СПЕКТРАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХ НОВЫХ
ПРОИЗВОДНЫХ ПИРИДОКСИНА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ СПЕКТРОСКОПИИ
ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
Введение 4
1 Описание методов исследования 6
1.1 Спектроскопия Н ЯМР. Ключевые характеристики 6
1.1.1 Константа экранирования и химический сдвиг 6
1.1.2 Интенсивность сигналов и интегрирование резонансных линий 7
1.1.3 Мультиплетность сигнала. Треугольник Паскаля 7
1.1.4 Константа спин-спинового взаимодействия 9
1.2 Спектроскопия 13С ЯМР 10
1.2.1 Некоторые основные положения 10
1.2.2 Спин-спиновое взаимодействие в С ЯМР спектроскопии 11
1.3 Основы двумерной спектроскопии ЯМР 13
1.4 Метод динамического ЯМР 14
2 Результаты и их обсуждение 16
2.1 Исследование соединения 1 16
2.1.1 Спектральный анализ соединения I 16
2.1.1.1 1Н ЯМР спектр 16
2.1.1.2 13С ЯМР спектр 20
2.1.1.3 Низкотемпературные 1Н ЯМР спектры 22
2.1.2 Конформационные характеристики соединения I 25
2.2 Исследование соединения II 30
2.2.1 Спектральные характеристики соединения II 30
2.2.1.1 1Н ЯМР спектр 30
2.2.1.2 13С ЯМР спектр 33
2.2.1.3 Низкотемпературные 1Н ЯМР спектры 35
2.2.2. Конформационные характеристики соединения II 37
2.3 Сравнение результатов конформационного анализа для соединений I и
II 40
2.4 Материалы и методы 41
Заключение 42
Список литературы 43
2
Приложение
В настоящее время использование техники спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) является одним из самых мощных и надёжных инструментов для исследования внутренних динамических процессов и пространственного строения молекул [1]. В этом смысле, семичленные гетероциклические соединения являются актуальными объектами для исследований методами ЯМР спектроскопии благодаря огромному разнообразию разных конформаций молекул данного типа.
Исследуемые производные пиридоксина известны в качестве новых органических нелинейно-оптических материалов. Эти материалы обладают определёнными физико-химическими свойствами, необходимыми для генерации второй гармоники лазерного излучения [2]. Возможность создания новых типов эффективных лазеров на основе полученных соединений связано с их физико-химическими свойствами, которые зависят от пространственной структуры молекулы. Поэтому, изучение трёхмерной структуры этих соединений, их внутримолекулярной подвижности в растворе, является актуальной проблемой на сегодняшний день.
Описание пространственного строения молекул исследуемых образцов позволит подойти к пониманию их биохимического значения. На сегодняшний день проводятся исследования, целью которых является создание новых лекарственных препаратов на основе вновь синтезированных производных пиридоксина и изучение их биологических свойств [3, 4]. Известно, что конформационное строение соединения определяет наличие у него биологической активности. Поэтому, важной частью таких работ является выявление особенностей взаимодействия исследуемых соединений пиридоксина с их биологическими мишенями, где информация о трехмерной структуре исследуемых веществ играет ключевую роль. Для решения такого рода задач в растворе эффективными являются методы ЯМР спектроскопии,
которые позволяют установить закономерности между пространственным строением исследуемых веществ и их биохимическими свойствами.
До решения структурной задачи методами спектроскопии ЯМР высокого разрешения необходимо, прежде всего, проанализировать полученные резонансные сигналы: определить принадлежность каждого ЯМР сигнала к конкретному атому вещества в его химической формуле (или группе атомов в химически или магнитно-эквивалентном случае). Данная задача приобретает первостепенную важность, поскольку весь ход дальнейших рассуждений строится на уже имеющихся знаниях о соотнесении резонансных линий. Необходимо также отметить, что для биомолекул с большой молекулярной массой данная задача приобретает трудоемкий характер и может растянуться на несколько лет [5].
Целью настоящей работы являлось определение конформационной структуры двух вновь синтезированных производных пиридоксина I, II в растворе ацетона методами ЯМР спектроскопии высокого разрешения. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
•регистрация одномерных Н, С ЯМР спектров в растворе ацетона при комнатной температуре;
•регистрация двумерных спектров ЯМР (COSY, HSQC, HMBC, NOESY);
•получение данных о химических сдвигах и константах спинспинового взаимодействия ядер Н, С исследуемых образцов;
•регистрация динамических 1Н ЯМР спектров с вариацией температуры в диапазоне: -80°С ^ +30°С с шагом 10°С;
•анализ формы линии и получение значений констант скоростей обмена наблюдаемых конформационных процессов с использованием программы WinDNMR;
•определение термодинамических параметров, характеризующих переходы между наблюдаемыми конформерами (свободная энергия активации AG^) и типов конформационных процессов.
• Зарегистрированы одномерные Н, С и двумерные Н- Н COSY, Н- C HSQC, !Н-13С HMBC, 1Н-1Н NOESY ЯМР спектры высокого разрешения двух производных пиридоксина в растворе ацетона при комнатной и низких температурах.
• Проведено полное соотнесение сигналов 1Н ЯМР спектров исследуемых
соединений производных пиридоксина I и II в растворе ацетона при комнатной и низких температурах и получены основные спектральные характеристики: химические сдвиги, константы спин-спинового
взаимодействия.
• Показано, что в отличие от соединения II в соединении I, наряду с ожидаемым заторможенным вращением динитрофенильного фрагмента молекулы вокруг химической связи «пиридин-кислород», наблюдается также проявление второго конформационного процесса - взаимопревращения семичленного цикла «твист-твист».
• Оценка энергетических барьеров процесса заторможенного вращения динитрофенильного фрагмента вокруг химической связи «пиридинкислород» для исследуемых соединений I и II хорошо согласуется с данными, полученными ранее для других производных пиридоксина.
• Оценка энергетических барьеров процесса взаимопревращения семичленного цикла «твист» для соединения I хорошо согласуется с данными, полученными ранее для других производных пиридоксина.
