ∆Н и повышениевеличины ∆S, что в результате приводит к небольшому понижению разницы между полнымиэнергиями конформеров (А) и (В). Существует также небольшое различие (~0.7 ккал/моль) всвободных энергиях активации.Изучение протонных спектров ЯМР при высоких температурах с целью получениятермодинамических и кинетических характеристик конформационного обмена дало еще одиннеожиданный результат.
Впервые в явном виде в условиях быстрого в шкале времени ЯМРбыл обнаружен вклад скалярной релаксации 1-го рода в интегральную интенсивность кросспиков в спектрах NOESY, приводящий даже к изменению знака наблюдаемого ЯЭО напротивоположный. Этот феномен показан на рисунке 3-45, где представлены алифатическиеобласти спектров NOESY стероидов (25а) и (25б) при температуре 50 ºС, которая превышаеттемпературу коалесценции Тс длялюбого из протонов, чьи сигналы расположены врассматриваемом диапазоне 0.8 ‒ 2.5 м. д. и являются усредненными за счет быстрогоконформационного обмена (А)(В).Рис.
3-45. Фрагменты спектров NOESY (τm = 0.5 c) стероидов а) – (25а) б) – (25б) притемпературе 50 ºС в CDCl3. В верхних и нижних фрагментах используются разные плотностиположительных и отрицательных контурных линий. В нижних фрагментах с помощьюстрелок показан последовательный перенос намагниченности от протона 9α сположительными и отрицательными скоростями кросс-релаксации σ.Тем не менее, в этих спектрах наблюдаются, по крайней мере, две пары кросс-пиковположительной (т. е. совпадающей с диагональными сигналами) полярности, которые принахождении изучаемых молекул в условиях экстремального сужения линий (ωоτс < 1)229формально соответствуют отрицательному ЯЭО.
Одновременно с этими аномальными кросспиками, которые выделены повышенной плотностью контурных линий и показаны с помощьюдвух прямоугольных рамок, в спектрах NOESY достаточно много обычных кросс-пиковотрицательной полярности по отношению к диагональным сигналам, которые в данныхусловиях соответствуют нормальному положительному эффекту Оверхаузера.
Следовательно,чтобы дать объяснение этому экспериментальному наблюдению необходимо, прежде всего,сделать отнесения сигналов, между которыми наблюдаются кросс-пики с аномальнойполярностью. Однако прямой путь идентификации сигналов с помощью обычныхкорреляционных методов не является надежным, поскольку корректная интерпретацияспектра NOESY, являющегося одним из основных методов конформационного анализа, вданных условиях оказывается крайне сложной задачей.
Поэтому для идентификации сигналовалифатических протонов в условиях быстрого конформационного обмена были использованыотнесения, сделанные в спектре каждого из конформеров (А) и (В) в условиях медленногообмена (Рис. 3-43). Поскольку химические сдвиги усредненных сигналов линейно зависят отнаселенностей конформеров, а величины РА и РВ при температуре 50 ºС были определены приоценке термодинамических параметров, то положение сигналов в спектре ЯМР 1Н былоустановлено так, как это показано в верхней части рисунка 3-43. Таким образом, несмотря набольшую разницу между химическими сдвигами протонов 11α, 11β (~2.0 м.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
