Тема: Установление пространственного строения тритерпеноидов и их производных методом ЯМР
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
Введение
Глава 1 Конформационный анализ тритерпеноидов методом спектроскопии ЯМР
(литературный обзор) …
1.1 Использование ЯЭО в конформационном анализе тритерпеноидов……….9
1.2 Использование вицинальных констант (3JH-H) в конформационном анализе
тритерпеноидов
Глава 2 Изложение результатов…
2.1 Обоснование выбора изученных тритерпеноидов…………………...….….15
2.2 Идентификация сигналов в спектрах ЯМР 1Н тритерпеноидов (1)-(3).......16
2.2.1 Идентификация сигналов в спектрах ЯМР 1Н тритерпеноидов (1а) и (1б).18
2.2.2 Идентификация сигналов в спектрах ЯМР 1Н тритерпеноидов (2а) и (2б).29
2.2.3 Идентификация сигналов в спектрах ЯМР 1Н тритерпеноида (3)......…….34
2.3 Использование количественных оценок ЯЭО и вицинальных констант
для доказательства конформационной жесткости углеродного скелета
тритерпеноида (1а)
2.3.1 Применение калибровочного метода измерения скоростей кроссрелаксации ϬН-Н с помощью ЯЭО для тритерпеноида (1а) с учетом
анизотропии диффузии, включая экспериментальную оценку параметра
анизотропии D║/D┴
2.3.2 Применение вицинальных констант (3JH-H) для доказательства
конформационной жесткости углеродного скелета тритерпеноида (1а)....42
2.4 Использование измерения вицинальных констант (3JH-H) в спектрах ЯМР
тритерпеноида (2а) для доказательства конформационной подвижности
кольца А
2.5 Использование измерений вицинальных констант (3JH-H) и ЯЭО для
конформационного анализа тритерпеноида (3)………………………….….48
2.6 Заключение
Выводы
Экспериментальная часть
Благодарности
Список литературы
Приложения
📖 Введение
биологической активности и используются как в народной медицине, так и при
целенаправленном поиске новых лекарственных средств и создании (или
совершенствовании известных) препаратов с высоким избирательным воздействием и
низким уровнем побочных нежелательных эффектов. Несмотря на огромное
разнообразие известных соединений, непосредственно выделенных из объектов
окружающей среды (растений, грибов, водорослей и т.д.), в настоящее время
синтезируются все новые и новые их производные. Это целиком относится к такому
известному классу соединений как тритерпеноиды, которые в течение последнего
времени активно синтезируются и исследуются на кафедре химии природных
соединений (ХПС) Института химии СПбГУ. Например, тритерпеноиды с
даммарановым скелетом (Рис. 1а) обладают противовоспалительной [19,20],
противоопухолевой [21–23] и противовирусной активностью [24], а производные
диптерокарпола влияют на индукцию антигена вируса Эпштейн-Барра [25]. Кроме
того установлено, что диптерокарпол обладает цитостатической активностью,
поэтому исследуется возможность его применения при лейкемии (HL60) [26,27].
Недавно были подробно исследованы эффекты глицирретовой кислоты и
бетулина, которые являются тритерпеноидами с олеанановым скелетом (Рис. 1б).
Было показано, что введение различных заместителей приводит к созданию новых
метаболически устойчивых веществ, которые обладают противовирусной
активностью. Установлено, что перспективными соединениями с высокой анти-ВИЧ
активностью являются сукцинат 18β-глицирретовой кислоты, диметилсукцинаты и
диметилглутараты (при атомах С3 и С28) бетулина [28], а диметилсукцинат
бетулиновой кислоты стал основой противовирусного препарата Бевиримат,
используемого против энтеровирусов [29].
Важно отметить, что даже незначительное изменение структуры и
конформации тритерпеноида может существенно изменить ее биологическую
активность. Это утверждение является прямым следствием связи “структура” –
“свойство”, которое лежит в основе целенаправленного синтеза препаратов с
избирательным действием. Поэтому получение сведений о пространственном
строении новых синтетических аналогов природных соединений, а также5
информации об их конформационной жесткости или конформационной лабильности
является необходимым условием предсказания биологической активности этих
соединений и объяснения механизма ее реализации.
Среди различных физико-химических методов структурного и
конформационного анализа биоорганических соединений спектроскопия ЯМР
занимает одно из ведущих мест. Это объясняется, прежде всего, высокой
разрешающей способностью данного метода и возможностью проведения таких
исследований в растворе, то есть в условиях максимально приближенных к условиям
функционирования живых организмов или даже непосредственно в них (In Vivo NMR
Возможности и достоинства этого экспериментального метода хорошо
известны и подробно описаны в огромном числе публикаций теоретического [31] и
прикладного [32] характера. Поэтому в кратком введении необходимо отметить лишь
одну тенденцию развития спектроскопии ЯМР последних лет, которая очень важна
для понимания данной выпускной квалификационной работы. Она заключается в
индивидуализации методологии проведения исследований c помощью
корреляционных методов спектроскопии ЯМР и анализа их результатов для
различных групп органических и биоорганических соединений, отличающихся между
собой характером проявления и величинами спектральных и релаксационных характеристик.
Существенной особенностью настоящей работы является использование6
спектроскопии ЯМР на ядрах 1Н, а в качестве основных конформационных
характеристик исследованных тритерпеноидных молекул выбраны значения
вицинальных констант 3JН-Н и межпротонных расстояний rH-H, которые
сопоставлялись с соответствующими расчетными значениями. При этом во внимание
принимались: молекулярный вес и анизотропия вращательной диффузии
исследованных соединений, рабочая частота использованного спектрометра ЯМР
(DPХ-300) и времена спин-решеточной релаксации протонов, а также другие
специфические факторы [3,18].
Таким образом, целью данной работы являлось: установление
пространственного строения модифицированных аналогов тритерпеноидов и
обнаружение быстрых в шкале времени ЯМР конформационных превращений на
основе количественных оценок косвенных и прямых межпротонных взаимодействий
с учетом особенностей спектральных и релаксационных характеристик этих молекул.
Общая схема ЯМР-исследования тритерпеноидов представлена на Рис. 2.
Она отражает выбранную методологию и содержит процедуру полной
идентификации сигналов с помощью различных методов спектроскопии ЯМР,
которая является необходимым условием для установления схем связывания
протонов через скалярные и пространственные взаимодействия между ними и
определения значений наиболее важных стереоспицифических параметров −
вицинальных констант 3JHH и скоростей кросс-релаксации ϬН-Н. Затем следует
процедура перевода этих характеристик в соответствующие диэдральные углы θ на
основании Карплусовской зависимости 3JH-H = f(θ) и межпротонные расстояния rH-H
на основании зависимости ϬH-H ~ τcr-6, где τс – время корреляции вращательной
диффузии молекулы тритерпеноида в растворе. На последнем этапе
экспериментальные оценки этих характеристик сопоставляются с соответствующими
данными расчетных методов и на основании степени их соответствия (или
несоответствия) делается вывод о конформационной жесткости (или лабильности)
изучаемых тритерпеноидов. Все перечисленные этапы исследования подробно
изложены и обсуждены в литературном обзоре и в соответствующих разделах
настоящей работы.
✅ Заключение
Подведение ее итогов должно включать не только сопоставление начальной цели
работы и степень ее достижения, но и возможность предсказания наиболее
перспективных направлений дальнейших исследований в данной области и способов
практического применения полученных результатов.
Поскольку цель работы была сформулирована как “установление
пространственного строения модифицированных аналогов тритерпеноидов и
обнаружение быстрых в шкале времени ЯМР 1Н конформационных превращений на
основе количественных оценок косвенных и прямых межпротонных взаимодействий
с учетом особенностей спектральных и релаксационных характеристик этих
молекул”, то главным вопросом, на который было необходимо ответить, был вопрос
об апробации возможностей и об оптимизации методологии количественной
спектроскопии ЯМР (qNMR) [12–14] для решения задач конформационного анализа
такого семейства природных продуктов как тритерпеноиды.
В процессе работы на основании литературных данных, опыта аналогичного
изучения структурно близких стероидных молекул и предварительной оценки
релаксационных характеристик тритерпеноидов были выявлены основные проблемы
использования спектроскопии ЯМР на ядрах 1Н, параметры которой (3JH-H и ϬН-Н)
были выбраны в качестве основных количественных критериев конформационной
жесткости или лабильности исследуемых молекул. К этим проблемам, безусловно,
относится хорошо известная перегруженность алифатической области спектра
тритерпеноидов и сложность спектральной идентификации сигналов, а
необходимость использования спектрометра ЯМР на сравнительно низкой частоте
(300 МГц) из-за опасности выхода на нелинейный участок зависимости ϬН-Н = f(ωoτc)
делает задачу по отнесению протонных сигналов и по количественному определению
JH-H и ϬН-Н еще более сложной, поскольку одновременно в спектре ЯМР 1Н
возрастает возможность возникновения эффектов сильносвязанности. Тем не менее
на примере изучения спектров ЯМР нескольких модельных тритерпеноидов было
показано, что комбинированное использование нескольких гомо- и гетероядерных56
корреляционных методов спектроскопии ЯМР позволяет успешно решать такие
задачи, включая точное определение значений наиболее важных для
конформационного анализа ЯМР-характеристик – вицинальных констант 3JН-Н и
скоростей кросс-релаксации ϬH-H.
В работе показано, что прямое количественное сопоставление
экспериментальных и расчетных спектральных (3JН-Н) и релаксационных (rH-H)
характеристик спектроскопии ЯМР 1Н является надежным критерием для
доказательства конформационной жесткости или обнаружения конформационной
мобильности тритерпеноидов.
Следует особо отметить использованную в работе экспериментальную
процедуру получения и обработки данных, по количественной оценке межпротонных
расстояний rH-Hэксп. в условиях использования режима неполного релаксационного
восстановления намагниченности при накоплении спектров NOESY (режим Fast
NOESY). Процедура получения этих данных включала прямое измерение скоростей
кросс-релаксации с помощью графического построения и анализа зависимости
нестационарных ЯЭО от времени смешивания τm, а процедура обработки данных,
помимо обычных для фазочувствительных спектров коррекций фазы и базовой
плоскости, в качестве важных элементов включала применение относительных, а не
абсолютных, значений объемных интегралов кросс-пиков в спектрах NOESY
(процедура PANIC).
Кроме того, особое внимание в работе было уделено коррекции
экспериментальных результатов, необходимость которой обусловлена анизотропией
вращательной диффузии аксиально-симметричных тритерпеноидных молекул в
растворе. При этом для определения параметра анизотропии диффузии D║/D┴
исследованного тритерпеноида (1a) был использован экспериментальный, а не
расчетный подход, основанный на измерении и сопоставлении гетероядерных
эффектов Оверхаузера (1Н→13С) в одной из метиленовых групп этой молекулы. Было
показано, что экспериментальная величина параметра анизотропии D║/D┴ = 12 ± 2
более чем в 1.5 раза превышает его расчетное значение. Следовательно,
эффективность коррекции экспериментальных межпротонных расстояний rH-Hэксп. при
использовании экспериментального параметра анизотропии оказывается значительно
выше, чем в случае использования его расчетного значения, полученного на57
основании сопоставления моментов инерции вокруг главной и ортогональной осей
симметрии изучаемой молекулы.
Таким образом, в результате проведенного исследования было не только
установлено пространственное строение нескольких модифицированных аналогов
тритерпеноидов и получено экспериментальное доказательство существование
быстрых в шкале времени ЯМР 1Н конформационных превращений в некоторых из
них, но и успешно апробирована и оптимизирована методология количественного
конформационного ЯМР-анализа тритерпеноидов, являющихся одним из наиболее
представительных семейств природных соединений. Эта методология несомненно
может быть рекомендована для установления пространственного строения и
обнаружения быстрых в шкале времени ЯМР конформационных превращений других
разновидностей природных тритерпеноидов и их синтетических аналогов [45,46].
При выполнении данной работы был отмечен ряд специфических особенностей
применения методов спектроскопии ЯМР 1Н к исследованию пространственного
строения тритерпеноидов. Прежде всего, следует указать на уменьшение
эффективности использования метода J-COSY для тритерпеноидов по сравнению со
стероидами из-за увеличения времени корреляции диффузионного движения τс,
связанного с увеличением молекулярного веса, и соответствующего сокращения
естественного времени жизни спиновых состояний, приводящего к уширению
компонент мультиплетных сигналов и потере разрешающей способности указанного
метода. Кроме того, в процессе исследования тритерпеноида (1а) было обнаружено
дальнее скалярное взаимодействие через 5 связей (5JH-H) между протоном 9α и
протонами метильной группы 27, которое не может быть объяснено классическим
“W”-типа пространственным расположением этих связей, а при изучении
тритерпеноида (3) были обнаружены признаки вклада в кросс-релаксацию скалярного
механизма релаксации, который приводит к уменьшению наблюдаемого ЯЭО и даже
к инверсии его знака на противоположный. Все перечисленные выше наблюдения
необычны и интересны как в теоретическом, так и в практическом отношении для
конформационного ЯМР-анализа природных соединений и несомненно могут стать
достойным предметом дальнейших исследований.
Необходимо отметить еще одну важную особенность данной работы. Она
заключается в том, что ее очевидная методологическая направленность совпадает с58
общей тенденцией современного развития спектроскопии ЯМР, заключающейся в
индивидуализации ее применения к различным группам химических соединений.
Спектроскопия ЯМР природных соединений в этом отношении оказалась
максимально вовлеченной в этот бесконечный процесс оптимизации и адаптации
огромного числа новых методов и способов получения и обработки ЯМР информации. Очевидной причиной этого является не только огромное число
продуктов природного происхождения, многие из которых играют ключевую роль в
жизненно важных процессах, но и сложность установления их строения и
исследования динамических свойств.
Среди множества эффектных примеров использования ЯМР для анализа
структуры различных семейств природных соединений, включая терпены, стероиды и
углеводы, можно выделить историю установления строения стрихнина, известного в
Европе еще с XVI-века. Он был выделен в чистом виде в 1818 году и в течение
следующего столетия его структура привлекала внимание многих исследователей.
Этот процесс был отмечен двумя Нобелевскими премиями и лишь в середине 50-х
годов прошлого века структура стрихнина была установлена. Сегодня такая задача
при определенном опыте работы и наличии спектрометра ЯМР с рабочей частотой
(300-600) МГц может быть решена в течение 24 часов [48]. Однако, этот хорошо
известный и неоднократно описанный в литературе стрихнин в 2011 году благодаря
спектроскопии ЯМР преподнес еще один сюрприз – с помощью точных
количественных оценок межпротонных расстояний на основе ЯЭО (т.е. точно таким
же образом, как и в данной работе) было обнаружено конформационное равновесие
между двумя формами. При этом было установлено, что доля минорного конформера
составляет всего 2% [49].
Таким образом, процесс познания бесконечен, а развитие и совершенствование
методологии спектроскопии ЯМР является одним из решающих факторов этого процесса



