Методические рекомендации для самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (срсп)

Тема 1 - Применение спектроскопии ямр 1н в анализе лекарственных средств (3 часа)

Цель: применить основы ЯМР ¹Н в анализе адреноблокаторов и в химии стероидов.

Задачи обучения: научить обучающихся расшифровке получаемых резонансных сигналов

Форма проведения: индивидуальная подготовка материала по теме и последующее групповое обсуждение с использованием раздаточного материала и презентаций слайдов студентов

Задания по теме:

1. Применение ЯМР ¹Н в анализе адреноблокаторов и в химии стероидов.

2. Регистрация спектра или сканирование спектра.

3. Определение спектральных характеристик.

Раздаточный материал: таблицы с основными математическими формулами, заложенными в методе ЯМР ¹Н в анализе лекарственных средств, примеры спектров, материалы слайдов

Литература:

1.Б.И. Ионин, Б.А. Ершов, А.И. Кольцов ЯМР-спектроскопия в органической химии / Под ред. Б.А. Ершова – 2-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1983. – 272 с..

2.Отто М. Современные методы аналитической химии. 2-е исправленное издание. М.: Техносфера, 2006. – 416 с.

3.Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа. Издание 5-е, перераб. и доп. - М.: Химия, 1973. – 536 с.

4.Государственная фармакопея Республики Казахстан. 1 том. – Алматы: изд-й дом «Жибек жолы», 2008.

Контроль (вопросы):

1. Какое явление лежит в основе метода ЯМР ¹Н?

2. Как проводится ЯМР ¹Н анализ?

3. Как проводится расшифровка спектров?

4. Для каких целей используют ЯМР ¹Н анализ в фармации?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рассматривание спектроскопии для стероидных соединений, как одного из представительных групп в органической химии, объясняется несколькими причинами. Во-первых, полициклические структуры, объединяющие их молекулы, являются идеальными для оценки факторов, влияющих на константы спин-спинового взаимодействия, а также объяснения эффектов, обусловленных различными функциональными группами. Во-вторых, все стероидные соединения содержат максимальное количество функциональных групп и легко доступны в чистом виде.

При рассматривании спектра ЯМР андростана выявлен узкий резонансный сигнал, соответствующий ангулярным метильным группам С-18 и С-19. В холестане, в молекуле которого при С-17 положении пристраивается боковая цепь, имеются две метильные группы в положениях атома углерода С-20, С-25. Каждая из этих метильных групп подвержена влиянию одного атома водорода. Следствием взаимодействия метильных протонов с единичным протоном у соседнего атома углерода является появление в спектре сигналов в виде дублетов. Для ацетатных ОСОСН₃, ацетильных СОСН₃, карбометоксильных СООСН₃ групп метильные группы связаны с атомами углерода, не имеющими атомов водорода.

При изучении стероидов Шулери и Роджерсом [1],

[1] Shoolery J.N., Rogers M.T., J. Am. Chem. Soc., 80, 5121 (1958).

было установлено, что резонансные частоты ангулярных метильных протонов зависят как от природы, так и ориентации заместителей в стероидном цикле. Сдвиг этих частот объясняется введением в молекулу нескольких функциональных групп. Введение кетогруппы в 3-ое положение, а также введение двойной связи в 5-ое положение стероидного цикла сдвигает резонансный сигнал метильной группы при С-19 в более слабое поле на 5-7 Гц. Таким образом, если закон аддитивности справедлив, то подтвержденное экспериментально смещение сигнала в спектре ∆⁵-3-она на 10-12 Гц, предсказывает сказанное выше утвержденное.

Одним из авторов Цюрхером [2]

[2] Zurcher R.F., Helv. Chim. Acta, 44, 1380 (1961).

при рассмотрении около 260 стероидов была определена концентрационная зависимость протонных резонансных сигналов прогестерона в растворе CdCl₃ на частоте 60 мГц с использованием тетраметилсилана в качестве внутренного стандарта (таблица 2).

Таблица 2 – Концентрационная зависимость протонных резонансных сигналов прогестерона в CdCl₃ (при 60 мГц)

Сигнал	Концентрация, моль/л
	0,01	0,05	0,1		0,5		1,0	1,5
	Химический сдвиг δ, Гц
18-Н	41,2	40,8		40,5		40,4	40,2		40,1
19-Н	72,2	71,4		71,2		71,1	71,3		71,9
21-Н	127,6	127,3		127.0		126,8	126,6		126,4
4-Н	345,7	345,2		345,0		344,4	343,8		343,2

По данным таблицы 2 при увеличении концентрации в 10 раз (от 0,01 до 1,0 М) наблюдается изменение положения резонансного сигнала третичной метильной группы менее чем на 1 Гц, что можно пренебречь межмолекулярными взаимодействиями в этой концентрационной области.

В виду наличия шести ассиметрических атомов углерода возможно существование 32 химически различных изомеров для андростана что не решает проблему использования этих всех существующих изомеров в качестве произвольных стандартов. В каждом из этих изомеров ангулярные метильные группы при С-18, С-19 положениях по-разному взаимодействуют с остатком молекулы и поэтому вследствие анизотропии магнитных восприимчивостей связей С-С и С-Н будут давать резонансные пики при различных частотах. Проблема упрощается благодаря тому, что громадное большинство стероидных соединений имеют метильные группы С-18, С-19, а также протон при С-8 в β-положении и С-9 в α-положении. В качестве произвольных стандартов используются только четыре стандартных соединения (5α, 14α-андростан; 5α,14β-андростан; 5β, 14α-андростан; 5β, 14β-андростан), в молекулах которых изменяется стереохимия (α или β положения) протонов С-5 или С-14.