Диссертация (1145465), страница 49
Текст из файла (страница 49)
д.) и протона 12α(~1.5 м. д.) наблюдаются достаточно интенсивные и хорошо разрешенные, но аномальные познаку “обменные” кросс-пики 11α,11β/12α. Их появление является вполне объяснимым, еслипринять во внимание тот доказанный (на примере стероида (25а)) выше факт, что сигналыпротонов 11α,11β и12α в минорной конформации (В) находятся в очень узкой полосе частот(1.65 – 1.9 м. д.), а между ними существуют сильные скалярные взаимодействия с константами2J11α-11β(В) ≈ -13 Гц, 3J11α-12α(В) ≈ 4.5 Гц и 3J11β-12α(В) ≈ 12.5 Гц. Следовательно, эти три протонапредставляют собой трехспиновую сильносвязанную систему типа АВМ или даже АВС.
Врезультате перехода в конформацию (А) сильносвязаннсть между этими протонами заметноослабляется из-за значительного увеличения разницы химических сдвигов протонов 11α (1.92м. д), 11β (2.10 м. д) и протона 12α (1.29 м. д.), а также из-за существенного уменьшенияконстанты 3J11β-12α(А) ≈ 2.5 Гц.Таким образом, присутствуют все необходимые условия для реализации скалярнойрелаксации первого рода между протонами 11β и 12α в виде сильносвязанности между нимидля одного из конформеров и изменения в результате конформационного обмена константы3J11β-12α примерно на 10 Гц.
Аналогичные аргументы не могут быть использованы в отношениигеминальных протонов 11α и 11β, так как константа между ними 2J11α-11β в процессе обмена230остается неизменной. Скалярное взаимодействие между протонами 12α и 11α представляетсобой наиболее сложный случай, поскольку в любом из двух конформеров один из этихпротонов оказывается аксиальным, а второй экваториальным. Следовательно, изменениеконстанты3J11α-12α при переходе из одной конформации в другую согласно расчетам(расчетные значения [91, β-эффект]: 3J11α-12α(А) = 2.9 Гц, 3J11α-12α(А) = 3.8 Гц) не должнопревышать 1‒2 Гц. Но с другой стороны разница химических сдвигов в минорном конформере(В) между сигналами протонов 11α(В) и 12α(В) в условиях медленного обмена составляет всего0.02 м.
д. и, следовательно, сильносвязанность между ними при величине константы 3J11α-12α ≈(3 – 4) Гц оказывается примерно одного порядка, что и для протонов 11β(В) и 12α(В). Поэтому вданном случае практически невозможно точно определить какая из двух пар протонов 11β/12αили 11α/12α является причиной появления в условиях быстрого конформационного обменаположительного кросс-пика 11α,11β/12α, поскольку усредненные химические сдвиги протоновразличаются всего на 0.05 м.
д. Поэтому вполне возможно, что обнаруженный в спектреNOESY вклад скалярной релаксации первого рода в эффективную кросс-релаксацию являетсясуммарным от каждой из двух пар, а учитывая, что все три протона входят в составсильносвязанной системы АВС-типа, эти релаксационные вклады вряд ли являютсянезависимыми. Поэтому теоретическое описание скалярной релаксации 1-го рода в такойсложной ситуации вполне может являться предметом отдельного исследования и выходит зарамки данной работы.Интерес к этой проблеме носит более практический характер.
Он обусловленвозможностью использования эффектов скалярной релаксации 1-го рода в спектрах NOESYдля обнаружения и/или доказательства существования быстрого в шкале времени ЯМРхимического обмена без использования обычных низкотемпературных экспериментов ирегистрациихарактерныхспектральныхпроявленийдинамическихпроцессов.Впредставленных на рисунке 3-45 примерах эффекты скалярной релаксации наблюдаются притемпературе 50 ºС, которая примерно на 30 ‒ 40 градусов выше температуры коалесценции Tcдля большинства пар протонов.
Более того, были дополнительно проведены аналогичныерегистрации спектров NOESY стероида (25а) в ДМСО-d6 в температурном интервале от 50 до100 ºС и даже при температурах на 80 градусов выше температуры Tc аномальные по знакукросс-пики11α,11β/12α присутствовали в этих спектрах и свидетельствовали о быстромконформационном равновесии (А)(В). Следовательно, обнаружить конформационныйобмен, который сопровождается изменением величин скалярных констант, можно анализируяинтенсивность кросс-пиков в спектре NOESY. С другой стороны, использование этихспектров для получения качественной и количественной информации о межпротонных231расстояниях между скалярносвязанными протонами становится сложнее, поскольку вкладскалярной релаксации в интенсивность кросс-пика совершенно не связан с расстоянием, аопределяется амплитудой изменения скалярной константы (∆J = J(А) – J(В)), скоростьюдинамического процесса и уровнем сильносвязанности (J/(νA – νB)) протонов хотя бы в одномиз двух конформеров.
При этом наличие скалярной релаксации 1-го рода будет приводить для“малых” молекул к увеличению измеряемого расстояния, а для “больших” молекул, наоборот,к его уменьшению (Рис. 1-11).Таким образом, требование сильносвязанности протонов, являющееся необходимымусловием для реализации скалярной релаксации 1-го рода, предлагается формулировать вменее жесткой и более определенной форме, чем это делалось до сих пор (см., например, этотребование в монографии [58, с. 53], которое формулируется как “наличие сильносвязанностипротонов в условиях быстрого обмена для реализации отрицательного усиления за счетскалярной релаксации”). Из рассмотренного выше примера (Рис. 3-44) совершенно ясно, чтопоявление в условиях быстрого обмена положительного кросс-пика 11α,11β/12α связано ссильносвязанностью этих протонов только в минорной конформации (В), а в конформации (А)они представляют собой слабосвязанную систему АМХ.
Поэтому в результате обменногоусреднения химических сдвигов при температуре 50 ºС наблюдаемая (т.е. эффективная илирезультирующая) сильносвязанность между протонами 11α, 11β и 12α отсутствует, аотрицательное усиление в виде положительного кросс-пика между их сигналами в спектреNOESY наблюдается. Это объясняется тем, что эффекты скалярной релаксации, возникающиев результате модуляции скалярной константы в течение времени жизни минорногоконформера (В), как и любые другие релаксационные процессы, не могут исчезнутьмгновенно при переходе стероида (25а) в форму (A).
Поэтому наблюдается усредненное повремени отрицательное усиление даже в случае, когда время существования конформера (В)составляет всего лишь около 1/3 части общего времени жизни конформеров. Вполневозможно, что подобные аномальные эффекты при определенных условиях могут возникать ирегистрироваться при более низких населенностях минорной формы. Однако,отсутствияаналитическойзависимостимеждускоростьюскалярнойиз-зарелаксации,сильносвязанностью и населенностями конформеров, предсказать динамический диапазонэтого релаксационного явления достаточно сложно.Другим следствием скалярной релаксации 1-го рода является появление в спектреNOESY “ложных” кросс-пиков, возникающих в результате спиновой диффузии.
На рисунке3-45 в нижних фрагментах спектров NOESY стероидов (25а) и (25б) показан переноснамагниченности (ЯЭО) от протона 9α к ближайшим протонам 11α и 8α. Эти переносы232соответствуют положительной скорости кросс-релаксации (σDD > 0), возникающей из-задиполь-дипольных (DD) взаимодействий, и в спектре наблюдаются интенсивные кросс-пики9α/11α и 9α/8α отрицательной полярности, которые в нижних фрагментах выделены спомощью повышенной плотности отрицательных контурных линий.
Одновременно с этимпроисходит дальнейший перенос намагниченности к “третьему” спину (спиновая диффузия):11α → 12α и 8α → 14β, который из-за вклада скалярной релаксации (σSC < 0) реализуется сотрицательной эффективной скоростью кросс-релаксации: σэфф. = σDD + σSC < 0. В результатеэтого в спектре NOESY наблюдаются кросс-пики 9α/12α и 9α/14β отрицательной полярности,соответствующие прямому переносу 9α → 12α и 9α → 14β, соответственно, а не подвухступенчатому механизму спиновой диффузии: 9α → 11α → 12α и 9α → 8α → 14β,соответственно. Следовательно, кросс-пики 9α/12α и 9α/14β являются ложными поотношению ЯЭО, который является следствием исключительно диполь-дипольной, а нескалярной релаксации 1-го рода.Негативные последствия неправильной интерпретации ложных кросс-пиков очевидны иособенно ярко выражены для кросс-пика 9α/14β в спектре NOESY стероида (25б), показанногона рисунке 3-45б.
В этом спектре интенсивности кросс-пиков 9α/8α и 9α/14β сопоставимымежду собой, а соответствующие расстояния r9α-8α и r9α-14β в любом из конформеров (А) и (В)отличаются не менее чем в 2 раза. Следовательно, интенсивности (S) этих кросс-пиковдолжны отличаться не менее чем в 64 раза (S9α/8α : S9α/14β = 64 : 1).
Иначе говоря, кросс-пик9α/14β, если бы он отражал ЯЭО, не должен наблюдаться в этом спектре совсем. Аналогичныйложный кросс пик 9α/14β в спектре стероида (25а) оказывается примерно в 3 раза меньшекросс-пика 9α/8α, но примерно в 20 раз больше, чем должно быть для соответствующего ЯЭО.Такое различие вкладов скалярной релаксации в наблюдаемые кросс-пики 9α/14β двухблизких по строению стероидов хорошо объясняется разным уровнем сильносвязанностипротонов 8α и 14β в спектрах стероидов (25а) и (25б). Об этом свидетельствует вдвоеменьший размер пунктирного прямоугольника в спектре второго стероида (Рис.
3-45б) посравнению с аналогичным его размером в спектре стероида (25а) на рисунке 3-45а.Следовательно, если считать, что наблюдаемая величина скалярной константы 3J9α-14β в этихстероидах примерно одинаковая, то увеличение сильносвязанности в 2 раза приводит кувеличению интенсивности ложного кросс-пика 9α/14β в спектре NOESY стероида (25б) болеечем в 3 раза, по сравнению с аналогичным скалярным вкладом для стероида (25а).Таким образом, эффекты скалярной релаксации 1-рода в спектрах NOESY с однойстороны искажают информацию о расстояниях между протонами, а с другой – являются233прямым доказательством существования быстрого в шкале времени ЯМР обменного процесса,в результате которого происходитизменение во времени величин скалярных констант,лежащее в основе этого механизма релаксации. Поэтому количественный анализ спектровNOESY химических соединений, содержащих в своих протонных спектрах сильносвязанныеспиновые системы, является чувствительным инструментом для обнаружения быстрых вшкале времени ЯМР равновесных динамических процессов.
При этом требованиесильносвязанности двух или нескольких протонов относится только к одному изконформеров, который не обязательно является доминирующим.234Глава 4.4.1.4.1.1.Конформационный ЯМР-анализ модификаций эстрогенов сдополнительными двойными связямиТетраены6-Оксаэстра-1,3,5(10),8(9)-тетраеныИсследованиепространственногостроения6-оксаэстра-1,3,5(10)8(9)-тетраеновврастворе c помощью спектроскопии ЯМР представлено на примерах изучения трех 7αметилзамещенных стероидов (26) [352, 356, 357], имеющих различные заместители вположениях 3 и 13, а также двух D-гомоаналогов (27) [357, 358], имеющих различную (α илиβ) ориентацию метильной группы в положении 7.Распределение сигналов в алифатической области спектров ЯМР 1Н этих молекулпредставлено на рисунке 4-1, на котором указаны наиболее существенные измененияположений этих сигналов, связанные со структурными особенностями каждого из стероидов. Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
