ЯМР лактама

[Aleksander]

Доброго времени суток коллеги! Не закидывайте сразу же тапками за возможно банальный вопрос
Ниже прикреплены спектры 2-х бициклических систем, отличающиеся размером лактамного фрагмента на одну метиленовую группу.
Вопрос заключается в том, почему в 8-мичленном лактаме протоны CH2 группы бензильного фрагмента становятся неэквивалентными

[Phobos]

Это перекликается с предыдущей темой про "странный ПМР" гетероцикла. Имеется два устойчивых конформера, с затрудненным переходом между ними. В 7-членном цикле один конфомер, с примерно плоским кольцом.

[Aleksander]

Это перекликается с предыдущей темой про "странный ПМР" гетероцикла. Имеется два устойчивых конформера, с затрудненным переходом между ними. В 7-членном цикле один конфомер, с примерно плоским кольцом.

мне все равно не очень понятно, почему, даже при наличии 2-х устойчивых конформаций, у на спектре метиленовый протоны выходят как два дублета.... Они же все равно остаются эквивалентными.

[Phobos]

Это два дублета с одинаковой интеграцией или две системы AB (дд)? Я сперва думал на второе, не очень хорошо видно. Но если это просто два дублета, то дело еще проще - это одна устойчивая конформация, с затрудненным вращением вокруг этой метиленовой связи. В отсутствие вращения эквивалентность теряется и они щепят друг друга.
Посмотрите на NMR лимонной кислоты - симметричная структура, но вместо синглета имеем пару дублетов. Из-за водородных связей там тоже нет свободного вращения.

Код: Выделить всё

https://hmdb.ca/spectra/nmr_one_d/1080

[Aleksander]

Phobos, да, это система двух дублетов с константой 14,8. Я тоже склонялся к мысли о затрудненном вращении, меня просто смутило, что в 7-мичленном лактаме такого эффекта не наблюдается.

[Phobos]

В 7-членном кольце мы вообще не видим эффектов аксиальности-экваториальности, т.е. углы между протонами симметричны.

[Aleksander]

Phobos, огромное спасибо за помощь

[amge]

Посмотрите на NMR лимонной кислоты - симметричная структура, но вместо синглета имеем пару дублетов. Из-за водородных связей там тоже нет свободного вращения.

Позвольте привести контрпример: диэтилацеталь ацетальдегида. Тоже симметричная структура, но нет ни водородных связей, ни затрудненного вращения. Тем не менее СН2 - АВ квартетов.

[Phobos]

В диэтил-ацеталях таки есть затрудненное вращение, или наиболее устойчивая конформация, возможно из-за эффекта типа мезомерного. Сам получал такие спектры на них и удивлялся первое время.

[amge]

Ой, вряд ли в диэтил-ацеталях затрудненное вращение (надо еще определиться, что значит "затрудненное" - если ЯМР, то барьер выше 10 ккал/моль).

Но в любом случае заторможенное вращение заместителей метиленового фрагмента не обязательно. Даже если оно свободное, СН2-протоны все равно могут быть диастереотопными.

Отличия спектров, приведенных ТС, по моему, вызваны тем, что неплоская конформация 8-членного цикла бензолактама жесткая (в том смысле, что инверсия цикла медленная в шкале времени ЯМР). В результате СН2-протоны диастеротопные. 7-членный цикл, видимо, быстро флиппирует, в результате атом углерода СН2 перестает быть прохиральным.

[Phobos]

Они не "могут быть", они уже диастереотопны, исходя из структуры. То есть если где-то рядом в молекуле появляется хиральный центр, они перестают быть эквивалентными. Ну а роль хирального центра может исполнять и устойчивая конформация молекулы, если она несовместима со своим отражением.

[amge]

Они не "могут быть", они уже диастереотопны, исходя из структуры.

Я уже запутался. О какой структуре речь?

[Phobos]

Метиленовые протоны диастереотопны в любой структуре, это их свойство. Если структура каким-то образом получает хиральные свойства, они становятся неэквивалентны. Хиральные свойства структура может получить через образование хирального центра (тут все просто), или через положение устойчивой конформации (или нескольких), несовместимой со своим отражением. Есть вещества, которые уже неплохо изучены (о-замещенные бифенилы, гелицены) и мы можем заранее предсказать, что у них есть хиральные свойства, хотя нет хирального центра. А есть вот такие структуры типа двух приведенных, где одна в нехиральной конформации, а другая - в хиральной, заставляющей метиленовые протоны щепить друг друга. Причем строго говоря, все метиленовые протоны на этих структурах диастереотопны. Просто по разному чувствуют, и для некоторых эта разница в результурующем магнитном поле уже не чувствуется прибором.

[in situ]

Доброго времени суток коллеги! Не закидывайте сразу же тапками за возможно банальный вопрос
Ниже прикреплены спектры 2-х бициклических систем, отличающиеся размером лактамного фрагмента на одну метиленовую группу.
Вопрос заключается в том, почему в 8-мичленном лактаме протоны CH2 группы бензильного фрагмента становятся неэквивалентными

Александр, а не могло в случае восьмичленного лактама пройти алкилирование с образованием смеси О/N алкилпродуктов? Уж как то совсем сильно различаются по химсдвигам конформеры..

[Phobos]

Я тоже так думал вначале, но судя по всему, на кольце мы видим 8 протонов одного вещества, причем протоны около азота и бензильные дают четкие индивидуальные сигналы dd, каждый по одному протону, а не смесь, характерную для двух разных веществ.

[amge]

Уж как то совсем сильно различаются по химсдвигам конформеры..

И мне показалось, что сильно. Так нечасто бывает. Стало интересно, и решил посчитать, чтобы понять, в чем причина.
Сделал конформационный поиск, переоптимизировал в ДФТ, посчитал хим. сдвиги...
Получается, что там два конформера близкой энергии (остальные сильно выше и вклад не будут давать).

lactam.png

Левого, судя по расчетной энергии, 80%, правого 20%. В первом конформере хим. сдвиги у верхнего протона метиленовой группы 6.29, у нижнего 3.44 м.д. Во втором 3.13 и 6.80 соответственно. Т.е. разница вообще огромная, ~ 3 м.д. Единственная приходящая на ум причина такой разницы - дезэкранирующее влияние неподеленных пар кислорода. Данные конформеры имеют почти одинаковые конформации 8-членного цикла и получаются друг из друга вращением вокруг связи N-CH2. Это очень быстрый процесс, значит, хим. сдвиги нужно усреднить в соответствии со вкладом конформеров. Если это проделать, то получится 5.66 и 4.11, что весьма похоже на экспериментальные сдвиги.

[Phobos]

А с константами расщепления протонов 8-членного кольца эти конформации совпадают? Если протоны около азота и бензильные дают сплит dd, один геминальный и лишь один вицинальный, то можно прикинуть углы между плоскостями связей. По крайней мере, они не должны противоречить модели.

[amge]

Константы я не считал, да и не видать их из спектра на картинке.
NCH2 3.06 и 3.11 м.д., диэдралы с соседней CH2 80,-165 и -37,77
ArCH2 2.83 и 2.96 м.д., диэдралы с соседней CH2 79,-36 и -165,80
(это в первом конформере, во втором на вид примерно также)
Если не лень, можно по Карплусу посчитать

[Phobos]

Их не видно точно, но если одного расщепления нет вообще, то значит, где-то у нас есть угол 80-100. Что и подтверждается Вашим рассчетом. А в 7-членном у нас углы симметричные, и красивые триплеты на спектре.