Исследование методами динамического и двумерного ЯМР пространственного строения соединений, подверженных химическому обмену

• Автор: Шамсутдинов, Марат Надирович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения в структурных задачах
1.1 Введение
1.2 Физические основы ЯМР спектроскопии
1.3 Динамическая ЯМР спектроскопия
1.3 Общие принципы двумерной спектроскопии ЯМР
1.3.1 Двумерная спектроскопия ЯМР
1.3.2 NOESY эксперимент
1.3.3 Определение межпротонных расстояний при помощи NOESY спектроскопии
1.4 Подавление сигналов воды в одномерных и двумерных спектрах ЯМР
Глава 2. Исследования гетероциклов среднего размера методами динамической и двумерной ЯМР спектроскопии
2.1 Введение
2.2 Описание экспериментальной части
2.3 Основные типы конформаций и конформационных переходов в циклах среднего размера
2.4 Исследование 4,8 замещенных 3,5-диоксо-бицикло[5.1.0]-октанов
2.4.1 ЯМР 'Н спектры и конформации циклической системы (I)
2.4.2 ЯМР 'Н спектры и конформации циклической системы (II)
2.4.3 ЯМР 'Н спектры и конформации циклической системы (III)
2.5 ЯМР'll спектры и структура некоторых ацеталей пиридоксина
Глава 3 Двумерная ЯМР спектроскопия (NOESY и COSY модификации) в исследованиях структуры пептидов
3.1 Введение
3.2 Описание экспериментальной части
3.3 Исследование структуры олигопептидов с использованием методики без подавления сигналов воды
3.3.1 Дипептид DL-пропилглицилглицин
3.3.2 Трипептид Gly-Gly-Tyr
3.4 Сравнительный анализ методов вычислений расстояний с использованием методик с подавлением и без подавления сигналов воды
3.4.1 Анализ спектров ЯМР 'Н. записанных без подавления сигнала воды
3.4.2 Анализ спектров ЯМР 'Н, записанных с подавлением сигнала воды
Основные результаты и выводы
Благодарности
Список литературы
Список авторских публикаций

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Установление пространственного строения молекул является одной из важнейших задач химической физики. Зная структуру молекулы или хотя бы определенного ее фрагмента, можно предсказать физико-химические свойства вещества. Кислородсодержащие гетероциклические соединения входят в состав большого числа сложных молекул, активно используемых в медицине и промышленности. Также многие ' пептиды обладают фармакологическими свойствами, а некоторые короткие пептидные последовательности, синтезируемые клеткой, являются частью иммунной системы живого организма. Очевидно, что знание пространственного строения этих соединений в растворе позволит подойти к фундаментальному пониманию механизмов воздействия их на протекающие процессы на молекулярном уровне. Зачастую процессы быстрого химического обмена (конформационный позиционный обмен, внутри- или межмолекулярный водородный обмен) «маскируют» спектральные ЯМР параметры изучаемых соединений и не позволяют однозначно описать их пространственное строение в растворах.
Традиционно исследования пространственного строения соединений -основаны как на данных одномерной ЯМР спектроскопии, включая динамический ЯМР, так и на использовании двумерной ЯМР NOESY спектроскопии (Nuclear Overhauser Effect SpectroscopY - спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера и обмена). Последняя позволяет определять пути переноса намагниченности, рассчитывать константы скорости медленного химического обмена, а также расстояния между магнитными ядрами, отстоящими друг от друга до 5 А. При этом следует отметить, что по сравнению с динамическим ЯМР двумерная спектроскопия NOESY недостаточно адаптирована к исследованию структуры относительно малых молекул, подпадающих под условие быстрого движения (ш0 тс « 1, где тс -время корреляции молекулярного движения, ООо - угловая скорость прецессии

Любые исследования пептидных молекул делаются с учетом возможности применения их результатов при решении не только химических, но и биологических задач, поэтому не учитывать проблему с pH-фактором нельзя. Таким образом, становится очевидна необходимость растворения образцов для -ЯМР исследований в воде, а не D20. В свою очередь, для проведения таких экспериментов требуется использовать методики подавления интенсивного сигнала протонов воды в спектре, что позволит использовать в качестве растворителя смесь 10% D20 / 90% Н?0.
Перечислим основные методики, используемые для подавления сигналов протонов воды в спектрах ЯМР ’Н. Эти методики могут использоваться как непосредственно, так и в качестве вспомогательного средства в более сложных импульсных последовательностях.
• Предварительное насыщение (presaturation of the solvent signal)l] — наиболее простой и эффективный способ подавления сигналов воды в спектре ЯМР. Он заключается в облучении образца длительным радиочастотным -импульсом низкой мощности на частоте сигнала воды. На рисунке 1.6 показан пример использования этой методики в двумерном эксперименте. Этот метод имеет ряд недостатков. Во-первых, «насыщающий» импульс длится порядка секунды и, следовательно, все протоны, обменивающиеся с растворителем с константой скорости выше 1 с"1, также будут подавлены, что для нас крайне нежелательно. Во-вторых, при облучении образца на частоте растворителя в спектре могут не проявиться На-протоны аминокислотных остатков, сигналы которых расположены близко к сигналам воды, хотя эта проблема аппаратурная и вполне решаема на современном уровне развития ЯМР-исследований. Таким образом, целесообразность использования этой методики определяется, во многом, качеством имеющейся в распоряжении экспериментатора техники.