Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Аналогично протонам метильной группы соответствуют четыре комбинации
спинов; вероятности комбинаций относятся как 1:3:3:1. Этим объясняется
расщепление ЯМР-сигнала соседней метиленовой группы на четыре линии с
отношением интенсивностей 1:3:3:1. Для метиленовой группы, соседствующей
сСОО "-группой, расщепления не наблюдается, поскольку она отделена от
другой метиленовой группы кислородом эфирной группы.
Когда / > 0,1 Дг, спектр ЯМР может оказаться гораздо сложнее, чем
изображенный на рис. 9.16,А, где расщепление обусловлено главным образом
взаимодействием "перво-
0 Связь между площадью пика ЯМР и концентрацией вытекает из уравнения
(9.30) и последующего изложения.
154
ГЛАВА 9
-ООС-СН2-О-СНз-СН3
ООС-СН2-О-CHj-CHj
I
s
о.
д
Б
РИС. 9.16. Спектр ЯМР этоксиуксусной кислоты в водном растворе. А.
Спектр, полученный при частоте 60 МГц. Б. Ориентации спинов для протонов
метильной и метиленовой групп этоксиуксусной кислоты. (James T.L.,
Nuclear Magnetic Resonance in Biochemistry, New York, Academic Press,
1975.)
го порядка". Для упрощения интерпретации таких сложных спектров
разработаны специальные методы. Например, спин-спиновое расщепление не
зависит от величины внешнего поля, а поскольку химический сдвиг зависит
от этого параметра, можно достичь такого увеличения Av, при котором
проявляются лишь эффекты первого порядка (J ^ 0,1 Дv). Другой подход
основан на использовании двойного резонанса. В этом случае прикладывают
еще одно поле, осциллирующее с резонансной частотой, характерной для
ядер, вызывающих расщепление сигнала изучаемых ядер. Если это приводит к
насыщению возмущающих ядер, то исследуемый мультиплет превращается в
синглет. Эта процедура известна под названием "спиновой развязки".
Константа расщепления J зависит от структуры молекулы. Карплюс (Karplus
М., 1959, 1963) показал, что для молекул, аналогичных этану, значение/
для протонов, связанных с соседними атомами углерода, зависит от
двугранного угла ф между рассматриваемыми С-Н-связями (рис. 9.17; см.
также гл. 5). Эта зависимость выглядит следующим образом:
J = А + В cos ф + С cos 2ф
(9-42)
где А, В я С - постоянные. Из уравнения (9.42) следует, что J велико при
ф = 0 или 180° и очень мало при ф = 90° (аксиально-экваториальное
строение).
Многие исследователи использовали соотношение между J и величиной
двугранного угла для выяснения конформаций различных молекул. Хотя
подобный анализ сталкивается с определенными трудностями (из-за
отсутствия полной ясности относительно того, как те или иные молекулярные
параметры влияют на величину J для различных химических соединений), с
его помощью все же удалось получить некоторую полезную информацию.
Например, в пептидах можно измерить взаимодействие между протоном,
присоединенным к атому азота, и соседним протоном, связанным с атомом
углерода С":
ВВЕДЕНИЕ В МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС
155
ф
Ф = 0° (цис)
РИС. 9.17. Двугранный угол ф, определяющий взаимное положение двух С-Н-
связей в молекуле типа этана (подробнее о двугранных углах см. гл. 5).
Эти измерения позволяют оценить промежуточные значения двугранного угла
ф. Особенно интересная работа была проделана Г.Рамачандраном и др.,
которые исследовали довольно жесткий циклический пептид алюмихром:
^Огп3 Orn2 Gly1
I |
Orn1 Gly2 N'Glyj/
Значения ф для остатков орнитина были оценены на основании измерений
констант расщепления и сравнены с величинами, полученными при
рентгеноструктурном анализе фер-рихрома А, железосвязывающего аналога
алюмихрома, у которого остатки Gly 1 и Gly 2 заменены остатками серина. В
табл. 9.2 представлены результаты этого анализа. Значения ф, определенные
этими двумя методами, близки между собой, что служит веским аргументом в
пользу применения ЯМР для структурных исследований.
Много работ было посвящено также изучению линейных пептидов в растворе.
Поскольку здесь имеется не одна фиксированная конформация, а некоторое
распределение по конформациям, речь может идти лишь о среднем ф.
Благодаря изучению взаимодействия между ядрами атомов водорода и азота в
системе вида
Н" о н
,ф\\ J
-15n-----
Таблица 9.2
ЗНАЧЕНИЯ ДВУГРАННЫХ УГЛОВ ф ДЛЯ ОСТАТКОВ ОРНИТИНА, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ ДАННЫХ
ПО ИЗМЕРЕНИЮ КОНСТАНТЫ РАСЩЕПЛЕНИЯ J И С ПОМОЩЬЮ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО
АНАЛИЗА 2)
Остаток Средняя для двух растворителей величина /, Гц Ф (по
результатам измерения У) Ф (по данным рентгеноструктурного анализа)
Orn1 7,6 -150° -145°
Orn2 5,4 -73° -77°
Orn3 8,6 -100° -104°
** Ramachandran G. N.. Chandrasekaran R., Kopple К. D., Biopolymers, 10,
2113 (1971).
2) J представляет собой константу расщепления для протонов группы Н-N-С"-
Н в остатках орнитина алю-михрома. Значения ф с пометкой "по данным
рентгеноструктурного анализа" были определены для остатков орннтнна
феррнхрома.
156
ГЛАВА 9
была получена приблизительная величина двугранного угла ф для связи между
атомом углерода С " и углеродом карбонильной группы. Здесь
регистрировалось взаимодействие между атомами Н" и 15N. При помощи
