Диссертация (1145465), страница 73
Текст из файла (страница 73)
4-61. Алифатическая область спектра ЯМР1,3,5(10),8(9),15(16)-пентаенов (43) и (44).1Н 7α,16-диметил-14β-аналогов эстра-Для анализа спектров этих стероидов наиболее сложным является сильносвязанностьпротонов фрагмента С11Н2-С12Н2 и связанная с этим сильная зависимость наблюдаемых насигналах 12α и 12β вицинальных констант от взаимного расположения сигналов 11α и 11β вобласти 2.1 – 2.3 м.д., которые образуют AB-часть 4-х спиновой системы АВМХ.Расположение сигналов протонов 12α и 12β в спектре пентаена (44) значительно удобнее дляанализа, поскольку хорошо видна их практически одинаковая мультиплетная структура,343которая значительно отличаетсяот мультиплетности экваториального и аксиальногопротонов для конформации “псевдокресло” кольца С (Рис. 4-62а,1).Рис.
4-62 а) - Симуляция подспектра фрагмента С11Н2-С12Н2 пентаена (44) в конформациикольца С: 1) – “псевдокресло”, 2) – “псевдованна” и 3) – экспериментальный спектр. б) –Симуляция подспектра протонов М и Х в 4-х спиновой системе АВМХ с характернымнабором констант (указаны в рамках) для аксиального (М) и экваториального (Х) протонов.На этом рисунке показано сравнение экспериментального (Рис. 4-62а,3) и двухсимулированных вариантов этого подспектра для конформаций (А) - “псевдокресло” (Рис. 462а,1) и (В) ‒ “псевдованна” (Рис.
4-62а,2). Кроме того, справа на рисунке 4-62б представленазависимость мультиплетности сигналов М и Х в 4-хспиновой системе АВМХ от степенисильносвязанности протонов А и В, определяемой величиной константы между ними (JA-B = 16.6 Гц) и разностью ларморовых частот (300 Гц < ∆νAB < 0). Хорошо видно, что эффектысильносвязанности в спектре протонов М и Х влияют только на положение внутреннихкомпонент этих мультиплетных сигналов, а внешние компоненты, определяющие общуюширину сигналов, остаются неизменными.
Следовательно, экспериментальный спектр (Рис.4-62а,3), в котором ширина мультиплетов 12α и 12β отличается на 1.5 Гц и составляет 24.5 и26.0 Гц, соответственно, не соответствует ни одному из расчетных спектров конформеров (А)или (В), а отражает промежуточную (т.е. усредненную по времени) ситуацию, характернуюдля быстрого в шкале времени ЯМР конформационного обмена (А)(В). К этому следуетдобавить, что аналогичные значения общей ширины мультиплетов 12α и 12β для 6оксааналога (43) отличаются от значений для пентаена (44) и составляют 25.7 и 24.9 Гц,соответственно. Это отличие заключается не столько в изменении абсолютных значенийширины этих мультиплетов, сколько в изменении их соотношения между собой при переходеот пентаена (44) к его 6-оксааналогу (43): в первом из них ширина мультиплета 12α меньше на1.5 Гц ширины мультиплета 12β, а в спектре пентаена (43) она оказывается на 0.8 Гц больше.344Наиболеелогичнымобъяснениемвсехэтихкачественныхиколичественныхсопоставлений может быть быстрый в шкале времени ЯМР конформационный обмен встероидах (43), (44), связанный с изменением пространственного строения кольца С типа“псевдокресло”“псевдованна”.
Это также подтверждается совпадением ширины сигналовгеминальных протонов 11α и 11β, которое хорошо видно в спектре J-COSY (Рис. 4-63).Следовательно, сумма всех констант (∑|Jij|), равная 31.2 Гц для протонов 11α и 11β, примернона 6 Гц превышает аналогичные значения для протонов 12α и 12β. Это является следствиемпревышения на 3.2 Гц геминальной константы 2J11α-11β по сравнению с 2J12α-12β и наличия упротонов 11α и 11β дальних скалярных взаимодействий с протонами 7β (5J11α-7β = 0.8 Гц, 5J11β7β= 1.3 Гц) и 14β (5J11α-14β = 2.0 Гц, 5J11β-14β = 1.3 Гц). Таким образом, сумма вицинальныхконстант для каждого из протонов фрагмента С11Н2-С12Н2 оказывается практическиодинаковой и находится в пределах от 24.5 до 26.0 Гц (см. схему скалярного связывания нарисунке 4-63г) .
Это позволяет предсказать, что соотношение населенностей конформеров (А)и (В) пентаена (44) должно быть соизмеримым.Рис. 4-63. Фрагменты спектров а) – J-COSY и б): 1) – ЯМР 1Н пентаена (44) и мультиплетнаяструктура сигналов 2) ‒ 11β и 3) ‒ 11α. в) ‒ Конформационное равновесие (А)(В) иньюменовские проекции по связи С11-С12 этого стероида в растворе и г) – схема скалярногосвязывания между протонами, на которой цифрами указаны значения констант в Гц.345Независимым свидетельством существования быстрого в шкале времени ЯМРконформационного обмена (А)(В) в пентаенах (43) и (44) являются кросс-пики в спектреNOESY между протонами 13β-метильной группы и протонами 12β и 12α (Рис. 4-64).Расчетное соотношение их интегральных интенсивностей для конформеров (А) и (В)составляет 6 : 1 и 1.8 : 1, соответственно, а экспериментальная оценка этого соотношенияравна 2.4 : 1.
Учитывая нелинейный характер зависимости усредненного обменомсоотношения <Sij/Sik> от населенности конформеров, полученное в эксперименте соотношениехорошо соответствует приблизительно одинаковым населенностям РА и РВ.В спектре NOESY стероидов (43) и (44) содержится также информация обпсевдоаксиальной ориентации 7α-метильной группы.
Это, прежде всего, интенсивный кросспик 7α-Ме/6α и сравнительно слабый кросс-пик 7α-Ме/14β, а также отсутствие интенсивногокросс-пика 7α-Ме/6β. Это означает, что при конформационном обмене (А)(В), связанномс изменением конформации кольца С, конформация кольца В с аксиальной ориентациейпротона 6β и 7α-метильной группы сохраняется неизменной.Рис.
4-64. Фрагмент спектра NOESY (τm = 0.5 c) пентаена (44).346Однако, отсутствие интенсивного кросс-пика вовсе не означает, что в растворе нет ещеодного конформера (С), в котором кольцо В является “псевдованной” с экваториальнойориентацией протона 6β и 7α-метильной группы, как это наблюдалось при изучении 14β-Dгомоэстра-1,3,5(10),8(9)-тетраена (32).Расчеты методами молекулярного моделированиясвидетельствуют о том, что указанное изменение конформации кольца В и существование врастворе небольшого количества конформера (С) энергетически вполне допустимо. Егообразование из конформера (В) в результате псевдовращения вокруг связи С6‒С7 вполневозможно при сохранении конформации кольца С неизменным в виде “псевдованны”.В связи с этим была проведена экспериментальная проверка существования второгоравновесия (В)(С), связанного изменением конформации кольца В, которое должноотразится, прежде всего, на величинах скалярных констант 3J7β-6α и 3J7β-6β.
В то же времяпервое равновесие (А)(В), связанное с изменением конформации кольца С, должноотражаться на усредненных быстрым обменом вицинальных константах между протонамиэтанового фрагмента С11Н2-С12Н2. Для конформеров (А), (В) и (С) полуэмпирическим методомРМ3 были получены значения соответствующих торсионных углов и на их основаниивычислены вицинальные константы между протонами в кольцах В и С.Эти расчетныеданные затем были сопоставлены с экспериментальными величинами этих констант,полученными при комнатной температуре (20 ºС) в СDCl3 (Таблица 4-9).Таблица 4-9.Расчётные (РМ3) торсионные углы θij (град) и скалярные константы 3Jij (Гц) междупротонами в кольцах В и С [94] для конформеров (А), (В) и (С) пентаена (44).конформерконформерконформер(А)(В)(С)Hi-Hj<3Jэксп.>3 расч.3 расч.3 расч.θijJθijJθijJ11α-12β61.8177.2 13.87177.113.867.67*)4.9011β-12β-54.560.260.33.155.35*)4.143.1611α-12α-54.33.9761.23.2261.33.204.72*)11β-12α -170.6 13.09 -55.75.93-55.55.966.58*)7β-6α-70.5-74.1-172.7 12.502.832.482.567β-6β45.741.9-56.42.585.385.885.94*) – Получено на основании измерения расстояний между линиями сигналов протонов в положении 12,входящих в сильносвязанную 4-х спиновую систему ABMX, где Н-12α ‒ спин M и Н-12β – спин X.Сравнение расчетных и экспериментальных констант дает возможность определениянаиболее чувствительных из них к положению рассматриваемых конформационныхравновесий.
Для оценки населенностей конформеров (А) и (В) измерение констант 3J11α-12β, и3J11β -12α является наиболее эффективным, поскольку диапазон расчетных значений первой изних для конформеров (А) и (В) составляют, соответственно, от 4.90 до 13.87 Гц, а второй ‒,347соответственно, от 13.09 до 5.93 Гц. К населенности конформера (С) должна быть наиболеечувствительной константа 3J7β-6α, поскольку согласно расчетам при переходе от конформера(В) к конформеру (С) диапазон ее изменения составляет от 2.48 до 12.50 Гц, тогда какконстанта 3J7β-6β при этом уменьшается лишь на 3.3 Гц: 3J7β-6β(В) = 5.88 Гц, 3J7β-6β(С) = 2.58 Гц.Однако, сопоставление экспериментальных констант <3J7β-6α> = 2.56 Гц и <3J7β-6β> = 5.94Гц с расчетными значениями для конформеров (А), (В) и (С) убедительно показывает, чтопредполагаемая конформация (С) в растворе отсутствует, поскольку экспериментальныезначения этих констант практически совпадают с расчетными данными для конформеров (А)и (В).
Кроме того, измерение в спектре NOESY и сопоставление интенсивностей кросс-пиков7α-Ме/6α и 7α-Ме/6β (5 : 1) вполне соответствует взаимной транс-ориентации протона 6β и7α-метильной группы. Таким образом, для пентаена (44) нет никаких экспериментальныхсвидетельств присутствия в растворе конформера (С) и, следовательно, в данном случае имеетместо двухпозиционный обмен (А)Влияниеэффектов(В).сильносвязанностинепозволяетсделатьточнуюоценку3населенностей конформеров (А) и (В) путем непосредственного измерения констант J11α-12β, и3J11β-12α. Поэтому на сигнале протона 12β проводилось измерение суммы всех констант (ΣJ)этого протона, из которой вычиталась величина геминальной константы 2J12α-12β, которая былаизмерена на сигнале протона 12α.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
