Содержание к диссертации
Введение
1. Общая характеристика работы 4
2. Введение 8
3. Литературный обзор
3.1 Спектроскопия ЯМР С производных ланостана
3.1.1 Производные ланостана с 8(9)- двойной связью 9
3.1.2 Производные ланостана с 7(8)- двойной связью 20
3.1.3 Производные ланостана с 9(11)- двойной связью 20
3.1.4 Производные ланостана с 7(8), 9(11)- двойными связями 23
3.1.5 Насыщенные производные ланостана 29
3.2 Спектры ЯМР С олигосахаридов Сахаров глюкозного типа и эффекты гликозилирования в спектрах этих олигосахаридов и гликозидов 29
3.3 Спектры ЯМР 13С гидроксилсодержащих стероидных соединений 37
4. Обсуждение результатов
4.1 Введение 41
4.2 Спектры ЯМР 13С генинов гликозидов голотурий
4.2.1 Гениныс 9(11)-двойной связью 42
4.2.2 Генины с 8(9)- двойной связью 49
4.2.3 Генины с 7(8)- двойной связью 52
4.2.4 Генины с 7(8), 9(11)- двойной связью 56
4.2.5 Некоторые итоги изучения спектров ЯМР 13С генинов гликозидов голотурий 60
4.3 Спектры ЯМР 13С гликозидов голотурий
4.3.1. Спектр ЯМР 13С астихопозида С из голотурии Astichopus multifldus 63
4.3.2. Гликозиды голотурий с линейной углеводной цепью 67
4.3.3 Гликозиды голотурий с углеводной цепью с разветвлением по первому моносахаридному остатку 77
4.3.4. Некоторые итоги изучения спектров ЯМР 13С гликозидов голотурий 83
4.3.5 Гликозиды голотурий с углеводной цепью с разветвлением по второму моносахаридному остатку 91
4.3.6 Применение времен спин-решеточной релаксации углеродов 13С к установлению строения гликозидов голотурий 101
4.4 Спектры ЯМР Ни С полигидроксистероидов и их гликозидов из морских звезд 106
4.5 Изучение конформации кольца D в некоторых полизамещенных стероидах в растворе методом спектроскопии ЯМР *Н 124
5. CLASS Экспериментальная CLASS часть 130
Выводы 131
- Спектры ЯМР С олигосахаридов Сахаров глюкозного типа и эффекты гликозилирования в спектрах этих олигосахаридов и гликозидов
- Спектры ЯМР 13С генинов гликозидов голотурий
- Спектр ЯМР 13С астихопозида С из голотурии Astichopus multifldus
- Гликозиды голотурий с углеводной цепью с разветвлением по второму моносахаридному остатку
Введение к работе
Как известно, при установлении структуры неизвестного гликозида методом спектроскопии ЯМР необходимо решить следующие задачи. 1 • Установить структуру агликона.
2. Установить моносахаридный состав углеводной цепи гликозида.
3. Установить порядки межзвеньевых связей, аномерные конфигурации, размеры циклов и порядок следования моносахаридных остатков в олигосахаридной цепи гликозида.
4. Определить место привязки олигосахаридной составляющей гликозида к агликону.
В одномерной спектроскопии ЯМР первая задача решается путем анализа в первую очередь углеродного спектра. Этот спектр содержит обширную структурную информацию об агликоне. Корректное отнесение сигналов в спектре ЯМР С по известным моделям и составляет процесс установления структуры. Как правило, используется также и спектр ЯМР Н. В двумерной спектроскопии аналогичная задача отнесения сигналов решается на основе анализа данных разнообразных двумерных экспериментов, основными из которых являются: Н- Н COSY, HSQC, HMBCNOESY.
Установление моносахаридного состава углеводной части гликозида при исследовании одномерных спектров в большинстве случаев проводится совместным использованием методов химического анализа и анализа доступных для расшифровки областей Н и 13С спектров. В двумерной спектроскопии — путем анализа КССВ протонов и химических сдвигов соответствующих сигналов в одномерном ЯМР 3С спектре, определенных подходящими двумерными экспериментами.
Порядки трансгликозидных связей и последовательность моносахаридов в одномерной спектроскопии исследуются путем анализа а- и jS-эффектов возникающих при замещении гидроксильных групп моносахаридов другим моносахаридным остатком через гликозидную связь, причем последовательность моносахаридов может быть определена только в некоторых частных случаях. В двумерной спектроскопии - путем анализа данных НМВС и NOESY -экспериментов.
Место привязки углеводной цепи к агликону устанавливаются в одномерной спектроскопии через анализ сдвигов сигналов агликонных углеродных атомов (углеродов) при присоединении углеводной цепи (здесь и далее сдвигов гликозилирования) и анализов данных одномерного ЯЭО, так как свойства гликозидной связи таковы, что атомы водорода на углеродных атомах, находящихся по обе стороны от этой связи всегда сближены. В двумерной спектроскопии - теми же методами, что и при установлении порядков трансгликозидных связей.
Спектры ЯМР С олигосахаридов Сахаров глюкозного типа и эффекты гликозилирования в спектрах этих олигосахаридов и гликозидов
Спектры ЯМР ІЗС /3- и «-аномеров глюкозы впервые были расшифрованы А. Перлиным в 1969 году [89], На 13С-обогащенном образце было дано полное отнесение сигналов в спектрах ЯМР 13С аномеров глюкозы. В вышедшей почти одновременно с работой А. Перлина работе Л. Холла и Л. Джонсона [90] на образцах IT с естественным содержанием С было сделано отнесение сигналов в спектрах D-глкжозы, D-ксилозы, oj- и /ї-метил-О-глюкопиранозидов и некоторых других Сахаров. Некоторые выводы, которые можно было сделать из вышеупомянутых работ состояли в следующем: а) аномерные углеродные атомы ксилоз и глюкоз резонировали в районе 92.5- 97.7 м.д., причем химический сдвиг С-1 3-аяомера превышал химический сдвиг о аномера примерно на 4 м.д. и не зависел от присутствия гидроксиметильного заместителя при С-5. Эта разница сохранялась также и в спектрах соответствующих метилгликозидов, хотя сигнал С-1 сдвигался в слабое поле на величину +7 м.д. б) сигналы большинства кольцевых углеродных атомов располагались в области 78-66 м.д. (62-63 м.д. область резонанса С-6 глюкоз и С-5 а-ксилозы). в) эпимеризация С-1 (0- от) приводила к сдвигу в сильное поле сигналов С-3 и С-5 примерно на 4 м.д. за счет -эффекта гидроксильной группы при С-1, а также сигнала С-2 {-2.5 м.д.). Сигнал С-4 оставался примерно при том же значении м.д. Спектр /ї-метнл-О-хиновопиранозида [61] отличался от спектра /ї-метил-D- глюкопиранозида сдвигом сигнала С-5 в сильное поле на -5.0 м.д. (отсутствие /S- эффекта С-б-ОН) и сигнала С-4 в слабое поле также примерно на 5 м.д. (отсутствие 7-эффекта от С-6-ОН). Сигнал С-6 находился в сильном поле (—18 м.д.). Основой для интерпретации сахарной части спектров гликозидов является знание и учет сдвигов гликозилирования как при образовании межзвеньевых связей в олигосахариде, так и при присоединении углеводной цели к агликону. Д. Дорманом и Дж. Робертсом было показано, что замещение гидроксильной группы метоксигруппой вызывает сдвиг о углеродного атома на 8-11 м.д. в слабое поле и в случае, когда и метоксигруппа, и соседние гидроксильные группы экваториальны происходит сдвиг сигналов jS-углеродов в сильное поле примерно на -1м.д., в то время как резонансы более удаленных углеродов сдвигаются менее чем на 0.3 м.д. [92], Т. Усуи, НЛмаока и другие [93] изучили спектры ЯМР J3C моно-О-метил-замещенных о и -глюкоз и всех возможных глюкобиоз и нашли, что сдвиги сигналов углеродов D-глюкоз при образовании гликозидных связей почти такой же величины, как и сдвиги метилирования. В /3-связанных глкжобнозах ск-сдвиг подобен сдвигу метилирования, но в а-связанных соответствующие резонансы находятся на 1.5-5 м.д. в более высоких полях, чем при метилировании.
Таким образом, а-углеродные атомы замещенных глюкоз резонировали в районе 79-88 м.д. В таблице 1 приведены сдвиги гликозилирования, полученные по данным упомянутой выше работы относительно химических сдвигов соответствующих углеродов o D- и (З-Р-глюкоз. Некоторые дополнительные выводы, которые следовали из этой работы состояли в следующем: а) химические сдвиги углеродов восстанавливающего звена не зависели от аномерной конфигурации восстанавливающего звена и были сравнимы с химическими сдвигами в спектрах соответствующих метил-О-глюкозидов. Исключение составляли сдвиги С-Г в случае 1- 2- связи (знак штриха обозначает принадлежность атома к агликону); б) сдвиги сигналов т-углеродов в большинстве случаев не превышали 0.2 м.д. Лишь в спектрах а (1— 3)- связанных глюкобиоз были зафиксированы большие сдвиги С-5 в восстанавливающем звене, до -0.7 м.д. Зависимость химического сдвига С-Г гликозилирующего моносахарида в спектрах глюкобиоз в зависимости от типа гликозидной связи обсуждалась в работе [94]. Авторы базировались на работе Е. Венкерта [95], который заметил, что положение сигнала С-Г а-метил-В-глюкопиранозида смещается на -4 и -7.7 м.д. при замене метального агликона на изопропильный и трет-бутильный, соответственно. Считая, что это смещение обусловлено исключительно ациклическим Y-эффектом со стороны метильных групп агликона (в работе [96] показано, что такая трактовка является слишком упрощенной), можно было заключить, что уже для изопропильного агликона наблюдается неодинаковая устойчивость ротамеров а, Ь, с вокруг гликозидной связи (Рисунок I). Далее авторы считали [94], что для тех случаев, когда различия в химических сдвигах С-1 гликозилирующего сахара в а-связанных дисахаридах и С-1 а-метил D-глюкопиранозида были невелики можно было предполагать в этоих случаях преобладающим ротамер а (изомальтоза, мальтоза, нигероза). Аналогично, для -связанных дисахаридов- jS-аналог ротамера а [94] (целлобиоза, ламинарибиоза, софороза, гентиобиоза). Но для о-койибиозы, где различия в вышеупомянутых химических сдвигах относительно велики, видимо, следует предполагать значащими ротамеры b и с. В своих последующих работах [98, 96] авторы конкретизировали и обобщили роль пространственных протон-протонных взаимодействий в определении эффектов гликозилирования в дисахаридах. Было установлено, что для всех дисахаридов, имеющих экваториальный протон на одном из -углеродных атомов агликона (агликоны, замещенные по положению 3 с галакто- или манно-конфигурацией, о-аномерные агликоны, замещенные по положению 2, ксилозные агликоны, замещенные по положению 4) имеется два типа конформационных ситуаций, которые соответствуют двум типам оптимальных конформеров.
В одном из них расстояние между Н-Г и Н-а и экваториальным протоном H-j8 сравнимы и допускают протон-протонные взаимодействия между Н-1 и каждым из упомянутых протонов агликона, во втором конформере расстояние Н-1 и экваториальным протоном Н-/Ї много больше, чем между Н-Г и Н-а и, таким образом, взаимодействие осуществляется только между этой парой протонов. Реализация любой из этих ситуаций равно зависит от таких стереохимических факторов, как конфигурация гликозидной связи, абсолютная конфигурация гликона и агликона, конфигурация С-а агликона, положение С-а в пиранозном кольце агликона и положение С-0 по отношению к Oct. В частности, для of-койбиозы, в спектре которой наблюдаются относительно небольшой of-эффект гликозшшрования на С-2 агликона, большой отрицательный «-эффект на С-Г (относительно метилгликозида) и большой отрицательный (3-эффект гликозилирования на С-1, наиболее устойчивой является конформация, показанная на рисунке 2а в которой протоны Н-Г и Н-1 сближены, что обусловливает относительно большой отрицательный /J-эффект на С-1 (1,4- взаимодействие), тогда как протоны Н-Г и Н-2 (1,3-взаимодействие, отвечающее за положительные се-эффекты гликозилирования) удалены. В дисахаридах с агликоном, не имеющим протона в -положении к месту гликозилирования, невозможны пространственные 1,4-взаимодействия между Н-1 гликона и H-j3 агликона и, следовательно, можно не ожидать больших отрицательных эффектов гликозилирования на соответствующих углеродных атомах и они, действительно, невелики (таблица 1). Конформации таких дисахаридов, включая глюкобиозы, изучались методами теоретического конформационного анализа в работах [135-137] и было замечено, что / углеродный атом агликона, для которого наблюдается относительно большой по абсолютной величине 0-эффект, в оптимальном конформере в изученных соединениях сближен с 0-5 гликона. Авторы работы [93] изучили также спектры некоторых других олигосахаридов: о и jS-мальтотриозы, о и (8-панозы, of- и jS-изопанозы, а- и jS-гентиотриозы. Отнесения сигналов в спектрах этих соединений было сделано на основе спектров глюкобиоз. Что касается спектра ЯМР 13С циклогексиламилозы, циклического олигосахарида с 00-»- 4) связями, то здесь резонансы С-1 и С-4 находились на 2 и 4 м.д., в более низких полях, чем резонансы в спектрах аналогичных углеродов соответствующих линейных олигосахаридов. Аналогичное наблюдение было сделано в работе [100] для циклогептиламилозы. Конформация циклогептиламилозы была рассчитана теоретически и результаты были сопоставлены с измерениями ЛЭО. Смещение сигналов С-1 и С-4 в слабое поле по сравнению с их положением в спектре мальтозы объясняли меньшим расстоянием между протонами Н-Г и Н-4 в циклогептиламилозе, чем в мальтозе (1,3-взаимодействие) Экспериментальное смещение сигналов соответствующих углеродов в слабое поле в этом случае было подкреплено теоретическими расчетами. В работе П.Ковача с соавторами [101] приведены спектры ЯМР 13С ряда /?-метилгликозидов олигосахаридов построенных из D-ксилозы: биозидов, триозидов, тетраозида.
Спектры ЯМР 13С генинов гликозидов голотурий
Положение сигналов атомов С-3, С-9, С-11, С-16, С-18 спектре соединения 1 (таблица 3) [118] следовало из общих сведений о химических сдвигах в спектрах ЯМР 13С [117]. Положение сигналов С-20, С-25 следовало из сравнения спектров 1 и 4 и экспериментов с неполной развязкой от протонов. Сигналы С-8, С-12, С-15 в спектрах соединений 1-3 относили селективной развязкой от протонов в соответствии с литературными данными [119]. Сигналы метиленовых углеродных атомов С-1, С-2, С-6, С-7 и четвертичных С-4 и С-10 относили исходя из данных спектра ЯМР ІЗС ланост-9(11)-ен-3/ї-ола [7] с учетом сдвигов ацетилирования по С-3 [8]. Сигналы метановых атомов углерода С-5 и С-17 и четвертичных С-13, С-14 отнесены с учетом 3-эффектов карбонильной группы [120]. Сигналы углеродных атомов боковой цепи С-22, С-23, С-24 в спектрах соединений 1, 2 относили следующим образом. Сигнал С-23 должен находиться в наиболее сильном поле, как испытывающий действие у-эф юю"08 со стороны заместителей при С-20 и С-25. Экспериментальное значение 18.9 м.д. хорошо согласуется с рассчитанным по аддитивным схемам 17.0 м.д. [121]. Расчет химического сдвига С-24 дает значение 44.1 м.д., близкое к экспериментальному 43.9 м.д. Таким образом, для химического сдвига С-22 остается значение 38.8 м.д. Аналогично были отнесены сигналы углеродных атомов боковых цепей в спектрах-соединений 3 и 4. Сигнал С-22 в этих спектрах должен находиться в более сильном поле, чем сигнал С-24, поскольку испытывает дополнительный -эффект со стороны С-25. Таким образом, с учетом 3-эффектов ацетатной группы при С-23 ( +5 м.д.), приходим к значениям химического сдвига 43.9 м.д. для С-22 и 45.4 м.д. для С-24 в спектре 4 и 38.8 м.д. и 39.1 м,д., соответственно, в спектре генина 3. Сигналы метальных групп относили с применением селективной развязки от протонов. При этом использовались следующие полученные нами значения химических сдвигов метальных групп в спектрах ЯМР Н для соединения 2: 0.89 -0.92 м.д.(СН3-29, 28, 30); 1.21 м.д,(СН3-19, 26, 27); 1.42 м.д.(СНэ-21); для соединения 3: 0.84 - 0.90 м.д.(СН3-28, 29, 26, 27); 1.00 м.д.(СН3-30); 1.20 м.д.(СН3-19); 1.40 м.д.(СН3-21); для соединения 4: 0.87 - 0.95 м.д.(СН3-28, 29, 26, 27, 30); 1.21 м.д.(СН3-19); 1.40 м.д.(СНз-21). Обнаружение сигнала С-21 в спектрах генинов 1 и 2 не вызывает затруднений. Различия между сигналами С-19, С-26, С-27 (21.8, 29.4, 29.1 м.д.) можно сделать, рассчитав химические сдвиги С-26 и С-27.
Для них эти значения оказались равными 30.3 м.д. Следовательно, сигнал при 21.8 м.д. может быть приписан С-19. Значения 16.8, 28.1 и 20.8 м.д. приняты для С-29, С-28 и для С-30, соответственно, исходя из литературных данных для ланост-9(11)-ен-3/ї-ола. Подобным образом были отнесены сигналы метильных групп в спектрах соединений Зи4. Отнесение сигналов в спектре генина 5 проводили как описано выше для 4, с учетом эффектов дезацетилирования по С-3 [ 122]. Сигналы метильных групп в спектрах ЯМР С соединений 6-8 относили используя селективную развязку от протонов в соответствии со следующими значениями химических сдвигов метильных групп в протонных спектрах 6: 1.59 м.д.(СНэ-21); 1.41 м.д.(СН3-19); 1.29 м.д.(СН3-30); 1.24 м.д.(СН3-28): 1.09 м.д.(СН3-29); 0.88 м.д.(СН3-2б,27); 7: 1.92 м.д.(СН3-21); 1.37м.д.(СН3-19); 1.00 м.д.(СН3-30); 1.24 м.д.(СН3-28); 1.07 м.д.(СНг29); 0.87 м.д.(СН3-26,27); 8: 1.75 м.д.(СН3-21); 1.39 м.д.(СН3-19); 1.66 м.д.(СН3-30); 1.24 м.д.(СН3-28); 1.09 м.д.(СН3-29); 0.86 м.д.(СНг 26,27). Спектры генинов б и 7 кроме химических сдвигов С-9, С-11, С-12, С-14 различаются величиной пространственного у-эффекта гидроксильной группы при С-12 на химический сдвиг С-17 по сравнению со спектром соединения 5. Величина этого эффекта, как и следовало ожидать, больше для a-ОН - эпимера (-4.8 м.д.), чем для jS-OH - эпимера {-0.2 м.д.). Значение химического сдвига С-12 в спектре эпимера 6 меньше, чем в спектре эпимера 7 в соответствии с зависимостью оэффектов гидроксилирования от числа у-эффектов испытываемой гидроксильной группой В случае соединения 8, у-эффект гидроксильной группы при С-17 составляет -3.5 м.д. на химический сдвиг С-21 и -0.5 м.д. на химический сдвиг С-22. На рисунке 4 показан фрагмент структуры и приведены значения торсионных углов по связи С-17 - С-20 для соединений 18 и 31 (см. ниже) по данным рентгеноструктурного анализа [123,124]. Сигналы углеродов циклической части синаптогенина 9 [125] совпадали с аналогичными сигналами генина 4. Кетогруппу расположили при С-23, так как изменения химических сдвигов сигналов С-22, С-23 и С-25 в спектре 9 по сравнению со спектром 3 были близки к значениям ее /Ї- и уэффектов В работе японских авторов [126] приведен спектр соединения, совпадающего по структуре с синаптогенином . Спектры разнятся отнесением сигналов С-15, С-16 и С-25. Если бы сигнал С-15 был при 25.7 м.д., как в цитируемой работе, то jS-эффект замещения по С-16 ацетатной группой был бы около 18 м.д., чего не отмечено в литературе (см. ниже). Химические сдвиги С-1 - С-13, С-19, С-28, С-29 в спектре ЯМР 13С паратионогенина (10) [127] совпадали химическими сдвигами сигналов соответствующих углеродов в спектре соединения 4 с учетом сдвигов дезацетипирования по С-3. Сигнал С-15 (40,4 м.д.) сдвинут в слабое поле благодаря /З-эффекту кислородного заместителя при С-16. Ранее было установлено [128], что при замыкании окисного цикла в склареоле между С-8 и С-13 сигналы углеродов С-9, С-11 С-12 сдвигаются на 2.9, 2.5 и 9.8 м.д., соответственно, в сильное поле. В нашем случае мы наблюдали подобное смещение сигналов С-17, С-20 и С-22 в спектре яаратионогенина по сравнению с их положением в спектре гипотетического голост-7-ен-3&16/ї,23-триола. В спектре этого соединения указанные сигналы должны находится примерно при 51.0, 84.7 и 46.5 м.д. Последние два значения взяты из спектра ЯМР артефактного гликозида голост-7,25-диен-3/3,23-диола (см. ниже). Сигнал С-21 (30.8 м.д.) сдвинут в слабое поле на 3.3 м.д. относительно его положения в спектре генина 4 вследствие исчезновения пространственного у-эффекта от С-23 при замыкании С-16-С-23-окисного цикла. В то же время сигналы С-26,27 сдвигаются незначительно ( -1.4 м.д.), так как для них аналогичное взаимодействие, в общем, сохраняется. Эти данные доказывают существование С-16 - С-23-окисного цикла в паратионогенине.
Отнесение сигналов С-1 - С-6, С-9 - С-П, С-19, С-28, С-29 в спектре перециклизованного генина 11 проводилось согласно отнесению в спектре 4 с учетом сдвигов дезацетилирования по С-3. Не слишком большой сдвиг сигналов С-9 (-3.0 м.д.) и С-П (+2.5 м.д.), по-видимому, связан с изменением ориентации электрического диполя карбонильной группы лактонкого цикла относительно направления 9(11)-двойной. связи. Такого рода ориентационно - зависимая поляризация электронов двойной связи под влиянием электрического поля и, как следствие, изменение соответствующих химических сдвигов описана в литературе [129]. Следует также ожидать смещения в сильное поле сигнала С-12, вследствие возникновения т-взаимодействия с карбонильной группой при перециклизации (24.8 м.д.) и небольшого изменения химического сдвига С-7 (29.7 м.д.) вследствие деформации кольца D и, таким образом, изменения величины т-взаимодействия С-7 с С-15. Сигналы С-17 (60.3 м.д.) и С-15 (41.9 м.д.) сдвинуты в слабое поле по сравнению со спектром 5 благодаря наличию кислородного заместителя у С-16 (/5-эффект). Сигналы углеродных атомов боковой цепи отнесли согласно известной модели (даммаран-20(5)-ол) [130], Сравнение спектров ЯМР 13С курилогенина (12) [131] и литературных данных для ланост-9(11)-ен-3)3-ола показало совпадение сигналов С-1 - С-11, С-19, С-28 - С-30. Положение сигналов С-16, С-17, С-20, С-21 было близко к положению аналогичных сигналов в спектре 16-дегидро прогестерона [132], Значения химических сдвигов С-12, С-14, С-15 и С-18 для спектра 12 оценили с учетом вкладов метальной группы С-30, 16-двойной связи и ацыльной группы исходя из данных для ланоста-9(11)-ен-3)3-ола и 16-дегидропрогестерона с привлечением данных по спектрам прогестерона и андрост-9(11)-ен-3/3-ола [133]. Полученные при этом химические сдвиги вышеупомянутых углеродных атомов: 33.2, 48.8,41.0 и 18.3 м.д., хорошо согласовывались с экспериментальными. Окончательно структуру курилогенина доказали, изучив методом разностного декаплинга на ядрах JH его 3-кето-производное. Были выделены последовательности протонов СНз{19) СН2(1) -СН2(2), СЩ18) СН2(12) - СН(8), СН3(30) СН2(15)-СН(16).
Спектр ЯМР 13С астихопозида С из голотурии Astichopus multifldus
В работе Сео С. с сотрудниками было показано [103], что сдвиги гликозилирования в агликоне зависят от конфигурации центра гликозилирования в агликоне, конфигурации С-1 гликозилирующего сахара и его абсолютной конфигурации и структуры агликона. В исследованных нами гликозидах все сахара /8-D - глюкозного типа, центр гликозилирования - 3/3, стандартное строение кольца А, поэтому сдвиги гликозилирования носят универсальный характер и очень мало зависят от строения углеводной цепи : 11,0 - 10,8 м.д. (а-эффект С-3), -0.7- -1.5 м.д. (/3-эффект С-2), до 0.2 м.д. (р -эффект С-4), до -0.5 м.д. (у -эффект С-5), до 0.4 м.д. (7-эффект С-29), до -0.6 м.д. (7-эффект С-28). По признаку строения агликонов все изученные до сих пор гликозиды голотурий можно разделить на две группы: с агликонами с двойной связью 9(11), с агликонами с двойной связью 7(8). В свою очередь они подразделяются на группы: с агликонами с 18- 20 лактоном, 18- 16 лактоном и агликонами, не имеющим лактонного цикла. По признаку строения углеводной цепи гликозиды голотурий можно разделить на три группы: гликозиды с линейной углеводной цепью, гликозиды с углеводной цепью, разветвленной у первого моносахаридного остатка (во всех случаях - это iS-D-ксилоза) и гликозиды с разветвлением у второго моносахаридного остатка (в подавляющем большинстве случаев - это /S-D-хиновоза). Следует отметить, что во всех случаях ЯМР - спектроскопическое изучение строения углеводных цепей в той или иной мере сопровождалось их химическим и масс-спектроскопическим изучением, тогда как строение агликонов устанавливалось почти исключительно методами спектроскопии ЯМР. В общей сложности нами были изучены спектры ЯМР 13С более ста гликозидов голотурий, В этой работе описаны лишь спектры тех гликозидов, у которых либо агликонная, либо углеводная части были новыми. Гликозиды же, у которых и углеводная, и агликонная части встречались ранее, но которые были тем не менее сами по себе новыми, мало интересны с точки зрения спектроскопии -ЯМР С и их спектры здесь не описываются. 4.3.1. Спектр ЯМР С астихопозида С из голотурии Astichopus maltifidus. Моносахаридный состав углеводных цепей гликозидов голотурий довольно ограничен и включает в себя jS-D-глюкозу, 3-0-метил-/3-В-глюкозу, /З-Э-ксилозу, 3-0-метил-/9-0-ксилозу и (З-В-хиновозу. Поэтому, подробно изучив спектр ЯМР 13С одного достаточно сложного гликозида, можно было надеяться расшифровать на этой основе спектры широкого набора гликозидов.
В качестве такого модельного гликозида нами был выбран астихопозид С из голотурии Astichopus multifidus (33), структура которого устанавливалась независимо химическими методами [166]. Сигналы в спектре углеводной цепи прогенина 33а относили используя спектры метил-)3-В-ксилопиранозида и метил-/ї-В-хиновопиранозида, снятые в дейтеропиридине (таблица 10) и величины о и 3-эффектов замещения, взятые из спектра метил-3-В-ксилопиранозил-(1- 2)-/3-0-ксилопиранозида [101]. Сигналы аномерных углеродных атомов здесь и в дальнейшем относили селективной развязкой от протонов, используя факт сужения линий дублетов аномерных протонов при движении от первого моносахарида к периферийному. Однако такое отнесение было не всегда однозначным. Значения химических сдвигов углеродных атомов первого ксилозного и З-О-метил-глюкозного остатков в спектре прогенина ЗЗЬ взяли, соответственно, из спектра 33а и спектра /З-метил-З-О-метил-В-глюкопиранозида. Для химических сдвигов С32, CJ3 и С34 приняли значения 73.4, 87.7 и 69.1 м.д. исходя из рассчитанных 74.1, 86.3 и 69.4 м.д. по величинам а (+8.2 м.д.)- и /? (-0.5 и -1.5 м.д.)-эффектов, взятых из спектра метил-/ї-В-ксилопиранозил-(1- 3)-/Н)-ксилопиранозида. Оставшиеся значения химических сдвигов хорошо согласовывались со значениями для 4-О-замещенного -хиновопиранозида: 105.5, 76.7, 76.3, 85,8, 72.1 и 18.4 м.д., рассчитанными из спектра Menm-/S-D-хиновопиранозида с помощью величин о и jS-эффектов, взятых из спектра целлобиозы: +8.9, -1.5 и -1.3 м.д., соответственно. Химические сдвиги 106,9, 75.1, 76.2 и 64.4 м.д. приписали углеродным атомам ксилозного остатка прогенина 33с, исходя из значений 106.0, 74.6, 76.1, 78.1 и 64.8 м.д,, вычисленных на основе данных для метил-4-0-(]3-0-ксилопиранозил)- -D-ксилопиранозида. После вычета сигналов 3-О-метил-глюкозного остатка получили сигналы внутреннего глюкозного остатка. При этом сигнал С-1 этого глюкозного остатка имел сдвиг на -2 м.д. из-за "увзаимодействия с С-5 ксилозного остатка. Характерный сдвиг в сильное поле, аналогичный сдвигу сульфатирования по С-4 (см. ниже), испытывал также С-5 ксилозного остатка. После этого в спектре прогенина 33d оставались неотнесенными только сигналы первого ксилозного остатка. Их идентифицировали, используя данные по спектру метил-2,4-ди-О-03-В-ксилопиранозил)-/?-В-ксилопиранозида. Таким образом, отнесли все сигналы в углеводной части спектра ЯМР 13С астихопозида С. Важно отметить, что химические сдвиги концевых З-О-метил-глюкозных остатков совпадали, так что в спектре мы имели соответствующие сигналы двойной интенсивности. Разница в химических сдвигах сигналов С-22 и С-24 в боковой цепи агликонов гликозидов 33 и 33d (таблицы 11, 12) связана с различной величиной j8-эффектов ацетатной и гидроксильной групп, тогда как разница в химических сдвигах С-25 и С-26 объясняется различным электрическим влиянием этих групп, о чем упоминалось выше.
Углеводная часть спектра ЯМР 13С стихопозида А совпадала с углеводной частью спектра прогенина 33а, Отнесение сигналов в спектре стихопозида В проводили по результатам отнесения в спектре 34 и /?-0-глкжопиранозил-(1-» 2)-/3-D-глюкопиранозного фрагмента в спектре сапонина даммаранового типа [155] (таблица 13), Впервые спектры ЯМР С для сульфатированного голотурина В (36) из голотурии Н. Lencospilota Brandt были получены И. КитагавоЙ с сотрудниками [91] В этой работе преведены спектры ЯМР С моноксилозида и моносульфата ксилозида голостанового агликона 36. Были определены эффекты сульфатирования по С-4 ксилозного остатка: +5.0 м.д. для С-4, -2.4 м.д. для С-3 и -2.6 м.д. для С-5. Наши поздние отнесения сигналов методами двумерной спектроскопии в спектрах гликозидов, содержащих этот углеводный фрагмент в качестве составной части, позволили уточнить положения сигналов С з и С 4 в сульфатированном биозиде и С і и С і в десульфатированном. Это уточненное отнесение сигналов приведено в таблице 13. Эффекты гликозилирования ксилозного остатка #-хиновозой по С-2 и эффекты сульфатирования по С-4 аддитивны с точностью до 0.8 м.д. (С-4). В работе И.Китагава [156] приведено отнесение сигналов агликонной части гликозида 36. Между нашими и опубликованными данными имеются расхождения в отнесении сигналов углеродов: С-1, С-15, С-16, С-19, С-21, С-23, С-24, С-27, С-29, С-30. Положение сигналов всех метильных групп в агликонной части спектра ЯМР 13С гликозида 41 (см. ниже) было определено нами селективной развязкой от протонов. Таким же образом одновременно определены положения сигналов С-30 и С-21 в спектре 36. Сравнивая агликонные части спектров 36 и 41 получаем для химических сдвигов С-30, С-19, С-29 и С-21 значения 20.3, 22.5, 28.1, и 18.8 м.д. Отнесение сигналов С-1, С-15, С-16, С-23, С-24, С-27 описано ранее для соединения 30 и справедливо для агликона 36. Таким образом, отнесения, сделанные японскими авторами, по-видимому, ошибочны. Сигналы в спектрах теленотозидов А (37) и В (38) из голотурии Thelonota ananas относили следующим образом [153] (таблица 14). Углеводная часть спектра ЯМР 13С теленотозида А совпадала с углеводной частью спектра прогенина ЗЗЬ. Из углеводной части спектра гликозида 38 было ясно , что в нем отсутствует iS-хиновозный остаток (С-6 18 м.д.), но, кроме терминального, присутствует второй 0-глюкозный остаток (С-6 - 62 м.д. (Из значений химических сдвигов сигналов аномерных углеродных атомов следовало, что все связи в тетрасахаридной цепи 0). Химические сдвиги этого остатка были вычислены из их значений для глюкозного остатка в спектре 35 с учетом сдвигов сигналов хиновозного остатка в спектре 37 по сравнению с их положением в спектре 34. Полученные таким образом значения для С 2 - C2s: 76.2, 75.7, 81.0, 76.1 м.д., практически совпадали с экспериментальными.
Гликозиды голотурий с углеводной цепью с разветвлением по второму моносахаридному остатку
Строение боковой цели агликона кукумариозида Сі (60) было установлено главным образом методом ЯМР Н спектроскопии [178]. Отнесение сигналов в циклической части агликона кукумариозида Аг-2 (62) проводили исходя из спектра агликона гликозида 33 с учетом а,- #- , и -у-эффектов карбонильной группы при С-15, взятых из сравнения спектров агликонов гликозидов 52 (в C5D5N) и 49. Полученные таким образом химические сдвиги С-13, С-14, С-17 и С-30 (56,8, 46.5, 64.4 и 32.0 м.д.) хорошо согласовывались с экспериментальными [179]. Расшифровка углеводной части спектров гликозидов этого структурного типа была выполнена с использованием спектров прогенинов 60а - 60с (таблица 25) полученных из кукумариозидов Сі и Сг (60, 61) (таблица 24) из голотурии Eupentacta fraudatrix и прогенинов 62а, 62Ь полученных из кукумариозида Аг-2 из голотурии Cucumariajaponica. Сигналы в спектрах прогенинов 60а, 60b относили аналогично вышеописанному. Сигналы первого ксйлозного остатка в спектре прогенина 62а также взяли из данных для углеводных цепей первого структурного типа. Сигналы концевого ксйлозного остатка отнесли на основе частично релаксированных спектров прогенина, считая что углероды концевого моносахарида релаксируют медленнее углеродов внутренних моносахаридов. В результате получили химические сдвиги хиновопиранозильного остатка в спектре прогенина 62а. Из спектров прогенинов 60я, 62а и гликозида 34 вычислили химические сдвиги хиновозного остатка в спектре прогенина 60с считая вклады в химические сдвиги этого остатка от замещения по С-2 и С-4 аддитивными: С-1 102.6 м.д., С-2 84.5 м.д., С-3 75.6 м.д., С-4 86.8 м.д., С-5 71.1 м.д., которые были близки к наблюдаемым. В результате расшифровали углеводную часть спектра тетраозида 60с. Затем, заменяя сигналы третьего глюкозного остатка сигналами соответствующих биозидов из спектров линейных гликозидов 41 и 43 получили углеводные части спектров гликозидов 60d и 62с. Отнесение сигналов в спектре прогенина 62Ь делалось на основе экспериментов по селективной развязке от протонов (С а), снятия серии частично релаксированных спектров и учета jS-эффектов сульфатирования ксилозы по положению С-4. Затем аналогично 62с отнесли сигналы в спектре сульфатированного гликозида 62, Заменой сигналов 3-О-метил-глюкозного остатка сигналами глюкозного остатка получили углеводную часть спектра гликозида Aj-2 (63) [179]. Аналогичной заменой сигналов концевого 3-О-метил-глюкозного остатка сигналами З-О-метил-ксилозного остатка получили спектр гликозида 64 [180] (таблица 26).
Строение углеводных цепей большинства изученных гликозидов этого структурного типа также было предсказано на основе изучения спектров гликозидов 60 и 62. Строение углеводной цепи кукумариозидов Ао-1, Ао-2 и Ао-3 (65,66, 67) [181] (таблица 26) отличается от строения углеводной цепи Аг-2 заменой глюкозного остатка на ксилозный. Таким образом, углеводная часть их спектра и спектра их десульфатированных производных получается из углеводной части Аг-2 заменой сигналов З-О-замещенной глюкозы на сигналы З-О-замещенной ксилозы из спектра астихопозида С (33). Отметим, что химический сдвиг С-4 хиновозы при этом равен 85.3 м.д., в отличие от 86.7 м.д., когда к С-4 хиновозы привязан глюкозный остаток. Отнесение сигналов общей углеводной части в спектрах ЯМР 13С трисульфатированных гликозидов 68 - 72 (68, 69, 70 - кукумариозиды А7-І, А7-2, А7-З из Cucumaria japonica [182], 71 - кореозид А из Cucumaria koraiensis [183], 72 -фрондозид С из Cucumaria frondosa [184] ) (таблица 27) было сделано на основании отнесения в спектре 62, учитывая сдвиги сигналов С-5 и С-6 глюкозных остатков при сульфатировании глюкозы по положению С-6. Углеводные части спектров этих десульфатированных гликозидов совпадали с углеводной частью спектра гликозида 62с. Структуру агликона кореозида А установили путем сравнения его С спектральных данных со спектром ЯМР 13С производного абиеслактона 130 (см. «Литературный обзор»). Химические сдвиги сигналов от С-1 по С-14, С-18, С-19 агликона, с учетом сдвигов гликозилирования, совпадали в пределах 1 м.д. с химическими сдвигами сигналов соответствуюодих углеродов в спектре этого соединения, тогда как химические сдвиги С-16, С-17, С-20 и С-21 были близки к положению аналогичных сигналов в спектре 5о-прегнан-3,20-диона (в пределах 1.5 м.д.) [171]. Стереохимию при С-9 (9/3-Н) и С-17 (17а-Н) подтвердили измерениями В калыщгерозидах В иС2, в отличие от ранее изучавшихся в этом разделе гликозидов, концевой ксилозный остаток заменен на хиновозный или глюкозныи. И вновь, для правильного предсказания структуры их углеводных цепей по спектрам ЯМР С оказалось достаточным, как минимум, определить их углеводный состав. Точное отнесение сигналов в спектрах было сделано методами двумерной спектроскопии (таблица 28), 4.3.6. Применение времен спин-решеточной релаксации углеродных атомов С к установлению строения гликозидов голотурий. Первое упоминание в литературе о возможности применения времен спин-решеточной релаксации ,3С к установлению последовательности моносахаридов в стероидных гликозидах относится к 1977 году [189]. Были измерены времена спин- решеточной релаксации углеродных атомов молекулы строфантозида (75). Из представленных данных видно, что времена спин-решеточной релаксации углеродных атомов сахарных остатков возрастают при движении от агликона к концевому моносахариду, причем все Ті, принадлежащие метановым углеродам отдельно взятого моносахаридного остатка примерно одинаковы, так что каждое моносахаридное кольцо может быть охарактеризовано средней величиной NT, где N - число водородных атомов, присоединенных к углеродному атому, а Т - время релаксации отдельных углеродных атомов моносахарида. Прежде чем применять упомянутые закономерности к анализу структуры изучаемых нами гликозидов, мы репшли выяснить при каких достаточно общих условиях они должны выполняться. Различие во временах релаксации между моносахаридами и агликоном, а также между собой обусловлены вращательной диффузией на ограниченный угол вокруг гликозидных связей, причем главный вклад в релаксацию метановых и метиленовых углеродных атомов вносит диполь -дипольное взаимодействие с присоединенными к ним атомами водорода. При вращении вокруг гликозидных связей вектор С- Н метанового углерода участвует в двух типах движений: вращательном и поступательном.
Так как поступательное движение вклад в релаксацию не вносит, релаксируюший гликозид можно представить следующей моделью (рисунок 6). В данном случае это - триозид. Центр тяжести расположен на агликоне, который изотропно вращается в растворе с временем корреляции тц. В то же время происходит вращательная диффузия вокруг осей 1-6 (гликозидных связей) на ограниченный угол. Система координат Xs, Ye, Z& жестко связана с третьим моносахаридами кольцом. Моносахаридные кольца считаем абсолютно жесткими. Оказалось, что теория релаксации подобных цепных систем хорошо разработана в литературе [190]. Из этой теории следует, что обсуждаемые закономерности выполнимы только, если метановые связи С- Н моносахаридного кольца имеют одинаковые направления в системе координат жестко связанной с рассматриваемым моносахаридным кольцом (в рассматриваемой модели это один и тот же вектор). Приведенные в цитируемой работе выражения слишком сложны для детального анализа. И из них не является очевидным будут ли углероды в антипараллельных метановых векторах С- Н иметь то же самое время релаксации, что и в параллельных. Во всяком случае для неограниченной диффузии это строго выполняется. Мы не видим ни каких физических причин для того, чтобы это не выполнялось для антипараллельных векторов О» Н в случае ограниченной диффузии. Мы измерили Ті в тритерпеновом монозиде с хорошим отношением сигнал/шум и нашли, что в пределах экспериментальной ошибки, времена релаксации кольцевых углеродных атомов моносахарида одинаковыми как для атомов как с параллельными связями С-+Н (С-1 - Н, С-3 - Н), так и с антипараллельными связями (С-2 - Н, С-4 - Н). Таким образом, единственным типом моносахаридов, удовлетворяющим этим условиям, являются моносахариды (З- глюкозного типа, причем величина NT должна восприниматься, как сугубо приближенная (например С-5 в ксилозе), так как разные водородные атомы в метиленовом звене вносят разный вклад в релаксацию общего углеродного атома.
