Диссертация (1145465), страница 57
Текст из файла (страница 57)
4-19. а) – Фрагмент спектра NOESY (τm = 0.5 с) тетраена (29) и б) – пространственнаяструктура его наиболее устойчивого конформера (А), на которой двойными стрелкамипоказаны обнаруженные прямые межпротонные взаимодействия (пунктирной стрелкойпоказано взаимодействие 7α-Ме/16α, соответствующий кросс-пик для которого в спектреотмечен звездочкой – *). в) – Равновесие между конформерами (А) и (В), на которыхсплошными стрелками показаны скалярные взаимодействия 12β/11α и 12β/14β, апунктирными – прямые взаимодействия 7α-Ме/16α (указаны расчетные (ММ+) значениясоответствующих расстояний r7α-Ме–16α(А) и r7α-Ме–16α(В)).
Слева и справа приведенывысокочастотные фрагменты мультиплетных сигналов протонов 11α и 12β при разныхтемпературах, а с помощью пунктирных линий показаны изменения величин скалярныхконстант 3J11α-12α, 3J11α-12β и 4J12β-14β.268Такое различие экспериментальных и расчетных данных дает возможность сделатьпредположение о присутствии в растворе достаточно большого количества конформера (В),для которого характерно обратное соотношение этих межпротонных расстояний: r1-11α(В) = 2.68Å > r1-11β(В) = 2.33 Å.Следовательно, в этом случае экспериментальное соотношениеинтенсивностей кросс-пиков 1/11α и 1/11β соответствует присутствию 20.5 % конформера (В),для которого расчетное соотношение этих интенсивностей составляет 0.43 : 1.Другим независимым доказательством существования в растворе конформера (В)тетраена (29) являются обнаруженные в спектре NOESY кросс-пики 13-Ме/12α и 7α-Ме/16α.Их присутствие противоречит наиболее энергетически выгодной конформации (А), посколькудля нее расчетные расстояния r13-Me–12α и r7α-Me–16α составляют 3.7 Å и 4.7 Å, соответственно.При этом наблюдаемая интегральная интенсивность, например, кросс-пика 7α-Ме/16α (на рис.4-19а отмечен звездочкой – *) более чем в 5 раз превышает ее расчетное значение.
Такимобразом, наблюдение в спектре NOESY тетраена (29) этих кросс-пиков дает дополнительныевеские основания для предположения о наличии быстрого в шкале времени ЯМРконформационного равновесия и присутствии в растворе второго конформера (В), длякоторого характерна сближенность протонов метильных групп С7α-Ме и С13β-Ме с протонами16αи 12α, соответственно.
В качестве такого конформера на рисунке 4-19в показанапространственная структура (В) тетраена (29), которая может образоваться из основногоконформера (А) в результате инверсии кольца D и одновременного изменения конформациикольца С.Для дополнительного подтверждения существования в растворе тетраена (29) в видебыстрого конформационного равновесия (А)(В) были использованы температурныезависимости величин скалярных констант. На рисунке 4-20 с помощью ньюменовскихпроекций для 4-х фрагментов этой молекулы показаны изменения пространственногорасположения протонов колец С и D при переходе между двумя конформациями (А) и (В).Сравнение расчетных (ММ+) торсионных углов θН-Н и соответствующих им вицинальныхконстант 3JН-Н дает возможность предсказать характер изменения наблюдаемых значений(<3JН-Н>) этого спектрального параметра при увеличении температуры, которое в условияхбыстрого в шкале времени ЯМР конформационного обмена должно приводить к увеличениюнаселенности минорного конформера (В).Кроме того, это сравнение позволяет выявить наиболее удобные для количественнойинтерпретации вицинальные константы, которые имеют наибольший диапазон изменения, и,следовательно, являются наиболее чувствительными к смещению данного равновесия всторону увеличения доли конформера (В).
Очевидно, что в этановом фрагменте С11Н2-С12Н2269наиболее чувствительными к положению конформационного равновесия должны бытьусредненные быстрым обменом константы <3J11α-12β> и <3J11β-12α>, значения которых приповышении температуры должны, соответственно, увеличиваться и уменьшаться.
При этомдля констант <3J11α-12α> и <3J11β-12β> должно наблюдаться лишь небольшое уменьшение ихзначений. На рисунке 4-19в приведены фрагменты сигналов протонов 11α и 12β притемпературах -30, 15 и 25 °С, изменения в мультиплетных структурах которых находится вполном соответствии расчетными данными, приведенными на рисунке 4-20а. При увеличениитемпературы на 55 °С (с -30 до 25 ºС) наблюдается увеличение константы <3J11α-12β> на 0.45Гц. Если использовать расчетные значения этой константы в конформерах (А) и (В) дляопределения полного диапазона ее изменения (∆3J11α-12β(расч.) = 11.45 Гц), то указанноеувеличение константы <3J11α-12β> отражает повышение на 3.9 % доли минорного конформера(В). Аналогичным образомуменьшение константы <3J11β-12α> от 11.32 Гц до 10.84 Гц,наблюдаемое в том же температурном интервале на сигнале протона 11β (2.21 м.д.), позволяетоценить увеличение доли конформера (В) на 4.6 % (∆3J11β-12α(расч.) = 10.36 Гц).Рис.
4-20. Ньюменовские проекции по связям а) – С11-С12, б) – С14-С15, в) – С15-С16 и г) –С13-С12 для конформеров (А) и (В) тетраена (29). На проекциях “а” – “в” стрелками показанымежпротонные торсионные углы θН-Н и приведены их расчетные (ММ+) значения, а цифрами вскобках указаны соответствующие значения (в Гц) расчетных констант 3JН-Н. На проекции “г”стрелками показаны дальние (“W”-типа) скалярные взаимодействия между протонами 12β и14β и приведены их типичные значения 4JH-H, а с помощью пунктирной линии обозначенаплоскость С14-С13-С12.270Совершенно очевидно, что при таком небольшом изменении населенности РВ инезначительном полном диапазоне изменения константы между вицинальными протонами11α и 12α (∆3J11α-12α(расч.) = 1.11 Гц) трудно надеяться на точную экспериментальнуюрегистрацию соответствующего уменьшения этой константы, которое должно составлятьменее 0.05 Гц.
При этом следует учитывать, что в спектре ЯМР 1Н тетраена (29) сигналпротона 12α (1.67 м.д.) полностью перекрыт мультиплетным сигналом протона 15α иизмерение константы <3J11α-12α> может быть проведено только на сигнале протона 11α (2.56м.д.). Следовательно, точность этого измерения существенно ограничена за счет дальнихскалярных взаимодействий этого протона, которые приводят к дополнительному уширениюотдельных компонент его мультилетного сигнала. Это хорошо заметно при сравнении формылиний сигналов протонов 11α и 12β (Рис.
4-19в) с учетом разного масштаба их представления.Поэтому при повышении температуры с -30 до 15 °С константа 3J11α-12α остается практически(т.е. в пределах погрешности ее измерения на сигнале протона 11α) неизменной.Среди вицинальных констант, характеризующих пространственную ориентациюпротонов кольца D в конформерах (А) и (В) тетраена (29), наиболее чувствительными кконформационному обмену должны бытьконстанты 3J14β-15α, 3J15α-16β и 3J15β-16α (см. ихрасчетные значения на рисунке 4-20б,в). Однако, в условиях перекрывания в области 2.2 – 2.4м.д.
сигналов скалярно взаимодействующих протонов 14β, 15β и 16β точная регистрациясравнительнонебольших(~0.4Гц)температурныхизмененийуказанныхконстантоказывается невозможной из-за эффектов сильносвязанности между протонами фрагментаС14Н-С15Н2-С16Н2. Поэтому более удобной в данном отношении является дальняя константа4J14β-12β (Рис. 4-2г), измерение которой с высокой точностью (±0.02 Гц) может быть проведенона сигнале протона 12β (Рис.
4-18 и 4-19в). При увеличении температуры от 15 до 60 °С этаконстанта уменьшается с 1.11 до 0.98 Гц, что находится в полном качественном соответствиис характером конформационных изменений в области сочленения колец С и D тетраена (29).Таким образом, результаты ЯМР-исследования тетраена (29) свидетельствуют о том, чтов растворе он существует в виде быстрого в шкале времени ЯМР равновесия между двумяформами (А) и (В), которое связано с одновременным изменением конформации колец С и D.При этом псевдоаксиальная ориентация метильной группы в положении 7α сохраняетсянеизменной (Рис. 4-19в).
При комнатной температуре это равновесие смещено в сторонуконформера (А) и соотношение населенностей конформеров (РА : РВ) составляетприблизительно 4 : 1. Такое соотношение достаточно хорошо соответствует даннымрасчетных методов ММ+ и РМ3, которые предсказывают (∆Е(ММ+) = 0.78 ккал/моль, ∆Е(РМ3) =0.58 ккал/моль) наличие минорного конформера (В) в количестве 21% и 27%, соответственно.271На основании температурной зависимости константы <3J11β-12α> для тетраена (29) получено:∆Н = (0.85 ± 0.02) ккал.моль-1, ∆S = (0.01±0.04) кал.моль.-1град.-1, ∆E(293°) = (0.85 ± 0.02)ккал.моль-1 (см.
график зависимости lnK = f(103/T) на рисунке П4-1 в приложении П4).Для тетраена (30), имеющего в положении 17α ацетоксигруппу, расчетные методыпредсказывают (∆Е(ММ+) = 3.69 ккал/моль, ∆Е(РМ3) = 1.71 ккал/моль) значительное уменьшениедоли конформера (В) по сравнению с тетраеном (29): РВ(ММ+) < 1%, РВ(РМ3) = 5%. При этомнеобходимо отметить, что метод РМ3 для каждого из этих тетраенов дает завышенную оценкунаселенности РВ по сравнению с методом ММ+, а данные второго из них по оценке этогопараметравслучаететраена(29)практическисовпадаютсэкспериментальнымирезультатами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
