Диссертация (1145465), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Этиизменения достаточно хорошо согласуется с результатами оптимизации структуры этихмолекул, которые предсказывают увеличение данных углов, соответственно, на 3.9° и 5.0°.Следует отметить, что небольшое завышение экспериментальных изменений этих торсионныхуглов по сравнению с расчетными данными (∆θ14α-15α = 1.8°, ∆θ14α-15α = 2.6°) может объяснятьсяневысокой точностью измерения вицинальных констант3J14α-15α и3J14α-15β, которыеопределялись из мультиплетной структуры сигнала протона 14α, имеющего дополнительноеуширение линий из-за дальних скалярных взаимодействий с протонами 7, 11α и 11β.Поскольку, согласно этим же расчетам, увеличение торсионных углов θ14α-15α и θ14α-15βодновременно должно приводить к небольшому уменьшению расстояния между протонами15β и протоном 7, а расстояние между протонами 15α и 7 в рассматриваемых стероидах приэтом сохраняется практически неизменным (r7-15α(36a) =2.411 Å, r7-15α(37a) =2.416 Å) исоставляет ~2.41 Å, то конформационное различие эквиленинов (36а) и (37а) может бытьпроверено также с помощью измерения относительных интегральных интенсивностей кросспиков 7/15α и 7/15β в их спектрах NOESY.На рисунке 4-41 показаны соответствующие фрагменты этих спектров и приведенырезультаты объемного интегрирования.
Они свидетельствуют о небольшом, но достаточнохорошо регистрируемом (погрешность измерения Sij/Sjj меньше 2%) различии в соотношениирасстояний r7-15α/r7-15β для сравниваемых стероидов: для эквиленина (36а) отношениеобъемных интегралов составляет S7-15α/S7-15β = 1 : 0.53 = 1.88 ± 0.07, а для эквиленина (37а) онооказывается заметно меньше: S7-15α/S7-15β = 1 : 0.63 = 1.59 ± 0.05. Следовательно,308экспериментальные данные находятся в качественном соответствии с результатами расчетов исвидетельствуют об уменьшении расстоянии r7-15β в стероиде (37а).Рис.
4-41. Фрагменты спектров NOESY (τm = 0.5 с) эквиленинов 1) – (36а) и 2) – (37а),содержащие кросс-пики 7/15α и 7/15β. Пределы их объемного интегрирования обозначеныовальными контурами, а цифрами (снизу) указаны значения их относительныхинтенсивностей. На фрагментах этих эквиленинов (слева) приведены расчетные (ММ+)значения межпротонных расстояний r7-15α и r7-15β.Для перехода на количественный уровень сравнения конформаций эквиленинов (36а) и(37а) в качестве эталонного было использовано расстояние r7-15α.Тогда в приближенииизотропной модели расчета в эквиленине (36а) расстояние r7-15β(36a) = (2.68 ± 0.02) Å, а вэквиленине (37а) – r7-15β(37a) = (2.61 ± 0.02) Å.
Сравнение полученных значений с расчетнымиданными (ММ+: r7-15β(36a) = 2.641 Å,r7-15β(37a) = 2.613 Å) свидетельствует о том, чтоэкспериментальное различие межпротонных расстояний в рассматриваемых стероидахоказывается несколько больше (~0.07 Å), чем предсказывают расчеты (0.028 Å).
Это в своюочередь согласуется с полученными выше результатами по оценке торсионных углов θ14α-15α иθ14α-15β, для которых также наблюдалось некоторое превышение экспериментальныхизменений этих геометрических параметров над соответствующими расчетными значениями.Таким образом, полученные данные дают основание для утверждения, что в стероидах (36а) и(37а) действительные конформационные различия в области кольца D более существенны,чем предсказывают результаты расчетного метода ММ+. 309Аналогичным образом было показано, что в 14α-аналогах эквиленинов (36а) и (37а)пространственное строение в области кольца С является практически одинаковым идостаточно хорошо соответствует результатам расчетных методов. Об этом, прежде всего,свидетельствуют одинаковый для всех этих стероидов набор скалярных констант междупротонами этанового фрагмента С11Н2-С12Н2 и одинаковое соотношение интенсивностейкросс-пиков 1/11α и 1/11β в спектрах NOESY.В эквиленинах (36) и (37) протоны 11β, 12α и 14α занимают псевдоаксиальнуюориентацию в кольце С, которое может быть охарактеризовано как “псевдокресло”.
Такаяконформация кольца С подтверждается, прежде всего, наличием пространственныхвзаимодействий в β-области этих молекул: 13-Ме/11β и 13-Ме/12β, и в их α-области: 12α/14α,а в случае стероидов (37) в α-области, кроме того, наблюдаются взаимодействия 12α/17α и14α/17α. В таблице 4-4 приведено сопоставление экспериментальных и расчетных значенийвицинальных констант 3JН-Н и торсионных углов θН-Н в кольце С эквиленина (37а).Таблица 4-4.Экспериментальные и расчетные (MM+, РМ3) скалярные константы 3JН-Н (Гц) и торсионныеуглы θ (град.) для эквиленина (37а).3 (расч.) *)θ(расч)J.3 (эксп.)(эксп.)*)№Нi-НjJθPM3MM+PM3MM+111α-12α7.7330.4321.7323.09.17.4211α-12β1.285.978.472.30.30.6311β-12α11.3215.4206.1205.09.311.1411β-12β7.6331.0322.8322.69.27.6*) – получено с использованием уравнения /2/, [91, β-эффект] .Эти данные свидетельствуют о лỳчшем соответствии экспериментальных величин 3J(эксп.)и θ(эксп.) результатам их расчета методом ММ+, чем методом РМ3.Это означает, что вэквиленине (37а) конформация этанового фрагмента С11Н2-С12Н2 в растворе является менее“заслоненной”, чем это предсказывают расчеты полуэмпирическим методом PM3.На рисунке 4-42а приведена ньюменовская проекция этого фрагмента, соответствующаярасчетам полуэмпирическим методом РМ3, и показан один из торсионных углов - θ`11β-12β (θ`= 360° - θ), который оказывается на 8.4° меньше, чем его экспериментальное значение θ`(эксп.)= 37.4°, полностью совпадающее с результатами расчетов методом молекулярной механикиММ+: θ`(ММ+) = 37.2°.310Рис.
4-42. а) – Ньюменовская проекция относительно связи С11-С12 и б) – межпротонныерасстояния r1-11α и r1-11β в эквиленине (37a).Дополнительнымподтверждениемобнаруженногонебольшогонесоответствияэкспериментальной и расчетной (РМ3) конформации кольца С служит аналогичноесопоставление данных по оценке соотношения межпротонных расстояний r1-11α и r1-11β.Согласно расчетам методом РМ3 конформации, например, эквиленина (37a), эти расстояниясоставляют, соответственно, 2.25 Å и 2.28 Å (Рис.
4-42б), что свидетельствует о почтиодинаковом расположении метиленовых протонов при атоме С11 по отношению кароматическому протону 1. При этом расчетное отношение расстояний (r1-11β/r1-11α)(РМ3) =1.013, которое должно приводить в спектре NOESY к соотношению интегральныхинтенсивностей (S1-11β/S1-11α)(РМ3) = 0.924. Однако, экспериментальное значение этогосоотношения оказывается значительно меньше и составляет 0.64, что свидетельствует о том,что действительное различие (∆r) между расстояниями r1-11α и r1-11β составляет не 0.03 Å, какэто предсказывает метод РМ3, а должно быть значительно больше: ~ 0.17 Å. Этой величинезначительно лучше соответствует расчетные данные, которые получены методом ММ+: r1-11α =2.25 Å, r1-11β = 2.34 Å, Δr = 0.09 Å.
Следовательно, сравнение межпротонных расстояний r1-11α иr1-11β, также как и сопоставление торсионных углов между вицинальными протонами в кольцеС, свидетельствует о менее “заслоненной” конформации этанового фрагмента С11Н2-С12Н2,чем это предсказывает метод РМ3.Дляэквиленина(37г),нарядусрассмотреннымивышеконформационнымиособенностями пространственного строения колец С и D, было сделано заключение опреимущественной ориентации пропильной группы при атоме С13. На рисунке 4-43априведены фрагменты спектра NOESY данного стероида, на которых указаны наиболеехарактерные пространственные взаимодействия протоновпропильного фрагмента -С18Н2-С18аН2-С18bН3, между собой и с ближайшими β-протонами колец С и D.
Из анализа этихвзаимодействий видно, что в наиболее выгодной конформации эквиленина (37г) протон 18`находится над кольцом D (см. кросс-пики 18`/15β и 18`/16β, которые из-за совпадения311сигналов протонов 15β и 16β перекрываются друг с другом), а протон 18`` располагается надкольцом С и имеет прямые диполь-дипольные взаимодействия с протоном 11β. В своюочередь протон 18а` оказывается пространственно сближенным с метильными протонами 17βацетоксигруппы, а протон 18а`` − с протонами 12β и 11β.Рис. 4-43.а) – Фрагменты спектра NOESY (τm = 0.5 c) эквиленина (37г) и б) – егопространственная структура, на которой стрелками указаны обнаруженные ЯЭО.Следует отметить, что для приведенной на рисунке 4-43б конформации эквиленина (37г)характерно также наличие пространственных взаимодействий протонов метильной группыС18bН3 как с соседними метиленовыми протонами С18аН2, так и с метиленовыми протонамиС18Н2, которые наблюдаются в виде соответствующих кросс-пиков в спектре NOESY.Учитывая все указанные пространственные взаимодействия, а также наличие в этом жеспектре кросс-пиков между вицинальными протонами 18`/18a` и 18``/18a``, можноутверждать, что в пропильной группе при атоме С13 стероида (37г) отсутствует свободноевращение вокруг простых связей С13-С18 и С18-С18а, а преимущественная пространственнаяориентация этого алкильного заместителя в растворе полностью соответствует результатамполуэмпирических расчетов конформации этой молекулы, которая показана на рисунке 4-43б.312Аналогичный вывод можно также сделать как на основании различия значенийвицинальных констант между протонами в этановом фрагменте С18Н2-С18аН2: 3J18`-18a` ≈ 3J18``18a``(~ 4.2 Гц) << 3J18`-18a`` ≈ 3J18``-18a` (~12.2 Гц), так и на основании сравнительно большихзначений дальних скалярных взаимодействий: 4J18`-12α = 1.2 Гц и4J18``-17α = 1.4 Гц.
В случаесвободного вращения вокруг простых связей С13-С18 и С18-С18а указанные вицинальныеконстанты из-за их усреднения должны были бы быть равными и соответствовать среднему ихзначению (~7.5 Гц), а дальние скалярные константы 4J18`-12α и4J18``-17α по той же причинедолжны были бы быть значительно меньше и составлять около (0.7 – 0.8) Гц.Как уже отмечалось выше, идентификация сигналов в ароматической области спектровЯМР13С эквиленинов в отдельных случаях достаточно сложна и идентификация сигналовчетвертичных атомов углерода с помощью метода COLOC (или HMBC) не всегда даетоднозначный результат. Причиной этого, может быть медленная продольная релаксация такихмагнитных ядер и/или недостаточно высокое цифровое разрешение двумерного спектра.Поэтому в работе в качестве альтернативного использовался одномерный корреляционныйметод INEPT-INADEQUATE, основанный на последовательном (“релейном”) переносеполяризации через скалярные константы 1JC-H и 1JC-C.
В результате такого эксперимента,сигналы четвертичных атомов углерода, находящихся в молекуле изучаемого эквиленинарядом с протонированными углеродными атомами, регистрируются в виде в противофазногодублета, образованного за счет их скалярного взаимодействия (1JC-C) с соседнимипротонированными атомами углерода. Поскольку величина скалярной константы 1JC-C всильной степени зависит от гибридизации взаимодействующих ядер углерода [362], а числососедних протонированных атомов различно, то это дает дополнительную возможность дляидентификации сигналов атомов С5, С8, С9 и С10, даже в случае незначительного различия иххимических сдвигов.На рисунке 4-44 показан пример использования релейного метода INEPT-INADEQUATEдля идентификации сигналов атомов C8, С9 и С5 в спектре ЯМР13С эквиленина (37б), вкотором различие химических сдвигов атомов С9 и 5С составляет всего 0.24 м.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
