Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Стереохимические исследования циклических форм углеводов (литературный обзор) 8
1.1 Таутомерные формы моносахаридов в растворе 8
1.2 Конфигурационное и конформационное строение циклических форм моносахаридов 13
1.2.1 Альдопиранозы 13
1.2.2 Альдофуранозы 23
1.2.3 Альдосептанозы 32
1.2.4 Некоторые примеры зависимости свойств углеводов от их конформаций 34
1.3 Стереохимические исследования циклических форм углеводов в растворе методом ЯМР 37
1.3.1 Установление конфигурации аномерного центра 38
1.3.2 Конформационный анализ углеводных циклов 45
1.3.3 Вращательные конформаций гидроксильных групп 56
ГЛАВА 2. Стереохимические исследования циклических форм моносахаридов по результатам квантово-химических расчетов 60
2.1 Проблема выбора метода оптимизации геометрических параметров при
расчете КССВ13С-13С 60
2.1 1 Полуэмпирические методы 61
2.1.2 Неэмпирические методы 67
2.2 Стереохимические зависимости КССВ "С- Зс в циклических формах моносахаридов 73
2.2.1 Зависимость КССВ С- С от конфигурации аномерного центра в углеводных циклах 73
2.2.1.1 Пиранозы 74
2.2.1.2 Фуранозы 80
2.2.1.3 Септанозы 82
2.2.1.4 Основные правила, определяющие стереоспецифичность КССВ 13С-13С в зависимости от конфигурации аномерного центра 86
1-5 П
2.2.2 Зависимость КССВ С- С от конформационного строения углеводных циклов 88
2.2.2.1 Пиранозы 88
2.2.2.2 Фуранозы 89
2.2.2.3 Септанозы 93
2.2.2.4 Основное правило, определяющее стереоспецифичность КССВ
С- С в зависимости от конформационного строения углеводов 95
2.2.3 Внутреннее вращение гидроксильных групп пиранозного, фуранозного и септанозного циклов моносахаридов 95
2.2.3.1 Влияние вращения аномерного гидроксила на КССВ 13С-,3С 97
2.2.3.2 Влияние вращения одновременно двух гидроксильных групп на КССВ13С-13С 99
2.2.3.3 Анализ вращательных поверхностей КССВ 13С-,3С 106
1 -Э 1-3
2.3 Анализ вкладов локализованных молекулярных орбиталей в КССВ С- С моносахаридов в рамках подхода поляризационного пропагатора 110
Методическая часть 116
Выводы 117
Список литературы
- Альдопиранозы
- Стереохимические исследования циклических форм углеводов в растворе методом ЯМР
- Стереохимические зависимости КССВ "С- Зс в циклических формах моносахаридов
- Внутреннее вращение гидроксильных групп пиранозного, фуранозного и септанозного циклов моносахаридов
Введение к работе
Актуальность темы. Установление конфигурационного и конформационного строения углеводных циклов в белках, нуклеиновых кислотах, нуклеотидах, нуклеозидах, коферментах и продуктах их метаболизма представляет исключительную важность для изучения и прогнозирования их биологической активности. Углеводы влияют на иммунитет, участвуют в проведении нервных импульсов, в осуществлении высшей нервной деятельности, а также играют важную роль в механизмах образования и разрушения злокачественных опухолей.
Для стереохимического анализа биологических молекул, содержащих углеводные циклы, широко используются различные физико-химические методы анализа вещества, а также целый ряд расчетных и теоретических методов компьютерной и квантовой химии. В последние годы в связи с бурным развитием спектроскопии ЯМР особое внимание уделяется константам спин-спинового взаимодействия (КССВ) между ядрами углерода, которые содержат уникальную информацию о пространственном и электронном строении органических соединений.
Имеющиеся экспериментальные данные по КССВ С- С в углеводах позволяют предположить, что они чувствительны к стереохимическим эффектам, проявляя зависимость от конфигурации аномерного центра, конформации углеводного цикла и вращательных конформаций гидроксильных групп. Однако экспериментальных данных для стереохимического анализа углеводов недостаточно вследствие трудностей, возникающих при измерении КССВ С- С, требующем, как правило, использования образцов, селективно меченых изотопом С. В значительной мере этот пробел восполняют теоретические расчеты КССВ, позволяющие понять природу их стереоспецифичности, лежащую в основе ряда методов стереохимии и конформационного анализа биохимических молекул.
Диссертационное исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РФФИ № 98-03-32882а "Электронные эффекты и механизмы передачи спин-спинового взаимодействия между ядрами углерода в карбо- и гетероциклических системах" и госбюджетной темы ЕЗН Минобразования РФ АГТА № 1.2.03.Ф «Квантовохимическое изучение электронного строения карбо- и гетероциклических соединений».
Цель работы - Изучение стереохимических зависимостей констант спин-спинового взаимодействия 13С-13С пиранозного, фуранозного и септанозного циклов моносахаридов и выяснение перспектив их использования в стереохимическом анализе углеводов.
Научная новизна и практическая значимость. Впервые проведен теоретический расчет КССВ 13С-13С в полном ряду моносахаридов D-ряда при использовании методов самосогласованной теории конечных возмущений, теории самосогласованного поля Хартри-Фока и теории функционала электронной плотности.
Установлены основные стереохимические зависимости КССВ 13С-13С, связанные с конфигурацией аномерного центра, конформацией углеводного цикла и вращательными конформациями гидроксильных групп, в частности, сформулированы общие правила, связывающие стереоспецифичность констант с взаимной ориентацией гидроксилов при атомах углерода в циклических формах моносахаридов.
Проведен анализ вкладов локализованных молекулярных орбиталей отдельных связей и неподеленных электронных пар атомов кислорода в полные значения КССВ 13С-13С пиранозных, фуранозных и септанозных циклов, что позволило понять природу наблюдаемых стереохимических эффектов и наметить перспективы их использования в стереохимическом анализе углеводов.
7 Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ (1 статья в центральной печати, 6 статей в трудах конференций и 5 тезисов докладов), 3 статьи находятся в печати. Основные материалы докладывались и обсуждались на XV Уральской конференции по спектроскопии (Екатеринбург, 2001), IV Международном симпозиуме по химии и применению фосфор-, сера- и кремнийорганических соединений «Петербургские встречи» (С.-Петербург, 2002), XV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Тамбов, 2002), XVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (С.-Петербург, 2003), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003), IV Международной конференции "Компьютерное моделирование" (С.-Петербург, 2003), а также на Ежегодных научно-технических конференцях «Современные технологии и научно-технический прогресс» (Ангарск, 2001-2003).
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 12 рисунков и состоит из списка используемых сокращений, введения, двух глав, методической части, выводов, списка литературы, насчитывающего 192 наименования, и двух приложений, представленных на 18 страницах.
Альдопиранозы
Обратим внимание, что равновесное содержание фуранозных форм для D-рибозы составляет 20% при ЗГС и 30% при 80С. Это подтверждает вывод о том, что с повышением температуры увеличивается доля неустойчивых форм. Интересно отметить, что содержание фуранозных форм моносахаридов в пиридине больше, чем в водном растворе [5]. Так в работе [32] установлено, что равновесный раствор D-галактозы в пиридине при 25 С содержит 5% а- и 12% Р-фуранозы, в то время как в воде содержание фуранозных форм D-галактозы составляет менее 1% [7]. Равновесное содержание фуранозных форм для D-ликсозы при ЗГС составляет 2,3%. Методами спектроскопии ЯМР Ни 13С были исследованы водные растворы тетроз в диапазоне температур от 17 до 8 ГС и было установлено, что раствор D-треозы содержит в среднем 51% а-фуранозы и 38% Р-фуранозы при всех температурах, в то время как количество альдегидной формы увеличивается от 0,7 до 4,7%, а количество гидратов уменьшается от 10,2 до 7,1% [9].
Термодинамически устойчивые циклы тетрафураноз, которые содержат группы ОН при С1 и С2 в трансоидном положении друг к другу (а-трео и Р эритро), раскрываются до линейных форм медленнее, чем циклы, содержащие группы ОН при С и С в цисоидном положении ф-трео и а-эритро). Более того, размыкание фуранозного кольца зависит от относительной ориентации гидроксилов при С и С : соединения с г/ис-конфигурацией этих гидроксилов раскрываются намного быстрее [9].
В последние годы бурное развитие получила новая область стереохимии углеводов, посвященная изучению их конформаций современными физико-химическими и квантовохимическими методами [7,17,26,28,33-36]. Не будет преувеличением сказать, что появление конформационного анализа углеводов по своей значимости ничуть не уступает открытию циклических форм Сахаров.
Основополагающее значение в становлении конформационного анализа углеводов имели работы Ривса [37,38], который в ряде исследований привел экспериментальные доказательства существования различных конформаций циклических форм моносахаридов. В настоящее время многими другими авторами показано [1 ,\1,24,26,39-41], что, подобно циклогексану, пиранозы существуют главным образом в наименее напряженной форме кресла, хотя в некоторых случаях возможно существование и формы лодки [42,43].
Эти конформации пираноз очень сходны с таковыми для циклогексанов, отличаясь от них незначительным искажением кольца (так как связи С - О на «10% короче связей С - С) и большей лабильностью. В отличие от циклогексанов, имеющих две наиболее устойчивые конформации, пиранозы, вследствие наличия гетероатома и асимметрических углеродных атомов, имеют восемь таких конформации: две - кресла и шесть - лодки (рис. 1.2).
Первые две конформации имеют обозначение С (chair) - кресло, вторые - В (boat) - лодка. Следует отметить, что, подобно тому, как это имеет место в случае циклогексана, часть атомов водорода, гидроксилов и других заместителей пиранозного цикла в конформации кресла занимает экваториальное положение, а другая часть заместителей занимает аксиальное положение. Соотношение различных конформационных форм может сильно изменяться в зависимости от условий, в частности, при повышении температуры возрастает содержание неустойчивых форм, отличающихся большим запасом энергии [7,14,32].
Шесть вышеприведенных конформации лодки пираноз отличаются различным положением атома кислорода в цикле. Все конформации левой части схемы на рис. 1.2 - пространственно несовместимые зеркальные изображения конформации ее правой части, что своеобразно отражено в обозначениях соответствующих конформации: С1 и 1С, В1 и 1В и так далее.
Взаимные переходы конформации пиранозных колец, показанных на рис.1.2, можно представить следующим образом: при инверсии конформации кресла те группы, которые занимали в конформации С1 экваториальные положения, займут в 1С аксиальные положения, и наоборот. С другой стороны, взаимные переходы конформации лодки можно представить следующей схемой:
Несколько измененная номенклатура Ривса представлена ниже [42]; по новой номенклатуре конформация С1 обозначается как 4СЬ а 1С - как С :
Особое внимание было уделено изучению форм лодки [41,42]. Хотя форма кресла и обладает более низкой энергией, при некоторых обстоятельствах это различие энергий может оказаться очень малым. Это наблюдается в том случае, когда конформация лодки позволяет всем объемным заместителям расположиться экваториально. Большой интерес представляют также форма полукресла и скошенные конформации [44]. Например, было установлено [17,44], что x-D у идопираноза существует в скошенной конформации S5. Идоза содержит большое количество фуранозных форм, но она обладает наименее устойчивой пиранозной формой среди всех известных моносахаридов [45].
Стереохимические исследования циклических форм углеводов в растворе методом ЯМР
Первые конфигурационные и конформационные исследования углеводов с помощью метода ЯМР были выполнены в пионерских работах Лемье и сотр. [111,112]. По обилию информации и сравнительной доступности спектроскопия ЯМР является почти идеальным методом в химии углеводов [5,7,26,39].
Метод ЯМР широко привлекался для идентификации линейных и различных циклических форм таких углеводов, как эритроза [9], треоза [9], пентозо-5-фосфаты [10], фруктозо-6-фосфат [10], б-О-метил-фруктозо-1-фосфат [10], фруктозо-1,6-бифосфат [10], идоза [17], D-2nuifepo-D-HRorQmo3a [17], D-фруктоза [19], глюкоза [20], 5-О-метил-пентозы [21], 5-дезоксипентозы [21], апиоза [18], рибоза [16,17,39], альтроза и талоза [15].
Общеизвестно, что очень незначительные изменения геометрии пути взаимодействия оказывают существенное влияние на значения геминальных, вицинальных и дальних констант JCH И JCC [113-115]. Например, в работе [39] проводились исследования констант Jcc включающих аномерный центр. Результаты показали, что относительная ориентация гидроксильных заместителей при взаимодействующих атомах углерода и при углеродных атомах, по которым осуществляется передача спин-спинового взаимодействия, сильно влияет на значение соответствующих констант. Например, значение J(C ,С ) в альдогексапиранозах в среднем на 4,3 Гц больше в структурах, содержащих все пять атомов О1, С1, С2, С3 и О3 в одной плоскости, то есть копланарно, и смещение О или О из этой плоскости уменьшает эту константу до значений, близких к нулю. Было обнаружено, что константа 3J(C\C6) зависит от ориентации О1 по отношению к пути взаимодействия, причем большее значение константы наблюдается, когда атомы О1, С1, О5 и С5 находятся в одной плоскости. Хотя ориентация О6 по отношению к пути взаимодействия также влияет на величину константы J(C ,С), этот эффект не был определен из-за внутренней вращающейся подвижности экзоциклической связи С5-С6 [39].
Приведенные примеры указывают на перспективность использования КССВ разных типов в стереохимических исследованиях углеводов. Ниже обсуждается применение КССВ JCH, JCC И JHH ДЛЯ решения трех основных задач стереохимического анализа углеводов: (1) - установление конфигурации аномерного центра; (2) - конформационный анализ углеводных циклов; (3) -изучение вращательных конформации гидроксильных групп.
Константы JCH- Прямые константы JCH дают бесценную информацию о строении углеводных циклов [17,35,36,46,59,71,116,117]. В серии работ [46-48] был исследован ряд встречающихся в природе гекса- и пентапираноз и обнаружена явная зависимость константы 1](СЇ,Н1) от конфигурации аномерного центра и конформации пиранозного цикла. Для соединений, которые существуют в конформации 4С], значения константы (С Н1) составляют -170 Гц для а-аномеров, в которых связь С]-Н расположена экваториально, и -160 Гц для (3-аномеров, в которых связь С -Н расположена аксиально. С другой стороны, в пиранозах, которые принимают конформацию !С4, значения констант составляют, наоборот, -170 Гц для р-аномеров и -160 Гц для а-аномеров. Бок и Педерсен [47] предположили, что этот эффект может быть вызван близким расположением Н1 по отношению к НЭП атома кислорода в цикле, и что этот эффект приводит к увеличению значения константы С- Н в родственных соединениях. Так, для a-D-сахаров, находящихся в конформации 4Сь в которой атом водорода Н1 расположен экваториально, наблюдается большее значение константы, чем в P-D-сахарах, в которых Н1 расположен аксиально и, следовательно, находится дальше по отношению к НЭП кислорода цикла. Найденная закономерность позволяет проводить расчет процентного соотношения конформации 1С4, существующей в растворе некоторых пираноз. С другой стороны, Горенштейн [118] предположил, что различия в значениях константы lJ(Cl,Hl), обнаруженные в работе [47], в большей степени происходят благодаря небольшим изменениям длин связей и углов, чем близкому расположению атома Н1 к НЭП атомов кислорода.
Зависимость !J(C ,Н!) от конфигурации аномерного центра была также хорошо продемонстрирована на примере олигосахаридов [119].
Различия в (С Н1) для фуранозных аномеров намного меньше, всего 1-2 Гц, ввиду того, что связь С!-Н! в этих структурах расположена псевдоэкваториально в обеих конфигурациях, поскольку связи С -О1 в фуранозных циклах предпочитают квазиаксиальную ориентацию благодаря аномерному эффекту [34,103].
Значения прямых констант (С Д1) фуранозного цикла в пентозо-5-фосфатах и тетрозах также чувствительны к конфигурации при С1. Цис-1,2-аномеры треофуранозы, а также арабино-, ксило- и ликсофуранозных фосфатов имеют большее значение константы lJ(C1,H1), чем соответствующие транс-1,2-аномеры, хотя различия констант между аномерами незначительны и составляют в среднем 1,5 - 2,6 Гц, что существенно меньше, чем в пиранозах (около 10 Гц). Значения (С Н1) для эритрофуранозы и рибофуранозного фосфата не зависят от конфигурации при С1; различия в значениях константы (С Н1) для фураноз, возможно, отражают предпочтительные конформации фуранозного цикла [106].
Таким образом, константа ДО ДЗ1) может быть использована для однозначного отнесения конфигурации аномерного центра пиранозного цикла. Значение константы (CSH1) В пента-, гексапиранозах, а также в их производных в среднем на 10 Гц меньше в случае аксиальной ориентации Н1 по сравнению с экваториальной [46-48,116].
Стереохимические зависимости КССВ "С- Зс в циклических формах моносахаридов
Как видно из представленных результатов, неэмпирические методы расчета в большинстве случаев дают близкие значения геометрических параметров, причем учет электронной корреляции на уровне DFT и МР2 не приводит к существенным изменениям длин связей и валентных углов.
Что касается значений самой константы J(C ,С ), рассчитанных при использовании геометрических параметров, оптимизированных различными неэмпирическими методами, то для p-D-маннозы С1 метод RHF/cc-pVDZ (42,7 Гц) воспроизводит величину Х](С1,С2) с точностью ее экспериментального измерения, а для a-D-маннозы С1 все методы оптимизации геометрии дают заниженные в среднем на 2,5 Гц значения J(C ,С ) (напомним, что аномеры D-маннозы существуют преимущественно в нормальной конформации [39,40] и поэтому сравнение рассчитанных КССВ с экспериментальными проводится для маннозы именно в конформации С1). Для a-D-эритрозы в методе MP2/6-31G наблюдается самое близкое к эксперименту значение (С С2), равное 43,0 Гц (экспериментальное значение 43,2 Гц), а для p-D-эритрозы самое близкое к экспериментальному значение (С С2), равное 48,0 Гц, наблюдается в методе RHF/6-311G (экспериментальное значение 46,8 Гц).
При сравнении полуэмпирических и неэмпирических методов оптимизации геометрических параметров нужно обратить внимание на близкие результаты полуэмпирического метода AMI с неэмпирическими в рамках RHF и DFT-B3LYP как в плане воспроизведения экспериментальной геометрии, так и в плане воспроизведения значений самих КССВ J(C ,С ). При рассмотрении валентных углов наблюдаются результаты, которые указывают на явную некорректность использования методов MNDO и РМЗ для расчета констант Х](С\С2). Метод MNDO, в частности, дает явно завышенные значения длин связей С -С , что имеет принципиальное значение при расчетах КССВ 13С-,3С.
При выборе метода оптимизации геометрических параметров нас, конечно, интересовал вопрос достоверного воспроизведения самих экспериментальных значений КССВ С- С, но в большей степени - все же проблема воспроизведения наблюдаемых стереохимических эффектов в значениях (то есть их различие в а- и Р-аномерах, а также различие, связанное с конформационным строением пираноз, фураноз и септаноз, для которых эти константы были экспериментально измерены). Кроме того, учитывая большой объем вычислений, мы стремились к оптимальному выбору метода оптимизации геометрии также и с точки зрения экономичности проводимых вычислений (заметим, например, что оптимизация геометрических параметров только одной формы (3-D-глюкозы (VII6-4Ci) методом RHF/cc-pVDZ заняла свыше 5 суток, методом B3LYP/cc-pVDZ - 6 суток, а оптимизация геометрии a-D-манносептанозы (XXX-4Ci) методом B3LYP/cc-pVDZ заняла свыше 11 суток!). Таким образом, по данным табл.2.2-2.3, а также табл.2.5-2.6 видно, что стереохимические эффекты (в данном случае — наблюдаемое различие экспериментальных значений J(C ,С ) в а- и Р-аномерах D-маннозы и D-эритрозы, а также различие констант, связанное с нормальной и альтернативной конформациями D-маннозы) неплохо воспроизводятся во всех методах оптимизации геометрии, но, принимая во внимание проблему экономичности проводимых вычислений, во всех последующих расчетах КССВ 1](С ,С2) в изученном ряду пента- и гексапираноз, тетра-, пента- и гексафураноз, а также гексасептаноз D-ряда (I-XXXIV) мы использовали геометрические параметры, оптимизированные полуэмпирическим методом AMI.
В настоящей работе изучены стереохимические зависимости КССВ 13С-13С .[(С .С2) в пиранозных (I-XII), фуранозных (XIII-XXVI) и септанозных (XXVII-XXXIV) циклах моносахаридов, связанные, во-первых, с конфигурацией аномерного центра, во-вторых, с конформационным строением углеводных циклов и, в-третьих, с внутренним вращением гидроксильных групп. С этой целью проведен квантовохимический расчет КССВ 13С-13С между первым и вторым атомами углерода J(C ,С ) в рамках полуэмпирического метода SCPT INDO в пиранозных, фуранозных и септанозных циклах углеводов.
Первоочередной задачей исследования стереохимических эффектов КССВ J(C ,С ) в циклических формах моносахаридов стало изучение зависимости констант от конфигурации аномерного центра пиранозного, фуранозного и септанозного циклов углеводов.
Внутреннее вращение гидроксильных групп пиранозного, фуранозного и септанозного циклов моносахаридов
В настоящей работе, однако, в отличие от процедуры многошаговой локализации Энгельмана, мы локализовали каждую неподеленную пару (как одну занятую МО) и каждую химическую связь (как одну занятую и одну разрыхляющую МО) по отдельности в рамках одношаговой локализации для каждого молекулярного фрагмента каждой формы углевода, что является, на наш взгляд, более корректным, хотя и значительно более трудоемким.
Говоря об относительной значимости вкладов различных ЛМО в значения обусловлен связью между взаимодействующими атомами углерода С -С . Второй по значимости вклад характеризуют связи С -Ни С2-Н, в то время как вклады связей С -О1 и С2-02 оказались незначительными.
Суммарные вклады от двух неподеленных пар (НЭП) кислорода О и О , как видно из данных табл.2.13, как правило, не превышают 1 Гц, составляя, таким образом, менее 2% от величины константы, а вклады связей О-Н обеих гидроксильных групп при С и С оказались нулевыми. Этот результат явился для нас полной неожиданностью, поскольку мы полагали, основываясь на результатах работ по влиянию НЭП кислорода на величину !JCc в спиртах [186] и простых эфирах [187,188], что именно вклады от НЭП кислорода и связей О-Н соседних гидроксильных групп при С и С обуславливают различие сравниваемых констант. Тем не менее, мы попытались проанализировать вклады от молекулярных фрагментов (химических связей и неподеленных пар), которые так или иначе могут объяснить обсуждаемые выше стереохимические эффекты в значениях J(C ,С ) различных аномеров и конформеров пираноз.
Если попытаться разобраться в причине различия J(C ,С ) для каждого моносахарида в отдельности, то, как видно из данных табл.2.13, здесь прослеживается очевидная закономерность. Во всех случаях различие констант обусловлено вкладами ЛМО связей С -С и С -Н (то есть связей с участием атома углерода аномерного центра). Например, для a-D-ликсозы CI (IVa-4C,) значение (С С2) в среднем на 3 Гц больше такового для (3-аномера ликсозы CI (IV6-4Ci).
Это различие можно объяснить тем, что, во-первых, вклад ЛМО связи С -С на -2 Гц больше в случае а-аномера, а во-вторых, вклад ЛМО связи С -Н в а-аномере также на 1,5 Гц больше, чем в р-аномере. Для всех других случаев, представленных в табл.2.13, наблюдаемые стереохимические эффекты, связанные, во-первых, с ориентацией аномерного гидроксила, и во-вторых, с конформацией пиранозного цикла, также обуславливаются в первую очередь вкладами ЛМО связей С -С и С -Н при аномерном центре. При этом вклады неподеленных пар атомов кислорода при С и С не превышают, как правило, 0,5 Гц, а различия в значениях константы J(C\C2) составляют 2-3 Гц.
В табл.2.14 представлены более подробные данные по анализу вкладов ЛМО в константу J(C ,С ) а- и р-аномеров эритро- (ХШа и ХШб) и треофуранозы (XlVa и XIV6), маннопиранозы CI (VIIIa-4Ci и VIII6-4C,), а также манносептанозы СІ (XXXa-4Ci и ХХХб-4Сі), для которых учитывались вклады девяти связей и шести НЭП трех атомов кислорода. Анализ этих данных показывает, что вклады удаленных связей, не включающих атомы углерода С1 или С , незначительны, а наблюдаемое различие J(C ,С ) в а- и р-аномерах фуранозных, пиранозных и септанозных циклах моносахаридов (A J(C ,С ) -3 Гц) 9 может быть объяснено прежде всего различием вкладов ЛМО связей С -С
Стереохимические эффекты в значениях константы J(C ,С ) для аномеров пираноз и септаноз можно также объяснить различием вкладов ЛМО связи С -Н (A J(C\C2) -2 Гц), в меньшей степени, - связей С -О5 (A JCC C2) -0.4 Гц) и С -О1 (А С С2) -0.2 Гц). Вклады всех остальных связей и НЭП атомов кислорода О1,02 и О5 незначительны.
В ряду моносахаридов альдоз D-ряда проведен квантовохимический расчет КССВ С- С в конформерах а- и р-аномеров всех пента- и гексапираноз, тетра-, пента- и гексафураноз, а также гексасептаноз. На основании проведенных расчетов установлены основные стереохимические зависимости КССВ 13С-13С, связанные с конфигурацией аномерного центра, конформацией углеводного цикла и вращательными конформациями гидроксильных групп. Впервые сформулированы общие правила, связывающие стереоспецифичность констант со взаимной ориентацией гидроксилов при атомах углерода С1 и С2 в циклических формах моносахаридов. Для пиранозного и септанозного циклов: в углеводе с диаксиальной ориентацией гидроксильных групп при атомах углерода С и С (аа) константа J(C ,С ) значительно больше, чем в другом его аномере с экваториальным аномерным гидроксилом и аксиальной гидроксильной группой при С (еа); в углеводе с аксиальным аномерным гидроксилом и экваториальной гидроксильной группой при С (ае) константа J(C ,С ) больше, чем в другой его конформации с экваториальным аномерным гидроксилом и аксиальной гидроксильной группой при С (еа). Для пиранозного цикла: в углеводе с диэкваториальной ориентацией гидроксильных групп при атомах углерода С и С (ее) константа J(C ,С ) как правило больше, чем в другом его аномере с аксиальным аномерным гидроксилом и экваториальной гидроксильной группой при С (ае). Для фуранозного цикла:
