Новый программный комплекс для анализа спектров ЯМР высокого разрешения по полной форме линии VALISA.
Применение для структурного и конформационного анализа
Диссертация
Выполнен конформационный анализ диэтилового эфира цис-1,2циклогександиол-/и/?анс-4,5-дикарбоновой кислоты. Основная конформация этого циклогексана — твист-ванна, стабилизированная водородной связью. Решена задача определения положения алифатического протона в продуктах присоединения 1-(4-нитрофенил)-3-фенилнитрилилида к фуллерену Ceo. Графики изменения параметров в тестах сходимости рис. 61… Читать ещё >
Содержание
- 1. Введение
- 2. Литературный обзор
- 2. 1. Методы анализа спектров ЯМР
- 2. 1. 1. Постановка задачи
- 2. 1. 2. Подход Кастеллано и Ботнер-Би
- 2. 1. 3. Интегральные преобразования
- 2. 1. 4. Отнесение с распознаванием образов
- 2. 1. 5. Анализ по полной форме линии
- 2. 1. 6. Другие методы
- 2. 2. Конформационный анализ циклических молекул
- 2. 2. 1. Конформационные равновесия
- 2. 2. 2. Номенклатура конформаций циклоалканов
- 2. 2. 3. Псевдовращение и координаты складчатости
- 2. 2. 4. Потенциалы псевдовращения
- 2. 3. Применение ЯМР в конформационном анализе
- 2. 3. 1. Методы, основанные на химических сдвигах
- 2. 3. 2. Эффекты ЯЭО
- 2. 3. 3. Остаточное диполь-дипольное взаимодействие
- 2. 3. 4. Связь КССВ с торсионными углами
- 2. 3. 5. Метод CUPID
- 2. 4. Анализ транс-1,2-дизамещённых циклопентанов
- 2. 5. Выводы по литературному обзору
- 2. 1. Методы анализа спектров ЯМР
- 3. Разработка метода VALISA
- 3. 1. Основная идея
- 3. 2. Структура алгоритма
- 3. 3. Тестирование сходимости
- 3. 4. Тестирование устойчивости
- 3. 5. Границы применимости
- 3. 5. 1. Начальное приближение
- 3. 5. 2. Зашумлённость
- 3. 5. 3. Искажения формы линии
- 3. 6. Сравнение с другими современными методами
- 4. Структурный анализ
- 4. 1. Установление структуры аннелированных производных фуллерена
- 5. Конформационный анализ
- 5. 1. Пятичленные циклы
- 5. 1. 1. Отнесение спектров
- 5. 1. 2. Анализ спектров
- 5. 1. 3. Конформационный анализ
- 5. 1. 4. Экспериментальное построение потенциала псевдовращения
- 5. 2. Шестичленные циклы
- 5. 2. 1. Отнесение спектров
- 5. 2. 2. Анализ спектров
- 5. 2. 3. Конформационный анализ
- 5. 1. Пятичленные циклы
- 6. 1. Синтез модельных соединений
- 6. 1. 1. Синтез транс-1,2-дибромциклопентана
- 6. 1. 2. Синтез транс-1,2-дихлорциклопентана
- 6. 1. 3. Синтез циклопентанола
- 6. 2. ЯМР эксперименты
- 6. 3. Численные эксперименты
Список литературы
- Т. D. W. Claridge, «High Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry», Pergamon, Amsterdam, 1999, 382 стр. 1. BN 80 427 995.
- A. E. Derome, «Modern NMR Techniques for Chemistry Research», Pergamon, Oxford, 1987, 280 стр, ISBN 80 325 149
- S. M. Castellano, A. A. Bothner-By, J. Chem. Phys., 1964, 41, 3863
- D. S. Stephenson, Encyclopedia of NMR, 1996, 817
- C. High, R. Milton, Org. Mag. Res., 1972, 4, 203
- C. High, «A Simple Guide to the use of Iterative Computer Programs in the Analysis of NMR Spectra», Annual Rev. on NMR Spectroscopy, London, Acad. Press, 1971,4, 311
- R. Johannesen, J. Ferreti, J. Harris, ««, J. Mag. Res., 1970, 3, 84
- P. Diehl, S. Sykora, J. Vogt, ««, J. Mag. Res., 1975, 19, 67
- R. Laatikainen, «Automated Analysis of NMR Spectra», J. Mag. Res., 1991, 92, 1−9
- E. Kolehmainen, K. Laihia, R. Laatikainen, J. Vepsalainen, M. Niemitz, R. Suontamo, «Complete Spectral Analysis of the *H NMR 16-Spin System of P-Pinene», Magn. Reson. Chem. 1997, 35, 463−467
- J. Pulkkinen, R. Laatikainen, J. Vepsalainen, M. Ahigren, «Characterization of a Conformational^ Flexible System: NMR Spectroscopic Study of 1,5-diphenylpentane-2,4-dione», Magn. Reson. Chem., 1999,37, 119−126
- С. С. Голотвин, В. А. Чертков, «Распознавание образов мультиплетной структуры спектров ЯМР», Изв. Акад наук. Сер. хим., 1997, 444−451
- Дж. Ту, Р. Гонзалес, «Принципы распознавания образов», Мир, Москва, 1978,411 стр.
- J. Heinzer, «Iterative Least-Squares NMR Lineshape Fitting with Use of Symmetry and Magnetic Equivalence Factorization», J. Mag. Res., 1977, 26, 301 316
- D. Stephenson, G. Binsch, «Automated Analysis of High-Resolution NMR Spectra I. Principles and Computational Strategy», J. Mag. Res., 1980, 37, 395 407
- U. Weber, Н. Thiele, Proceedings of the 12th EENC, Oulu, 1994, 302
- P. J. Hore, J. Mag. Res., 1985, 62, 561−567
- E. L. Eliel, «100+ Years of Conformational Analysis», стр 1−24 в книге «Conformational Behavior of Six-Membered Rings», VCH Publishers, 1995, 306 стр. ISBN 1−56 081−683-X
- S. Winstein, N. J. Holness, «Neighboring Carbon and Hydrogen XIX. t-Butylcyclohexyl Derivatives. Quantitative Conformational Analisys», J. Amer. Chem. Soc., 1955, 77, 5562−5578
- E. L. Eliel, K. D. Hargrave, К. M. Pietrusiewicz, M. J. Manoharan, «Conformational Analysis 42. Monosubstituted Tetrahydropyrans», J. Amer. Chem. Soc., 1982, 104, 3635−3643
- E. L. Eliel, D. Kandasamy, C. Yen, K. D. Hargrave, J. Amer. Chem. Soc., 1980, 102,3698
- H. Booth, J. R. Everett, J. Chem. Soc. Perkin 2, 1980, 2709
- R. L. Willer, E. L. Eliel, «Conformational Analysis 34. Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectra of Saturated Heterocycles 6. Methylthianes», J. Amer. Chem. Soc., 1977, 99, 1925−1936
- J. B. Hendrickson, «Molecular Geometry I. Machine Computation of the Common Rings», J. Amer. Chem. Soc., 1961, 83, 4537−4547
- J. B. Hendrickson, «Molecular Geometry IV. The Medium Rings», J. Amer. Chem. Soc., 1964, 86, 4854−4866
- J. B. Hendrickson, «Molecular Geometry VII. Modes of Inverconversion in the Medium Rings», J. Amer. Chem. Soc., 1967, 89, 7047−7061
- T. Klots, S. Lee, J. Laane, «Far-Infrared Spectra and Two-Dimensional Potential Energy Surfaces Involving the Ring-Puckering Vibration of 2,5-Dihydrothiophene», J. Phys. Chem. A, 1999, 103, 833−837
- J. Laane, «Experimental Determination of Vibrational Potential Energy Surfaces and Molecular Structures in Electronic Excited States», J. Phys. Chem. A, 2000, 104, 7715−7733
- D. Autrey, J. Laane, «Far-Infrared Spectra, ab Initio Calculations, and the RingPuckering Potential Energy Function of 2,3-Dihydrofuran»,./. Phys. Chem. A, 2001, 105, 6894−6899
- D. Cremer, «Theoretical Determination of Molecular Structure and Conformation
- I. The pseudorotation surface of 1,2,3-trioxolane and 1,2,4-trioxolane», J. Chem. Phys., 1979, 70, 1898−1910
- D. Cremer, «Theoretical Determination of Molecular Structure and Conformation1. Electronic Effects Influencing the Stability of Methyl Substituted Primary Ozonides», J. Chem. Phys., 1979, 70, 1911−1927
- D. Cremer, «Theoretical Determination of Molecular Structure and Conformation
- V. Electronic Effects Influencing the Stability of Methyl Substituted Final Ozonides», J. Chem. Phys., 1979, 70, 1928−1938
- R. U. Lemieux, R. K. Kulling, H. J. Bernstein, W. G. Schneider, J. Amer. Chem. Soc., 1958, 80, 6098
- D. K. Dalling, D. M. Grant, «Carbon-13 Magnetic Resonance IX. The Methylcyclohexanes», J. Amer. Chem. Soc., 1967, 89, 6612−6621
- J. C. A. Boeyens, «The Conformation of Six-Membered Rings», J. Cryst. Mol. Struct., 1978, 8, 317−320
- C. Altona, M. Sundaralingam, «Conformational Analysis of the Sugar Ring in Nucleosides and Nuclotides. A New Description Using the Concept of Pseudorotation», J. Amer. Chem. Soc., 1972, 94, 8205−8212
- J. E. Kilpatrick, K. S. Pitzer, K. S. Spitzer, J. Amer. Chem. Soc., 1947, 69, 2483
- J. E. Kilpatrick, K. S. Pitzer, K.S. Spitzer, J. Amer. Chem. Soc., 1958, 80, 6697
- K. S. Pitzer, W. E. Donath, J. Amer. Chem. Soc., 1959, 81, 3213
- H. J. Geise, C. Altona, C. Romers, «The Relations Between Torsional and Valency Angles of Cyclopentane», Tetrahedron Lett., 1967, 15, 1383−1386
- C. Altona, H. J. Geise, C. Romers, «Conformation of Non-Aromatic Ring Compounds XXV. Geometry and Conformations of Ring D in Some Steroids from X-Ray Structure Determinations», Tetrahedron, 1968, 24, 13−32
- C. Altona, M. Sundaralingam, J. Amer. Chem. Soc., 1973, 95, 2333
- H. M. Pickett, H. L. Strauss, «Symmetry and Conformation of the Cycloalcanes», J. Chem. Phys., 1971, 55, 324−334
- D. Cremer, J. A. Pople, «A General Definition of Ring Puckering Coordinates», J. Amer. Chem. Soc., 1975, 97, 1354−1358
- J. C. A. Boeyens, D. G. Evans. «Group Theory of Ring Pucker», Acta Crystallogr. B, 1989, 45, 577−581
- V. V. Diky, N. V. Martsinovich, G. J. Kabo. «Calculation of Pseudorotational Moments of Inertia of Cyclopentane Derivatives Using Molecular Mechanics Method», J. Phys. Chem. A, 2001, 105, 4969−4973
- N. S. Zefirov, V. A. Palyulin, E. E. Dashevskaya, «Stereochemical Studies XXXIV. Quantitative Description of Ring Puckering via Torsion Angles. The Case of Six-Membered Rings», J. Phys. Org. Chem., 1990, 3, 147−158
- A. Y. Zotov, V. A. Palyulin, N. S. Zefirov, «RICON The Computer Program for the Quantitative Investigations of Cyclic Organic Molecule Conformations», J. Chem. Inf. Compul. Sci., 1997, 37, 766−773
- C. A. G. Haasnoot, «The Conformation of Six-Membered Rings Described by Puckering Coordinates Derived from Endocyclic Torsion Angles», J. Amer. Chem. Soc., 1992, 114, 882
- H. R. Buys, H. J. Geise, Tetrahedron Lett., 1968, 5619
- R. Bucourt, «The torsion angle concepts in conformational analysis» стр 159 том 8 в книге Topics in Stereochemistry под ред E. L. Eliel, N. L. Allinger, Interscience, 1974, New York.
- D. Cremer, K. J. Szabo, «Ab Initio Studies of Six-Membered Rings: Present Status and Future Developments» стр 59−135 в книге «Conformational Behavior of Six-Membered Rings» под ред E. Juaristi, VCH Publishers, 1995, 306 стр. ISBN 1−56 081−683-X
- W. Tochtermann, Topics Curr. Chem. 1970, 15, 378
- D. Hofner, S. Lesko, G. Binsch, «Dynamic Proton Magnetic Resonance Studies on Complex Spin Systems», 1978, 11, 179−196
- H. M. Pickett, H. L. Strauss., «Conformational Structure, Energy, and Inversion Rates of Cyclohexane and Some Related Oxanes», J. Amer. Chem. Soc., 1970, 92, 7281−7290
- H. Mo, T. Pocharsky, ««, Progress in NMR Spectroscopy, 1997, 30, 1
- F. J. M. Van de Ven, «Multidimentional NMR in Liquids», VCH, New York, 1995, 399 стр.
- L. G. Barrientos, C. Dolan, A. M. Gronenborn, «Characterisation of Surfactant Liquid Crystal Phases Suitable for Molecular Alignment and Measurement of Dipolar Couplings», J. Biomol. NMR, 2000, 16, 329−337.
- G. M. Clore, M. R. Starich, A. M. Gronenborn, «Measurement of Residual Dipolar Couplings of Macromolecules Aligned in the Nematic Phase of a Colloidal Suspension of Rod-Shaped Viruses», J. Amer. Chem. Soc., 1998, 120, 10 571−10 572.
- M. R. Hansen, L. Mueller, A. Pardi, «Tunable Alignment of Macromolecules by Filamentous Phase Yields Dipolar Coupling Interactions», Nat. Struct. Biol., 1998, 5, 1065−1074.
- M. W. F. Fischer, J. A. Losonczi, J. L. Weaver, J. H. Prestegard, «Domain Orientation and Dynamics in Multidomain Proteins from Residual Diploar Couplings», Biochemistry., 1999, 38, 9013−9022.
- G. M. Clore, A. M. Gronenborn, N. Tjandra, «Direct Refinement Against Residual Diploar Couplings in the Presence of Rhombicity of Unknown Magnitude», J. Magn. Reson., 1998, 131, 159−162.
- F. Delaglio, G. Kontaxis, A. Bax, «Protein Structure Determination Using Molecular Fragment Replacement and NMR Dipolar Couplings», J. Amer. Chem. Soc. 2000, 122,2142−2143.
- J. Meiler, N. Blomberg, M. Nilges, C. Griesinger, «A New Approach for Applying Residual Dipolar Couplings As Restraints in Structure Elucidation», J. Biomol. NMR, 2000, 16, 245−252.
- D. I. Freedberg, «An Alternative Method for Pucker Determination in Carbohydrates from Residual Dipolar Couplings: A Solution NMR Study of the Fructofuranosyl Ring of Sucrose», J. Amer. Chem. Soc., 2002, 124, 2358−2362
- M. Karplus, J. Chem. Phys., 1959, 30, 11
- M. Karplus, J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 2870
- K. G. R. Pachler, Tetrahedron, 1971, 27, 187
- K. G. R. Pachler, J. Chem. Soc. Perkinll, 1972, 1936
- M. L. Huggins, J. Amer. Chem. Soc, 1953, 75, 4123
- С. A. G. Haasnoot, F. A. A. M. de Leeuw, С. Altona, «The Relationship Between Proton-Proton NMR Coupling Constants and Substituent Electronegativities I. An Empirical Generalization of the Karplus Equation», Tetrahedron Lett., 1980, 36, 783−2792
- C. Altona, J. H. Ippel, A. J. A. W. Hoekzema, C. Erkelens, M. Groesbeek, L. A. Donders, Magn. Reson. Chem., 1989, 27, 556
- C. A. G. Haasnoot, «Conformational Analysis of Six-Membered Rings in Solution: Ring Puckering Coordinates Derived from Vicinal NMR Proton-Proton Coupling Constants», J. Amer. Chem. Soc., 1993, 115, 1460−1468
- C. Jaime, R. Ortufio, J. Font, «Di- and Trisubstituted y-Lactones. Conformational Study by Molecular Mechanics Calculations and Coupling Constants Analysis», J. Org. Chem., 1986, 51, 3946−3951
- K. Imai, E. Osawa, «An Extension of Multiparametric Karplus Equation», Tetrahedron Lett., 1989, 30, 4251−4254
- A. Wu, D. Cremer, A. A. Auer, J. Gauss. «Extension of the Karplus Relationship for NMR Spin-Spin Coupling Constants to Nonplanar Ring Systems: Pseudorotation of Cyclopentane», J. Phys. Chem. A, 2002, 106, 657−667.
- R. Aydin, H. Gunther, Magn. Reson. Chem., 1990, 28, 448
- Travoska, M. Hricovini, E. Petrakova, ««, Carbohydr. Res., 1989, 189, 359
- Travoska, K. Mazeau, M. Blanc-Muesser, S. Lavaitte, H. Driguez, F. R. Taravel, Carbohydr. Res., 1992, 229, 225.
- A. C. Wang, A. Bax, J. Amer. Chem. Soc., 1995, 117, 1810.
- J. S. Hu, A. Bax, J. Amer. Chem. Soc., 1997, 119, 6360
- J. S. Fabian, J. Gullieme, E. Diez, «Vicinal Flourine-Proton Coupling Constnats», J. Magn. Reson., 1998, 133, 255−265
- Z. Dzakula, A. S. Edison, W. M. Westler, J. L. Markley, «Analysis of xi Rotamer Populations from NMR Data by the CUPID Method», J. Amer. Chem. Soc., 1992, 114, 6200−6207
- Z. Dzakula, W. M. Westler, A. S. Edison, J. L. Markley, «The CUPID Method for Calculating the Continuous Probability Distribution of Rotamers from NMR Data», J. Amer. Chem. Soc., 1992, 114, 6195−6199
- Z. Dzakula, M. L. DeRider, J. L. Markley, «Conformational Analysis of Molecules with Five-Membered Rings through NMR Determination of the Continuous Probability Distribution (CUPID) for Pseudorotation», J. Amer. Chem. Soc., 1996, 118, 12 796−12 803
- G. Altona, H. R. Buys, E. Havinga, Rec. Trav. Chim., 1966, 85, 983
- T. D. W. Claridge, High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry, Pergamon, Amsterdam, 1999, 382 c.
- А. В. Буевич, «Расчёт спектров ЯМР по полной форме линии и конформационный анализ шестичленных и пятичленных полизамещённых карбо- и гетероциклов», дисс. канд. хим. наук., Москва, МГУ, 1988
- W. Н. Press, S. A. Teukolsky, W. Т. Vetterling, В. P. Flannery, «Numerical Recipes in С. The Art of Scientific Programming», Cambridge University Press, 994 c, ISBN 521 431 085
- D. S. Stephenson, G. Binsch, «Automated Analysis of High-Resolution NMR Spectra. II. Illustrative Applications of the Computer Program DAVINS», J. Mag. Res., 1980, 37, 409−430
- Ovcharenko A.A., Chertkov V.A., Karchava A.V., Yurovskaya M.A., «Cycloaddition Reaction of l-(4-Nitrophenyl)-3-Phenylnitrile Ylide to Buckerminsterfullerene 60.», Tetrahedron Lett., 1997, 38, 6933−6936.
- D. Babie, D. Klein, C. Sah, «Symmetry of fullerenes», Chem. Phys. Lett. 1993, 211,235−241
- Э. Дероум, «Современные методы ЯМР для химических исследований.», М., Мир, 1992, стр 132
- M. Hansen, Н. J. Jakobsen, ««, J. Magn. Reson., 1975, 20, 520
- А. В. Макаркина, С. В. Зубков, В. А. Чертков, «Ориентация бензотиофена магнитным полем в изотропной жидкой фазе», ХГС, 1997, N3, 318−323
- С. С. Голотвин, «Распознавание образов мультиплетной структуры спектров ЯМР новый инструмент изучения структуры и свойств органических соединений», дисс канд хим наук, Москва, МГУ, 1998
- D. N. Laikov, «Fast evaluation of density functional exchange correlation terms using the expansion of the electron density in auxiliary basis sets», Chem. Phys. Lett. 1997.281, 151−156.
- W.J. Hehre, L. Radom, P. von R. Schleyer, J.A. Pople, «Ab initio molecular orbital theory», Wiley, 1986.
- D. M. Ferguson, I. R. Gould, W. A. Glauser, S. Schroeder, P. A. Kollman, J. Comp. Chem., 1992, 13, 525−532
- V. V. Samoshin, V. A. Chertkov, L. P. Vatlina, E. K. Dobretsova, N. A. Simonov, L. P. Kastorsky, D. E. Gremyachinsky, H. J. Shneider, ««, Tetrahedron Lett., 1996, 37, 3981
- A. Bernardi, A. Checchia, P. Brocca, S. Sonnino, F. Zuccotto, «Sugar Mimics: An Artificial Receptor for Cholera Toxin», J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 20 322 036.
- G. Altona, H. R. Buys, E. Havinga, Ree. Trav. Chim., 1966, 85, 983.
- M. S. Kharasch, H. C. Brown, J. Am. Chem. Soc., 1939, 61, 3432−3436
- R. F. Nystrom, W. G. Brown, «Reduction of Organic Compounds by Lithium Aluminium Hydride», J. Am. Chem. Soc., 1947, 69, 1197
- S. S. Golotvin, A. Williams, «Improved Baseline Correction of FT NMR Spectra», NMR Newsletter, October 1999