Новые подходы к извлечению структурной информации из одномерных и двумерных спектров ЯМР высокого разрешения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Чешков, Дмитрий Александрович

• Чешков, Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Чешков, Дмитрий Александрович

Оглавление

1. Введение

2. Обзор литературы

2.1. Методы определения параметров спектров ЯМР высокого разрешения

2.1.1. Анализ одномерных спектров ЯМР высокого разрешения

2.1.1.1. Прямая спектральная задача. Расчет одномерных спектров ЯМР

2.1.1.2. Способы задания оценочной функции

2.1.1.3. Методы оптимизации спектральных параметров

2.1.2. Особенности подготовки и обработки экспериментальных спектров

2.1.2.1. Методы получения однородного магнитного поля В0

2.1.2.2. Методы предварительной обработки спектров

2.1.3. Методы многоимпульсной и многомерной спектроскопии

2.1.3.1. Прямое наблюдение сигнала ЯМР

2.1.3.2. Генерация частот в непрямом измерении

2.1.3.3. Моделирование многоимпульсного эксперимента ЯМР

2.1.4. Определение спектральных параметров с помощью многоимпульсных

экспериментов

2.1.4.1. Метод спинового эха

2.1.4.2. Измерение величин и установление относительных знаков КССВ по кросс-пикам COSY

2.1.4.3. Методы измерения КССВ по двумерным мультиплетам

2.1.4.4. Селективные импульсы для регистрации фрагмента двумерного спектра

2.1.4.5. Методы измерения КССВ между спинами с низким естественным содержанием

2.2. Методы теоретического предсказания констант спин-спинового взаимодействия...55 2.2.1. Конформационные зависимости констант спин-спинового взаимодействия

3. Обсуждение результатов

3.1. Постановка задачи настоящего исследования

3.2. Развитие методов анализа одномерных спектров

3.2.1. Усовершенствование подхода VALISA

3.2.2. Исследование стратегии дополнительных уширений в случае локальных

минимумов

3.2.3. Метод имитации отжига

3.3. Анализ формы линий сигналов в двумерных гетероядерных /-спектрах

3.4. Демонстрация возможностей разработанных методов расшифровки мультиплетной структуры для характеристики структурных свойств молекул

3.4.1. Анализ спектров ЯМР стирола

3.4.1.1. Анализ протонных спектров ЯМР стирола

3.4.1.2. Измерение некоторых гетероядерных 1Н -13С КССВ в стироле

3.4.2. Анализ спектров коричного альдегида

3.4.3. Анализ спектров (-)-ментола

3.4.3.1. Анализ протонных спектров (-)-ментола

3.4.3.2. Измерение некоторых гетероядерных 1Н -13С КССВ в (-)-ментоле

3.4.3.3. Измерение 13С-13С КССВ в (-)-ментоле

3.4.3.4. Исследование конформационного равновесия в растворе ментола

3.4.4. Анализ спектров Ь-пролина

3.4.5. Определение относительной конфигурации производного

гексагидропиримидинтиона по данным 1Н ЯМР спектров

4. Экспериментальная часть

4.1. Протокол регистрации спектров ЯМР

4.2. Процедура калибровки селективных импульсов

4.3. Особенности компьютерных вычислений

5. Выводы

6. Список публикаций по теме диссертации

7. Приложение

8. Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Новые подходы к извлечению структурной информации из одномерных и двумерных спектров ЯМР высокого разрешения»

1. Введение

Актуальность работы.

Спектроскопия ЯМР составляет важнейшую часть комплекса физико-химических методов исследования строения и свойств органических соединений. Использование различных методик ЯМР позволяет получать информацию не только о структуре и конфор-мационной динамике молекулярных систем, но также о супрамолекулярных взаимодействиях и ориентации молекул в магнитных полях. Для решения таких задач необходимы точные значения констант спин-спинового взаимодействия, включая их относительные знаки. Установление величин констант спин-спинового взаимодействия по спектрам ЯМР сложных молекулярных систем требует комплексного подхода, включающего решение обратной задачи при анализе одномерных спектров с дополнением недостающих данных из двумерных спектров ЯМР. Недостатками существующих реализаций данного подхода являются: необходимость предварительного извлечения точных значений частот переходов из экспериментальных спектров (при использовании программных комплексов семейства LAOCOON, LAOCOON-PAREMUS); трудоемкость или невозможность (в случае спектров сложных многоспиновых систем) ручного соотнесения экспериментальных и теоретических значений частот линий (в программном комплексе LAOCOON); недостаточная эффективность методов сглаживания оценочной функции при анализе спектров по полной форме линии (в программных комплексах NMRCON, VALISA, PERCHit). Кроме того, во всех случаях в расчетных методах реализованы алгоритмы локальной оптимизации, использование которых накладывает определенные ограничения на начальные значения оптимизируемых параметров.

Таким образом, разработка новых методов расшифровки мультиплетной структуры спектров ЯМР, в том числе с привлечением данных, получаемых из двумерных спектров, является актуальной задачей.

Цель работы.

Разработка комплексного подхода к получению точных значений параметров спиновых систем при анализе одномерных и двумерных спектров ЯМР высокого разрешения. Для достижения поставленной цели планировалось решить следующие задачи:

- детально проанализировать существующие подходы к расшифровке тонкой мультиплетной структуры спектров ЯМР, выявить преимущества и ограничения опубликованных методов;

- разработать методы, позволяющие преодолеть ограничения существующих подходов, повысить эффективность и степень автоматизации процесса анализа тонкой мультиплетной структуры спектров ЯМР;

- адаптировать методики двумерной гомо- и гетероядерной спектроскопии ЯМР для измерения параметров спиновых систем (реализовать режимы регистрации двумерных спектров с высоким разрешением);

- определить параметры спиновых систем для ряда модельных соединений с использованием разработанных методов.

Научная новизна работы.

- Разработан новый подход с оптимизацией методом Монте-Карло (имитация отжига) для анализа тонкой мультиплетной структуры спектров ЯМР высокого разрешения по полной форме линии.

- Показано, что неградиентный алгоритм локальной оптимизации Пауэлла обладает лучшей сходимостью и устойчивостью при поиске решения спектральных задач в подходе VALISA по сравнению с методом Левенберга-Марквардта.

- Установлена связь параметров гетероядерного импульсного эксперимента /-спектроскопии с видом двумерного спектра. Предложен метод обработки спектральных данных двумерных гетероядерных /-спектров, позволяющий получать надежные значения КССВ.

- Полностью расшифрована мультиплетная структура спектров ЯМР 1Н растворов стирола, коричного альдегида в CDClз, CDзCN, C6D6, ментола в CDClз, Ь-пролина в CDзOD. С помощью двумерных /-спектров с селективной инверсией определены основные конформационно значимые константы п/с,н в стироле и ментоле. Методами 2D-INADEQUATE установлены значения КССВ п/с,с для ментола.

- На основе полученных данных проведено исследование конформационного равновесия в ментоле, учитывающее одновременное вращение гидроксильной и изопро-пильной групп. С использованием точных значения КССВ установлена относительная конфигурация производного гексагидропиримидинтиона.

Теоретическая и практическая значимость результатов работы.

Разработанный в работе подход к анализу спектров ЯМР высокого разрешения по полной форме линии с применением вероятностного метода оптимизации (имитации отжига) позволяет в значительной степени автоматизировать процесс расшифровки тонкой мультиплетной структуры спектров, существенно повысить сходимость и устойчивость процесса поиска решения, а также обеспечить надежность получаемых результатов. Предложенный в работе алгоритм регистрации и обработки гетероядерных /-спектров с селек-

5

тивной инверсией предоставляет возможность точного измерения малых по величине ге-тероядерных КССВ п/хн.

Данные, извлекаемые из спектров ЯМР с использованием разработанных методик, позволят надежно охарактеризовывать структуру и динамику молекулярных систем.

Личный вклад автора.

- Систематизация литературных данных.

- Реализация импульсных экспериментов 2-0 гетероядерной /-спектроскопии, 1H,1H-Soft-COSY, включая разработку импульсных последовательностей, оптимизацию параметров накопления и обработки спектров.

- Разработка программы анализа спектров по полной форме линии с применением метода симулированного отжига на стадии оптимизации; практическая реализация алгоритма деконволюции спектров по опорному сигналу при обработке одномерных спектров.

- Расшифровка мультиплетной структуры экспериментальных спектров модельных соединений с помощью существующего и разработанного программного обеспечения.

- Подготовка материалов к публикации, представление полученных результатов на конференциях.

Положения, выносимые на защиту.

- Новый метод анализа спектров ЯМР по полной форме линии с применением вероятностного метода оптимизации (алгоритм симулированного отжига). Метод успешно проверен на тестовых задачах по расшифровке четырех модельных спектров сильносвязанных систем типа ABCD, использован при анализе экспериментального спектра L-пролина.

- Параметры спиновых систем (включая относительные знаки дальних КССВ п/н,н) и полностью расшифрованная тонкая мультиплетная структура протонных спектров стирола и коричного альдегида (растворы в С0С1з, CDзCN и СбОб), ментола в С0С1з, L-пролина в СОзОО.

- Связь вида двумерного гетероядерного /-спектра с параметрами импульсного эксперимента; алгоритм обработки двумерных гетероядерных /-спектров, позволяющий получать пики лоренцевой формы линии в обоих частотных измерениях.

- Величины основных конформационно значимых констант п/сн для стирола и ментола, измеренные с помощью двумерных гетероядерных /-спектров с селективной

инверсией; величины констант nJc,c для ментола, измеренные с помощью 2-D INADEQUATE.

- Исследование конформационного равновесия в ментоле, связанного с одновременным вращением гидроксильной и изопропильной группы.

Апробация работы.

Основные результаты работы были представлены на международной конференции "EuroMAR 2011" (Германия, Франкфурт-на-Майне, 2011); V всероссийской конференции "Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях" (Россия, Казань, 2011); 10 международном симпозиуме и летней школе "Nuclear Magnetic Resonance in Condensed Matter" (Россия, Санкт-Петербург, 2013), 11 международном симпозиуме и летней школе "Nuclear Magnetic Resonance in Condensed Matter" (Россия, Санкт-Петербург, 2014), международной конференции "EuroMAR 2016" (Дания, Орхус, 2016).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в научных журналах, отвечающих требованиям ВАК, и тезисы 6 докладов на конференциях.

Автор выражает благодарность к.ф.-м.н. Д.О. Синицыну, К.Ф. Шеберстову, В.И. Брагину, к.х.н. А.В. Кисину, В.М. Носовой, к.х.н. А.К. Шестаковой, М.Г. Кузнецовой, к.ф.-м.н. И.Б. Сокольской, проф. Н.М. Сергееву, д.х.н. Ю.К. Гршину, к.ф.-м.н. В.А. Рознятовскому, к.х.н. И.М. Вацуро, к.х.н. Г.А. Киракосян, к.х.н. Н.М. Курочкиной, к.х.н. И.А. Замилацкову и Е.С. Беляеву за помощь при выполнении работы на разных ее этапах. Работа выполнена при поддержке РФФИ (06-03-32800-а, 09-03-00779-а).

2. Обзор литературы

2.1. Методы определения параметров спектров ЯМР высокого разрешения

В химических исследованиях спектроскопия ЯМР, как правило, используется для установления или подтверждения строения, стереохимии и чистоты органических веществ. Обычно для этого вполне достаточно методов двумерной корреляционной спектроскопии, результатом которой является качественные сведения о спиновых системах молекул - "есть" взаимодействие или "нет", "сильное" оно или "слабое". Однако знание точных значений параметров спиновых систем позволяет исследовать конформацион-ную динамику молекул на значительно более высоком уровне, а также исследовать такие тонкие эффекты, как ориентацию молекул в магнитных полях и супрамолекулярные взаимодействия.

Настоящий обзор посвящен проблемам определения параметров систем ядерных спинов и их использования для изучения динамики конформационно подвижных молекул. Вначале рассмотрены методы анализа одномерных спектров, затем методы измерения параметров спиновых систем с помощью многоимпульсных последовательностей, как одно- так и многомерных. В заключение описаны методы применения полученной информации для изучения динамики молекулярных систем.

Спектроскопия ЯМР является тонким инструментом для изучения ансамблей систем ядерных спинов. Каждую спиновую систему составляют взаимодействующие между собой ядерные спины. В одной молекуле могут присутствовать несколько не взаимодействующих друг с другом спиновых систем. Спиновые системы характеризуются основными параметрами - типом (общим числом спинов, числом химически и магнитно-эквивалентных спинов и их групп), химическими сдвигами, константами спин-спинового и прямого диполь-дипольного взаимодействия, временами релаксации. В литературе имеется несколько монографий, посвященных теории одномерных спектров ЯМР и квантово-механическим расчетам стационарных состояний спиновых систем [1-3], квантово-механическому описанию динамики ансамблей спиновых систем [4-6], а также практическим аспектам регистрации одно- и многомерных спектров ЯМР [7-10]. Эти данные свидетельствуют о том, что усилия ученых по разработке методов спектроскопии ЯМР были главным образом направлены на автоматизацию процесса установления структуры органических и биоорганических соединений, доведения совокупности корреляционных экспериментов до рутинного уровня и широкого внедрения в исследовательскую практику. В то же время, работы, связанные с подробным количественным исследованием конформационной динамики молекул, встречаются гораздо реже. По-видимому, это свя-

8

зано с необходимостью и трудоемкостью измерения точных значений как можно б0ль-шего числа констант спин-спинового взаимодействия разного типа, а также сложностями построения и расчета моделей, корректно описывающих различные виды динамики молекулярных систем.

Анализ спектров состоит в установлении типа спиновой системы (исходя из числа сигналов и соотношения их интегральных интенсивностей) и определении ее параметров

- химических сдвигов, констант спин-спинового, остаточного диполь-дипольного взаимодействий и времен релаксации. Для обозначения параметров спиновой системы мы будем использовать термин "спектральные параметры".

2.1.1. Анализ одномерных спектров ЯМР высокого разрешения

В простейшем случае протонный спектр ЯМР (!H) содержит группы отдельно стоящих хорошо разрешенных мультиплетных сигналов, по которым можно определить химические сдвиги и КССВ. При появлении в спектре эффектов непервого порядка и перекрывании сигналов непосредственное извлечение спектральных параметров становится невозможным. В общем случае при анализе спектров ЯМР решают обратную задачу

- проводят поиск таких значений параметров, при которых достигается наилучшее соответствие между экспериментальным и рассчитанным спектрами. Обратная задача включает в себя прямую спектральную задачу (расчет теоретического спектра по спектральным параметрам), задание оценочной функции и оптимизацию параметров с целью локализации ее глобального минимума.

В настоящее время для решения обратной задачи используют численные итерационные методы. Существует несколько программных комплексов по анализу спектров ЯМР: LAOCOON [11], LACX [12], MLDC [13], LAME [14], SYMTRY [15], UEAITR [16], NMRCON [17], DAVINS [18, 19], PERCHit [20, 21], PAREMUS [22], VALISA [23, 24]. Они имеют ряд концептуальных различий, связанных с особенностями реализации стадий решения обратной задачи. Рассмотрим эти стадии в следующих разделах более подробно.

2.1.1.1. Прямая спектральная задача. Расчет одномерных спектров ЯМР

Прямая задача состоит в расчете частот и интенсивностей линий в теоретическом спектре по заданным параметрам. Для расчета используют уравнение Шредингера для спиновой системы [1, с. 103], [2, с. 135], решение которого заключается в нахождении собственных функций и собственных значений оператора Гамильтона Н. Облучение радиочастотным полем можно представить как возмущение V стационарного гамильтониана Н.

Это возмущение может инициировать в системе переходы между собственными состояниями [1, с. 109]. Частоты переходов определяются разностью собственных значений, а их вероятности пропорциональны квадратам модулей матричных элементов оператора V, рассчитанного в собственном базисе Н.

Оператор Гамильтона для спектроскопии ЯМР высокого разрешения имеет вид [4, с. 171]:

И = 2?=1 + + - /¿/у), (1)

где 11 - оператор спинового момента /-того ядра, /¿г - оператор проекции момента спина на направление поля, слагаемое соответствует взаимодействию спинов с внеш-

ним магнитным полем и химическому сдвигу, £?=1 Еу=1+1Д/^у - спин-спиновому взаимодействию, 1^7=1+1 ^¿у (3/£г/уг — /¿/у) - остаточному диполь-дипольному взаимодействию.

Волновые функции задаются линейной комбинацией базисных мультипликативных функций [1, с. 105]. Система, состоящая из п спинов-1, описывается набором 2п мультипликативных функций. В случае двух спинов они имеют вид:

\а1)\а2) = \аа); \а1)\р2) = \ар); \р1)\а2) = \ра); \Рх)\Рг) = \РР)

Решение уравнения Шредингера состоит в диагонализации оператора Н с помощью преобразований подобия. Для системы п спинов-1 необходимо проводить диагонализа-цию матрицы размерности 2п. Если матрица имеет блок-диагональный вид, то необходимым является только диагонализация ее блоков. Приведение гамильтониана к блок-диагональному виду называется факторизацией [1, с. 106].

Для определения соотношения интенсивностей линий при расчете спектров можно принять V = ^¿/¿х [1, с. 109]. Разрешенными являются переходы между состояниями, для которых изменение Z-проекции суммарного спина (^п^ц) составляет +1.

Факторизация гамильтониана основывается на свойствах собственных векторов и собственных значений коммутирующих операторов [4, с. 132]. Если эрмитовы операторы А и В коммутируют, и все собственные значения оператора А невырожденные, то собственные функции оператора А будут также собственными функциями оператора В. Матричные представления операторов А и В, рассчитанные в базисе собственных функций оператора А, будут иметь диагональный вид:

/а1 0 0 \ /Ь1 0 0 \

А = I 0 а2 0 1, 5 = 10 Ъ2 01. \0 0 а3/ \0 0 V

Если у оператора А встречаются вырожденные состояния, то матричное представление оператора В, рассчитанное в базисе собственных функций оператора А, будет иметь блок-диагональный вид:

/а1 0 0 \ А 0 0 \

А = ( 0 а2 0 ), В = ( 0 Ь22 Ь2Л \0 0 а2) \0 Ь32 Ъъъ/

Попл и др. [1, с. 105] показали, что оператор Н коммутирует с оператором суммарного спина £п /¿2. Поэтому оператор полной энергии будет иметь блок-диагональный вид, где в блоках окажутся мультипликативные функции с одинаковым значением суммарного спина. Для системы из п спинов-1 число таких блоков составляет п + 1, а их размеры определяются биномиальными коэффициентами.

Для случая, когда оператор К = £ + 5 и операторы 1 и 5 не коммутируют (матричное представление оператора 5 в собственном базисе оператора I будет содержать ненулевые недиагональные элементы), было показано [4, с. 611], что собственные значения и собственные векторы оператора К изменятся незначительно, если при расчете К в собственном базисе 1 допустить упрощение - приравнять нулю недиагональные элементы, для которых выполняется условие | 5у|« |!^ — 1уу|. Такой расчет оператора называется секулярным приближением.

Ситуация, когда разница резонансных частот спинов сильно превышает константы спин-спиновых и остаточных диполь-дипольных взаимодействий, получила название слабой (спиновой) связи [2, с. 31]. Спины, разница резонансных частот которых сопоставима с КССВ и остаточными диполь-дипольными взаимодействиями (ДДВ), называют сильно связанными. Если спиновая система состоит из групп сильно связанных спинов, а между группами связь слабая, то при расчете гамильтониана можно воспользоваться секулярным приближением. В этом случае блоки гамильтониана с одним значением ¿^/¡^ дополнительно разбиваются на подблоки с одинаковыми значениями суммарного спина в группах сильно связанных спинов [2, с. 33].

Было показано [3, с. 127], что если молекула обладает элементами симметрии, то из мультипликативных функций можно составить линейные комбинации, являющиеся базисами неприводимых представлений (НП) группы симметрии спиновой системы. Порядок группы спиновой симметрии может быть ниже порядка группы симметрии молекулы [3, с. 129]. В симметризованном базисе операторы симметрии принимают блок-диагональный вид, размеры блоков соответствуют размерностям НП, а характеры блоков определяют НП. Поскольку операторы симметрии коммутируют с Н, гамильтониан в симметри-

зованом базисе принимает блок-диагональный вид, где в один блок попадают функции, относящиеся к одному НП группы.

Гамильтониан инвариантен относительно попарных перестановок в группе магнитно-эквивалентных спинов. Соответствующие операции образуют группу перестановок, которая также характеризуется неприводимыми представлениями, что позволяет факторизовать Н [2, с. 95].

В разных программных комплексах факторизация гамильтониана реализована в разной степени. Например, в программе LACX [12] реализован учет слабой связи, в программах LAME [14] и UEAITR [16] - магнитной эквивалентности ядер. В NMRCON [17] учитывается магнитная эквивалентность групп ядерных спинов, а также симметрия по точечной группе C2. Наконец, программа SYMTRY [15] использует все перечисленные выше методы факторизации Н.

Следует отметить, что факторизация гамильтониана не влияет на результат решения прямой задачи, однако сильно сокращает требования к вычислительным ресурсам компьютера и позволяет эффективно применять параллельные вычисления.

2.1.1.2. Способы задания оценочной функции

В имеющихся на сегодняшний день программных комплексах по анализу спектров ЯМР существенно различаются способы задания оценочной функции.

Подход Кастеллано и Ботнер-Би [11], использующийся в программных комплексах семейства LAOCOON, состоит в том, что по экспериментальному спектру строится таблица частот линий в спектре /з; исходя из некоторых соображений (литературных данных, аддитивных схем, возможно, квантово-химических расчетов) задаются пробные спектральные параметры, по ним рассчитывается таблица частот /т и интенсивностей переходов. Далее проводится ручное соотнесение теоретических и экспериментальных частот, в результате чего получается таблица соответствия с, на основании которой рассчитывается

значение оценочной функции у2 = w¿(/3,¿ — /T,c¡) , где w¿ - вес квадрата /-той разницы. Значения интенсивностей линий в оценочную функцию не входят, но помогают оценить адекватность соотнесения частот и правильность решения. Следует отметить, что такой способ задания оценочной функции достаточно трудоемок, содержит много ручной работы и подразумевает, что в процессе оптимизации спектральных параметров не потребуется повторного соотнесения частот. Это означает, что пробные значения параметров должны быть близки к истинным (находиться в области глобального минимума).

Для избавления от необходимости ручного соотнесения теоретического и экспериментального спектров, Диль [25] предложил сравнивать их вектор-образы, получающиеся с помощью серии интегральных преобразований. В качестве базиса интегральных преобразований могут выступать гладкие ортогональные функции (тригонометрические полиномы, полиномы Эрмита и др.):

Z2 = - /^Г^^т^) da)f = Zí(/rí,3 ~ití,T)2- (2)

Такое задание оценочной функции позволяет анализировать спектры, представленные как полной формой линии, так и в виде таблицы частот и интенсивностей. Тестирование этого подхода показало, что при автоматическом анализе спектров спиновых систем типа ABC и ABCD точное решение находится примерно в 40 - 50% случаев; при этом отмечается, что с увеличением степени связности спинов происходит уменьшение вероятности нахождения решения.

Значительный прорыв в решении проблемы автоматизации соотнесения частот переходов и спектральных линий был осуществлен Чертковым и Голотвиным [22]. Подробный анализ процедуры соотнесения показал, что она может быть формализована и успешно решена методами теории распознавания образов. Каждой линии в спектре (общим числом n) ставится в соответствие вектор-образ, состоящий из n+1 компонент - частоты, амплитуды и интегральных преобразований каждой из оставшихся линий. В качестве функции интегрального преобразования была выбрана кривая лоренцевой дисперсии. Она позволяет учесть положение линий в спектре относительно рассматриваемой (справа или слева) в виде знака интегрального преобразования. Задача соотнесения линий сводится к сопоставлению (распознаванию) их образов. Решение этой задачи возможно с применением формализма теории распознавания образов [26]. По-видимому, в настоящее время это самый эффективный алгоритм автоматизированного соотнесения спектральных линий.

В работе [20] Лаатикайнен детально проанализировал вопрос точности определения спектральных параметров и пришел к выводу, что замена спектра его вектор-образом, полученным интегральными преобразованиями, может приводить к искажению получающихся значений параметров спиновой системы. Расчет оценочной функции по разностям частот также осложнен тем, что одной разрешенной экспериментальной линии нередко соответствуют несколько переходов с близкими значениями частот. Для учета таких ситуаций он предложил два способа. Первый состоит в том, что одной экспериментальной линии можно сопоставить несколько теоретических переходов, по которым рассчитывается частота центра масс, которая сравнивается с экспериментальной. Второй способ со-

стоит в задании оценочной функции в виде суммы квадратов разностей частот пиков в экспериментальном и теоретическом (рассчитанном с определенной формой линии) спектрах. Последний способ отмечается как наиболее надежный с точки зрения точности определения спектральных параметров.

Существенной задачей при автоматизированном анализе спектров является расширение диапазона значений параметров, в пределах которого программа должна находить верное решение. Для ее решения Лаатикайнен предложил трехступенчатый алгоритм анализа спектров [20]: вначале с помощью интегральных преобразований (Z и A типа) проводят грубую подгонку параметров (в основном, химических сдвигов и больших КССВ), затем с помощью алгоритма TURBO автоматически соотносятся частоты переходов и спектральных линий, производится уточнение параметров по разностям частот. Для получения наиболее точных значений параметров используют разности частот пиков.

При анализе спектров по полной форме линии оценочную функцию, как правило, определяют как /2 = где FT(œ) - теоретически рассчитанный

спектр с линиями соответствующей формы (лоренцевой, гауссовой или смешанного типа) и ширины [17]. Одной из первых программ, работающих по полной форме линии, была NMRCON Хайнцера [17]. На практике оказалось, что при таком подходе анализ сложных спектров, особенно в случае неудачного задания пробных значений параметров, становится практически невозможным ввиду неминуемого попадания в локальные минимумы. Поэтому основное развитие методов автоматизации компьютерного анализа спектров ЯМР высокого разрешения было направлено на улучшение свойств оценочной функции.

Предложение Стефенсона и Бинча (реализовано в программном комплексе DAVINS) [18, 19] состояло в следующем: оценочную функцию можно представить в матричном виде х2 = ДТД, где Д - вектор разностей Д; =F3(w¿) — FT(o>j), или /2 = ДТЕД, где Е -единичная матрица. Если единичную матрицу заменить на симметричную "взвешивающую" матрицу W, у которой на диагонали стоят единицы, а от диагонали к краям - числа, плавно уменьшающиеся до нуля, то новая функция будет характеризоваться таким же положением глобального минимума, а побочные существенно сгладятся [18]. Элементы

матрицы W удобно задавать в виде спадающей экспоненты W[ j = e_a|i_^1 или лоренцевой 1

кривой Wïj = у)2- При анализе спектра проводят серию оптимизаций спектральных

параметров с постоянно увеличивающимся значением коэффициента а (или начиная с величины, много меньшей единицы (например, 0.005). При этом происходит постепенное приближение взвешивающей матрицы W к единичной Е. Процедуру последовательного снятия уширения Стефенсон и Бинч назвали гранд-циклом. Авторы предложили повто-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чешков, Дмитрий Александрович, 2017 год

8. Список литературы

1. Pople J.A., Schneider W.G., Bernstein H.J. High Resolution Nuclear Magnetic Resonance. -York(PA): McGraw-Hill, 1959. - 501 pp.

2. Hoffman R.A., Forsen S., Gestblom B. Analysis of NMR Spectra // NMR Basic Principles and Progress. - Berlin: Springer-Verlag, 1971. - V. 5. - 165 pp.

3. Туманов В.С. Ведение в теорию спектров ЯМР. - М.: МГУ, 1988. - 231 с.

4. Levitt M.H. Spin dynamics (second edition). - Chippenham: Wiley, 2008. - 744 pp.

5. Freeman R. Spin choreography: basic steps in high resolution NMR. - New York: Oxford University Press, 2003. - 408 pp.

6. Bax A. Two-Dimensional Nuclear Magnetic Resonance in Liquids. - Delft: Delft University Press, 1982. - 200 pp.

7. Gunter H. NMR Spectroscopy: basic principles, concepts and applications in chemistry (3 edition). - Weinheim: Wiley-VCH, 2013. - 734 pp.

8. Claridge T.D.W. High-resolution NMR techniques in organic chemistry // Tetrahedron Organic Chemistry Series. - Amsterdam: Elsevier Science, 2009. - V. 27. - 383 pp.

9. Дероум Э. Современные методы ЯМР для химических исследований. - М.: Мир, 1992. - 403 с.

10. Berger S., Braun S. 200 and more NMR experiments. A practical course. - Weinheim: Wiley-VCH, 2004. - 854 pp.

11. Castellano M.S., Bothner-By A.A. Analysis of NMR spectra by least squares // J. Chem. Phys. - 1964. - V. 41. - No. 12. - P. 3863-3869.

12. Haigh C.W. A simple guide to the use of iterative computer programs in the analysis of NMR spectra // Annual Reports on NMR Spectroscopy / Ed. Webb G. - New York, London: Acad. Press, 1971. - V. 4. - P. 311-362.

13. Laatikainen R. An application of nJ(CH2,H) and 5J(OH,H) long-range couplings in the conformational analysis of 2-hydroxybenzyl methyl ether in various solvents. Computational strategies for spectral analysis and determination of association thermodynamic parameters // Magn. Reson. Chem. - 1986. - V. 24. - No. 7 - P. 588-594.

14. Haigh C.W., Mallion R.B. Proton magnetic resonance of nonplanar condensed benzenoid

hydrocarbons // Mol. Phys. - 1971. - V. 22. - No. 6. - P. 945-953.

139

15. Lueg V., Hagele G. Calculation of NMR spectra of symmetric spin systems: SYMTRY, a computer program for systems with general symmetry // J. Magn. Reson. - 1977. - V. 26. -No. 3. - P. 505-511.

16. Johannesen R.B., Feretti J.A., Harris R.K. UEAITR: A new computer program for analysis of NMR spectra. Analysis of the proton spectrum of triisopropylphosphine // J. Magn. Reson. -1970. - V. 3. - No. 1. - P. 84-93.

17. Heinzer J. Iterative least-squares NMR lineshape fitting with use of symmetry and magnetic equivalence factorization // J. Magn. Reson. - 1977. - V. 26. - No. 2. - P. 301-316.

18. Stephenson D.S., Binsch G. Automated analysis of high-resolution NMR spectra. I. Principles and computational strategy // J. Magn. Reson. - 1980. - V. 37. - No. 3. - P. 395-407.

19. Stephenson D.S., Binsch G. Automated analysis of high-resolution NMR spectra. II. Illustrative applications of the computer program DAVINS // J. Magn. Reson. - 1980. -V. 37. - No. 3. - P. 409-430.

20. Laatikainen R. Automated analysis of NMR spectra // J. Magn. Reson. - 1991. - V. 92. -No. 1. - P. 1-9.

21. Laatikainen R., Niemitz M., Weber U., Sundelin J., Hassinen T., Vepsalainen J. General strategies for total-lineshape-type spectral analysis of NMR spectra using integral-transform iterator // J. Magn. Reson. ser. A. - 1996. - V. 120. - No. 1. - P. 1-10.

22. Голотвин С.С., Чертков В.А. Распознавание образов мультиплетной структуры спектров ЯМР // Изв. Акад. наук, сер. хим. - 1997. - C. 444-451.

23. Зубков С.В., Голотвин С.С., Чертков В.А. Новый программный комплекс VALISA. Конформационный анализ ряда производных циклопентана и циклогексана // Новости ЯМР в письмах. - 2000. - № 1-2. - С. 917-922.

24. Зубков С.В., Голотвин С.С., Чертков В.А. Новый программный комплекс для анализа спектров ЯМР по полной форме линии VALISA. Конформационный анализ транс-1,2-дибромциклопентана // Изв. Акад. наук, сер. хим. - 2002. - № 7. - С. 1129-1136.

25. Diehl P., Sykora S., Vogt J. Automatic analysis of NMR spectra: an alternative approach // J. Magn. Reson. - 1975. - V. 19. - No. 1. - P. 67-82.

26. Ту Дж., Гонзалес Р. Принципы распознавания образов. - М.: Мир, 1978. - 411 с.

27. Marple S.L. Jr. Computing the discrete-time "analytic" signal via FFT // IEEE Trans. Sig. Proc. - 1999. - V. 47. - No. 9. - P. 2600-2603.

28. Zubkov S.V., Chertkov V.A. Experimental determination of pseudorotation potentials for disubstituted cyclopentanes based on spin-spin coupling constants // Int. J. Mol. Sci. - 2003. -V. 4. - No. 3. - P. 107-118.

29. Levenberg K. A Method for the solution of certain non-linear problems in least squares // Quart. Appl. Math. - 1944. - V. 2. - P. 164-168.

30. Marquardt D. An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters // SIAM J. Appl. Math. - 1963. - V. 11. - No. 2. - P. 431-441.

31. Weiger M., Speck T. Shimming for high-resolution NMR spectroscopy // eMagRes Online. -2011. - P. 1-19.

32. Miner V.W., Conover W.W. Shimming of superconducting magnets // eMagRes Online. -2007. - P. 1-13.

33. Prammer M.G., Haselgrove J.C., Shinnar M., Leigh J. A new approach to automatic shimming // J. Magn. Reson. - 1988. - V. 77. - No. 1. - P. 40-52.

34. Weiger M., Speck T., Fey M. Gradient shimming with spectrum optimization // J. Magn. Reson. - 2006. - V. 182. - No. 1. - P. 38-48.

35. Michal C.A. Magnetic field homogeneity: A new approach to orthogonalizing and optimizing shim gradients // J. Magn. Reson. - 2007. - V. 185. - No. 1. - P. 110-117.

36. Morris G.A., Barjat H., Horne T.J. Reference deconvolution methods // Prog. NMR Spectrosc. - 1997. - V. 31. - No. 2-3. - P. 197-257.

37. Morris G.A. Compensation of instrumental imperfections by deconvolution using an internal reference signal // J. Magn. Reson. - 1988. - V. 80. - No. 3. - P. 547-552.

38. Pearson G.A. Optimization of Gaussian resolution enhancement // J. Magn. Reson. - 1987. -V. 74. - No. 3. - P. 541-545.

39. Traficante D.D., Nemeth G.A. A new and improved apodization function for resolution enhancement in NMR spectroscopy // J. Magn. Reson. - 1987. - V. 71. - No. 2. - P. 237-245.

40. Pacheco C.R., Traficante D.D. Two new window functions for long acquisition times // J. Magn. Reson. ser. A. - 1996. - V. 120. - No. 1. - P. 116-120.

41. Laatikainen R., Tuppurainen K., Hiltunen Y., Lotjonen S. Accurate determination and analysis of the temperature dependence of long-range spin-spin couplings in 2-chlorobenzaldehyde // Magn. Reson. Chem. - 1990. - V. 28. - No. 11. - P. 939-946.

42. Barjat H., Morris G.A., Swanson A.G., Smart S., Williams S.C.R. Reference deconvolution using multiplet reference signals // J. Magn. Reson. ser. A. - 1995. - V. 116. - No. 2. -P. 206-214.

43. Metz K.R., Lam M.M., Webb A.G. Reference deconvolution: a simple and effective method for resolution enhancement in nuclear magnetic resonance spectroscopy // Concepts Magn. Reson. - 2000. - V. 12. - No. 1. - P. 21-42.

44. Aue W.P., Bartholdi E., Ernst R.R. Two-dimensional spectroscopy. Application to nuclear magnetic resonance // J. Chem. Phys. - 1976. - V. 64. - No. 5. - P. 2229-2246.

45. Эрнст Р., Боденхаузен Дж., Вокаун А. Спектроскопия ЯМР в одном и двух измерениях. - М.: Мир, 1990. - 709 с.

46. Davis A.L., Laue E.D., Keeler J. Absorption-mode two-dimensional NMR spectra recorded using pulsed field gradients // J. Magn. Reson. - 1991. - V. 94. - No. 3. - P. 637-644.

47. Davis A.L., Keeler J., Laue E.D., Moskau D. Experiments for recording pure-absorption heteronuclear correlation spectra using pulsed field gradients // J. Magn. Reson. - 1992. -V. 98. - No. 1. - P. 207-216.

48. States D.J., Haberkorn R.A., Ruben D.J. A two-dimensional nuclear overhauser experiment with pure absorption phase in four quadrants // J. Magn. Reson. - 1982. - V. 48. - No. 2. -P. 286-292.

49. Keeler J., Neuhaus D. Comparison and evaluation of methods for two-dimensional NMR spectra with absorption-mode lineshapes // J. Magn. Reson. - 1985. - V. 63. - No. 3. -P. 454-472.

50. Sorensen O.W., Eich G.W., Levitt M.H., Bodenhausen G., Ernst R.R. Product operator formalism for the description of NMR pulse experiments // Prog. NMR Spectrosc. - 1984. -V. 16. - P. 163-192.

51. Keeler J. Understanding NMR spectroscopy (second edition). - Chichester: Wiley, 2010. -526 pp.

52. Bodenhausen G., Freeman R., Niedermeyer R., Turner D.L. High-resolution NMR in inhomogeneous magnetic fields // J. Magn. Reson. - 1976. - V. 24. - No. 2. - P. 291-294.

53. Bodenhausen G., Freeman R., Turner D.L. Two-dimensional J spectroscopy: Proton-coupled carbon-13 NMR // J. Chem. Phys. - 1976. - V. 65. - No. 2. - P. 839-840.

54. Facke T., Berger S. SERF, a new method for H,H spin-coupling measurement in organic chemistry // J. Magn. Reson. ser. A. - 1995. - V. 113. - No. 1. - P. 114-116.

55. Bax A., Freeman R. Long-range proton-carbon-13 NMR spin coupling constants // J. Am. Chem. Soc. - 1982. - V. 104. - No. 4. - P. 1099-1100.

56. Ochs M., Berger S. SELRESOLV - inverse and selective detection of long-range C,H spin coupling constants // Magn. Reson. Chem. - 1990. - V. 28. - No. 11. - P. 994-997.

57. Ladam P., Gharbi-Benarous J., Piotto M., Delaforge M., Girault P.J. Determination of longrange 13C,1H coupling constants of macrolide antibiotics by 2D J-5 selective INEPT experiments // Magn. Reson. Chem. - 1994. - V. 32. - No. 1. - P. 1-7.

58. Miao X., Freeman R. Spin-echo modulation experiments with soft gaussian pulses // J. Magn. Reson. ser. A. - 1996. - V. 119. - No. 1. - P. 90-100.

59. Nuzillard J.-M. Application of biselective refocusing soft pulses to the simplification of heteronuclear correlation spectra // J. Magn. Reson. - 2008. - V. 190. - No. 2. - P. 292-297.

60. Freeman R., Morris G.A., Turner D.L. Proton-coupled carbon-13 J spectra in the presence of strong coupling. I. // J. Magn. Reson. - 1977. - V. 26. - No. 2. - P. 373-378.

61. Bodenhausen G., Freeman R., Morris G.A., Turner D.L. Proton-coupled carbon-13 J spectra in the presence of strong coupling. II. // J. Magn. Reson. - 1977. - V. 28. - No. 1. - P. 17-28.

62. Bodenhausen G., Freeman R., Morris G.A., Turner D.L. NMR spectra of some simple spin systems studied by two-dimensional fourier transformation of spin echoes // J. Magn. Reson. - 1978. - V. 31. - No. 1. - P. 75-95.

63. Thrippleton M.J., Edden R.A.E., Keeler J. Suppression of strong coupling artefacts in J-spectra // J. Magn. Reson. - 2005. - V. 174. - No. 1. - P. 97-109.

64. Nuzillard J.-M. Biselective refocusing pulses and the SERF experiment // J. Magn. Reson. -2007. - V. 187. - No. 2. - P. 193-198.

65. Rastrelli F., Bagno A. Selective J-resolved spectra: a double pulsed field gradient spin-echo approach // J. Magn. Reson. - 2006. - V. 182. - No. 1. - P. 29-37.

66. Pell A.J., Keeler J. Two-dimensional J-spectra with absorption-mode lineshapes // J. Magn. Reson. - 2007. - V. 187. - No. 2. - P. 293-299.

67. Zangger K., Sterk H. Homonuclear broadband-decoupled NMR spectra // J. Magn. Reson. -

1997. - V. 124. - No. 2. - P. 486-489.

68. Geen H., Freeman R. Band-selective radiofrequency pulses // J. Magn. Reson. - 1991. -V. 93. - No. 1. - P. 93-141.

69. Freeman R. Shaped radiofrequency pulses in high resolution NMR // Prog. NMR Spectrosc. -

1998. - V. 32. - No. 1. - P. 59-106.

70. Eberstadt M., Gemmecker G., Mierke D.F., Kessler H. Scalar coupling constants - their analysis and their application for the elucidation of structures // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 1995. - V. 34. - No. 16. - P. 1671-1695.

71. Oschkinat H., Freeman R. Fine structure in two-dimensional NMR correlation spectroscopy // J. Magn. Reson. - 1984. - V. 60. - No. 1. - P. 164-169.

72. Piantini U., Sorensen O.W., Ernst R.R. Multiple quantum filters for elucidating NMR coupling networks // J. Am. Chem. Soc. - 1982. - V. 104. - No. 24. - P. 6800-6801.

73. Derome A.E., Williamson M.P. Rapid-pulsing artifacts in double-quantum-filtered COSY // J. Magn. Reson. - 1990. - V. 88. - No. 1. - P. 177-185.

74. Griesinger C., Soerensen O.W., Ernst R.R. Two-dimensional correlation of connected NMR transitions // J. Am. Chem. Soc. - 1985. - V. 107. - No. 22. - P. 6394-6396.

75. Griesinger C., Soerensen O.W., Ernst R.R. Correlation of connected transitions by two-dimensional NMR spectroscopy // J. Chem. Phys. - 1986. - V. 85. - No. 12. - P. 6837-6852.

76. Griesinger C., Soerensen O.W., Ernst R.R. Practical aspects of the E.COSY technique. Measurement of scalar spin-spin coupling constants in peptides // J. Magn. Reson. - 1987. -V. 75. - No. 3. - P. 474-492.

77. Mueller L. P.E.COSY, a simple alternative to E.COSY // J. Magn. Reson. - 1987. - V. 72. -No. 1. - P. 191-196.

78. Parella T., Espinosa J.F. Long-range proton-carbon coupling constants: NMR methods and applications // Prog. NMR Spectrosc. - 2013. - V. 73. - P. 17-55.

79. Meissner A., Schulte-Herbruggen T., Sorensen O.W. Relaxation artifacts and their suppression in multidimensional E.COSY-type NMR experiments for measurement of J coupling constants in 13C- or 15N-labeled proteins // J. Am. Chem. Soc. - 1998. - V. 120. -No. 31. - P. 7989-7990.

80. Meissner A., Schulte-Herbruggen T., Sorensen O.W. Spin-state-selective polarization or excitation for simultaneous E.COSY-type measurement of 3J(C',Ha) and 3J(HN,Ha) coupling constants with enhanced sensitivity and resolution in multidimensional NMR spectroscopy of 13C,15N-labeled proteins // J. Am. Chem. Soc. - 1998. - V. 120. - No. 15. - P. 3803-3804.

81. Garbow J.R., Weitekamp D.P., Pines A. Bilinear rotation decoupling of homonuclear scalar interactions // Chem. Phys. Lett. - 1982. - V. 93. - No. 5. - P. 504-509.

82. Wimperis S., Freeman R. An excitation sequence which discriminates between direct and long-range CH coupling // J. Magn. Reson. - 1984. - V. 58. - No. 2. - P. 348-353.

83. Parella T., Sanchez-Ferrando F., Virgili A. Purge scheme for efficient suppression of direct responses in gradient-enhanced HMBC spectra // J. Magn. Reson. ser. A. - 1995. - V. 112 -No. 2. - P. 241-245.

84. Otting G., Senn H., Wagner G., Wuthrich K. Editing of 2D 1H NMR spectra using X halffilters. Combined use with residue-selective 15N labeling of proteins // J. Magn. Reson. -1986. - V. 70. - No. 3. - P. 500-505.

85. Berger S. NMR techniques employing selective radiofrequency pulses in combination with pulsed field gradients // Prog. NMR Spectrosc. - 1997. - V. 30. - No. 3-4. - P. 137-156.

86. Bruschweiler R., Madsen J.C., Griesinger C., Sorensen O.W., Ernst R.R. Two-dimensional NMR spectroscopy with soft pulses // J. Magn. Reson. - 1987. - V. 73. - No. 2. - P. 380-385.

87. Kupce E., Freeman R. Band-selective correlation spectroscopy // J. Magn. Reson. ser. A. -1995. - V. 112. - No. 1. - P. 134-137.

88. Marquez B.L., Gerwick W.H., Williamson R.T. Survey of NMR experiments for the determination of nJ(C,H) heteronuclear coupling constants in small molecules // Magn. Reson. Chem. - 2001. - V. 39. - No. 9. - P. 499-530.

89. Parella T., Espinosa J.F. Long-range proton-carbon coupling constants: NMR methods and applications // Prog. NMR Spectrosc. - 2013. - V. 73. - P. 17-55.

90. Kurz M., Schmieder P., Kessler H. HETLOC, an efficient method for determining heteronuclear long-range couplings with heteronuclei in natural abundance // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 1991. - V. 30. - No. 10. - P. 1329-1331.

91. Uhrin D., Batta G., Hruby V.J., Barlow P.N., Kover K.E. Sensitivity- and gradient-enhanced hetero (roi) half-filtered TOCSY experiment for measuring long-range heteronuclear coupling constants // J. Magn. Reson. - 1998. - V. 130. - No. 2. - P. 155-161.

92. Xu G., Zhang B., Evans J.S. PFG-ro1-filtered TOCSY experiments for the determination of long-range heteronuclear and homonuclear coupling constants and estimation of /-coupling "crosstalk" artifacts in 2-D ro1-Filtered "E.COSY-Style" spectra // J. Magn. Reson. - 2009. -V. 197. - No. 2. - P. 219-228.

93. Kover K.E., Hruby V.J., Uhrin D. Sensitivity- and gradient-enhanced heteronuclear coupled/decoupled HSQC-TOCSY experiments for measuring long-range heteronuclear coupling constants // J. Magn. Reson. - 1997. - V. 129. - No. 2. - P. 125-129.

94. Kozminski W., Nanz D. HECADE: HMQC- and HSQC-Based 2D NMR experiments for accurate and sensitive determination of heteronuclear coupling constants from E.COSY-type cross peaks // J. Magn. Reson. - 1997. - V. 124. - No. 2. - P. 383-392.

95. Kozminski W., Nanz D. Sensitivity improvement and new acquisition scheme of heteronuclear active-coupling-pattern-tilting spectroscopy // J. Magn. Reson. - 2000. -V. 142. - No. 2. - P. 294-299.

96. Furihata K., Seto H. /-Resolved HMBC, a new NMR technique for measuring heteronuclear long-range coupling constants // Tetrahedron Lett. - 1999. - V. 40. - No. 34. - P. 6271-6275.

97. Seki H., Tokunaga T., Utsumi H., Yamaguchi K. Determination of heteronuclear long-range 1H-13C and 1H-15N coupling constants of harman by modified /-HMBC 2D NMR techniques // Tetrahedron. - 2000. - V. 56 - No. 19. - P. 2935-2939.

98. Williamson R.T., Marquez B.L., Gerwick W.H., Kover K.E. One- and two-dimensional gradient-selected HSQMBC NMR experiments for the efficient analysis of long-range heteronuclear coupling constants // Magn. Reson. Chem. - 2000. - V. 38. - No. 4. -P. 265-273.

99. Castanar L., Sauri J., Williamson R.T., Virgili A., Parella T. Pure in-phase heteronuclear correlation NMR experiments // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 2014. - V. 53. - No. 32. -P. 8379-8382.

100. Thrippleton M.J., Keeler J. Elimination of zero-quantum interference in two-dimensional NMR spectra // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 2003. - V. 42. - No. 33. - P. 3938-3941.

101. Zhu G., Bax A. Measurement of long-range ^H-13C coupling constants from quantitative 2D heteronuclear multiple-quantum correlation spectra // J. Magn. Reson. ser. A. - 1993. -V. 104. - No. 3. - P. 353-357.

102. Zhu G., Renwick A., Bax A. Measurement of two- and three-bond 1H-13C J-couplings from quantitative heteronuclear J correlation for molecules with overlapping 1H resonances, using t1 noise reduction // J. Magn. Reson. ser. A. - 1994. - V. 110. - No. 2. - P. 257-261.

103. Bax A., Freeman R., Kempsell S.P. Natural abundance carbon-13-carbon-13 coupling observed via double-quantum coherence // J. Am. Chem. Soc. - 1980. - V. 102. - No. 14. -P. 4849-4851.

104. Sorensen O.W., Freeman R., Frenkiel T., Mareci T.H., Schuck R. Observation of 13C-13C couplings with enhanced sensitivity // J. Magn. Reson. - 1982. - V. 46. - No. 1. - P. 180-184.

105. Williamson R.T., Buevich A.V., Martin G.E. Experimental and theoretical investigation of 1Jcc and nJcc coupling constants in strychnine // Org. Lett. - 2012. - V. 14. - No. 19. -P. 5098-5101.

106. Sorensen O.W., Ernst R.R. Sign determination of 13C-13C coupling constants by sign-labeled polarization transfer // J. Magn. Reson. - 1983. - V. 54. - No. 1. - P. 122-133.

107. Blechta V., Kurfurst M., Schraml J. Spectra edited by relative signs of homonuclear couplings of low abundance nuclei // Magn. Reson. Chem. - 2012. - V. 50. - No. 2. - P. 135-141.

108. Blechta V., Schraml J. HCSE method for detection of small carbon-carbon couplings and their signs, comparison with SLAP pulse sequence // Magn. Reson. Chem. - 2013. - V. 51. -No. 11. - P. 743-749.

109. Kupce E., Freeman R. Projection-reconstruction of three-dimensional NMR spectra // J. Am. Chem. Soc. - 2003. - V. 125. - No. 46. - P. 13958-13959.

110. Kupce E., Freeman R. Projection-reconstruction technique for speeding up multidimensional NMR spectroscopy // J. Am. Chem. Soc. - 2004. - V. 126. - No. 20. - P. 6429-6440.

111. Hiller S., Wasmer C., Wider G., Wuthrich K. Sequence-specific resonance assignment of soluble nonglobular proteins by 7D APSY-NMR spectroscopy // J. Am. Chem. Soc. - 2007. -V. 129. - No. 35. - P. 10823-10828.

112. Hiller S., Joss R., Wider G. Automated NMR assignment of protein side chain resonances using automated projection spectroscopy (APSY) // J. Am. Chem. Soc. - 2008. - V. 130. -No. 36. - P. 12073-12079.

113. Frydman L., Lupulescu A., Scherf T. Principles and features of single-scan two-dimensional NMR spectroscopy // J. Am. Chem. Soc. - 2003. - V. 125. - No. 30. - P. 9204-9217.

114. Shrot Y., Frydman L. Single-scan NMR spectroscopy at arbitrary dimensions // J. Am. Chem. Soc. - 2003. - V. 125. - No. 37. - P. 11385-11396.

115. Pathan M., Akoka S., Giraudeau P. Ultrafast hetero-nuclear 2D J-resolved spectroscopy // J. Magn. Reson. - 2012. - V. 214. - P. 335-339.

116. Rouger L., Charrier B., Pathan M., Akoka S., Giraudeau P. Processing strategies to obtain clean interleaved ultrafast 2D NMR spectra // J. Magn. Reson. - 2014. - V. 238. - P. 87-93.

117. Maly T., Debelouchina G.T., Bajaj V.S., Hu K.-N., Joo Ch.-G., Mak-Jurkauskas M.L., Sirigiri J.R., Wel P.C.A., Herzfeld J., Temkin R.J., Griffin R.G. Dynamic nuclear polarization at high magnetic fields // J. Chem. Phys. - 2008. - V. 128. - No. 5. - P. 052211(1-19).

118. Giraudeau P., Shrot Y., Frydman L. Multiple ultrafast, broadband 2D NMR spectra of hyperpolarized natural products // J. Am. Chem. Soc. - 2009. - V. 131. - No. 39. - P. 1390213903.

119. Tayler M.C.D., Marco-Rius I., Kettunen M.I., Brindle K.M., Levitt M.H., Pileio G. Direct enhancement of nuclear singlet order by dynamic nuclear polarization // J. Am. Chem. Soc. -2012. - V. 134. - No. 18. - P. 7668-7671.

120. Kazimierczuk K. Zawadzka A., Kozminski W. Narrow peaks and high dimensionalities: Exploiting the advantages of random sampling // J. Magn. Reson. - 197(2). - V. 2009. - P. 219-228.

121. Balsgart N.M., Vosegaard T. Fast Forward Maximum entropy reconstruction of sparsely sampled data // J. Magn. Reson. - 2012. - V. 223. - P. 164-169.

122. Hyberts S.G., Milbradt A.G., Wagner A.B., Arthanari H., Wagner G. Application of iterative Soft thresholding for fast reconstruction of NMR data non-uniformly sampled with multidimensional Poisson Gap scheduling", J. Biomol. NMR. - 2012. - V. 52. - No. 4. - P. 315-327.

123. Schuyler A.D., Maciejewski M.W., Stern A.S., Hoch J.C. Formalism for hypercomplex multidimensional NMR employing partial-component subsampling // J. Magn. Reson. - 2013. - V. 227. - P. 20-24.

124. Koehl P. Linear prediction spectral analysis of NMR data // Prog. NMR Spectrosc. - 1999. -V. 34. - No. 3-4. - P. 257-299.

125. Feng H., Cai Sh., Chen Zh., Lin M., Feng J. Application of the forward linear prediction on high-resolution NMR spectra in inhomogeneous fields // Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. - 2008. - V. 71. - No. 3. - P. 1027-1031.

126. Gledhill J.M. Jr., Kasinath V., Wand A.J. Optimized linear prediction for radial sampled multidimensional NMR experiments // J. Magn. Reson. - 2011. - V. 212. - No. 1. -P. 240-244.

127. Ramsey N.F. Electron coupled interactions between nuclear spins in molecules // Phys. Rev. -1953. - V. 91. - No. 2. - P. 303-307.

128. Sproviero E.M., Burton G. Stereoelectronic contributions to long-range 1H-1H coupling constants // J. Phys. Chem. A. - 2002. - V. 106. - No. 34. - P. 7834-7843.

129. Barfield M. DFT/FPT studies of the structural dependencies of long-range 1H,1H coupling over four bonds 4J(H,H') in propanic and allylic systems // Magn. Reson. Chem. - 2003. -V. 41 - No. 5. - P. 344-358.

130. Karplus M. Contact electron-spin coupling of nuclear magnetic moments // J. Chem. Phys. -1959. - V. 30. - No. 1. - P. 11-15.

131. Barfield M. Extension of the valence-bond description of nuclear spin-spin coupling // J. Chem. Phys. - 1967. - V. 46. - No. 2. - P. 811-812.

132. Pople J.A., McIver J.W. Jr., Ostlund N.S. Self-consistent perturbation theory. II. Nuclear-spin coupling constants // J. Chem. Phys. - 1968. - V. 49. - No. 7. - P. 2965-2970.

133. Onak T., Jaballas J., Barfield M. Density functional theory/finite perturbation theory calculations of nuclear spin-spin coupling constants for polyhedral carboranes and boron hydrides // J. Am. Chem. Soc. - 1999. - V. 121. - No. 12. - P. 2850-2856.

134. Sychrovsky V., Graetenstein J., Cremer D. Nuclear magnetic resonance spin-spin coupling constants from coupled perturbed density functional theory // J. Chem. Phys. - 2000. -V. 113. - No. 9. - P. 3530-3547.

135. Diez E., Casanueva J., Fabian San J., Esteban A., Galache M.P., Barone V., Peralta J.E., Contreras R.H. Prediction of vicinal proton-proton coupling constants 3Jhh from density functional theory calculations // Mol. Phys. - 2005. - V. 103. - No. 9. - P. 1307-1326.

136. Esteban A.L., Diez E., Galache M.P., Fabian San J., Casanueva J., Contreras R.H. Vibrational contributions to vicinal proton-proton coupling constants 3Jhh // Mol. Phys. - 2010. - V. 108. - No. 5. - P. 583-595.

137. Enevoldsen T., Oddershede J., Sauer S.P.A. Correlated calculations of indirect nuclear spinspin coupling constants using second-order polarization propagator approximations: SOPPA and SOPPA(CCSD) // Theor. Chem. Acc. - 1998. - V. 100. - No. 5-6. - P. 275-284.

138. Bak K.L., Koch H., Oddershede J., Christiansen O., Sauer S.P.A. Atomic integral driven second order polarization propagator calculations of the excitation spectra of naphthalene and anthracene // J. Chem. Phys. - 2000. - V. 112. - No. 9. - P. 4173-4185.

139. Rusakova I.L., Krivdin L.B., Rusakov Y.Y., Trofimov A.B. Algebraic-diagrammatic construction polarization propagator approach to indirect nuclear spin-spin coupling constants // J. Chem. Phys. - 2012. - V. 137. - No. 4. - P. 044119(1-8).

140. Wilkens S.J., Westler W.M., Markley J.L., Weinhold F. Natural /-coupling analysis: interpretation of scalar /-couplings in terms of natural bond orbitals // J. Am. Chem. Soc. -2001. - V. 123. - No. 48. - P. 12026-12036.

141. Русаков Ю.Ю., Кривдин Л.Б. Современные квантово-химические методы расчета констант спин-спинового взаимодействия: теоретические основы и структурные приложения в химии // Усп. Хим. - 2013. - Т. 82. - № 2. - С. 99-130.

142. Чертков А.В., Покровский О.И., Шестакова А.К., Чертков В.А. Конформационный анализ тетрагидрофурана и тетрагидротиофена по данным спектроскопии ЯМР 1H и неэмпирических расчетов // ХГС. - 2008. - Т. 44. - № 5. - С. 782-785.

143. Ганина Т.А., Чешков Д.А., Чертков В.А. Динамическая структура органических соединений в растворе по данным спектроскопии ЯМР и квантовомеханических расчетов: II. Стирол // ЖОрХ. - 2017. - Т. 53. - № 1. - С. 19-30.

144. Karplus M. Vicinal proton coupling in nuclear magnetic resonance // J. Am. Chem. Soc. -1963. - V. 85. - No. 18. - P. 2870-2871.

145. Rusakova I.L., Krivdin L.B. Karplus dependence of spin-spin coupling constants revisited theoretically. Part 1: Second-order double perturbation theory // Phys. Chem. Chem. Phys. -2013. - V. 15. - No. 41. - P. 13101-13107.

146. Pachler K.G.R. The dependence of vicinal proton-proton coupling constants on dihedral angle and substituents // J. Chem. Soc. Perkin II. - 1972. - V. 13. - P. 1936-1940.

147. Huggins M.L. Bond energies and polarities // J. Am. Chem. Soc. - 1953. - V. 75. - No. 17. -P. 4123-4126.

148. Haasnoot C.A.C., De Leeuw F.A.A.M., Altona C. The relationship between proton-proton NMR coupling constants and substituent electronegativities. I. An empirical generalization of the Karplus equation // Tetrahedron. - 1980. - V. 36. - No. 19. - P. 2783-2792.

149. Altona C., Francke R., Haan De R., Ippel J.H., Daalmans G.J., Hoekzema A.J.A.W., Van Wijk J. Empirical group electronegativities for vicinal NMR proton-proton couplings along a C-C bond: solvent effects and reparametrization of the Haasnoot equation // Magn. Reson. Chem. - 1994. - V. 32. - No. 11. - P. 670-678.

150. Altona C., Ippel J.H., Hoekzema A.J.A.W., Erkelens C., Groesbeek M., Donders L.A. Relationship between proton-proton NMR coupling constants and substituent electronegativities. IV - An extended Karplus equation accounting for interactions between substituents and its application to coupling constant data calculated by the extended Huckel method // Magn. Reson. Chem. - 1989. - V. 27. - No. 6. - P. 556-563.

151. Haasnoot C.A.G. Conformational analysis of six-membered rings in solution: ring puckering coordinates derived from vicinal NMR proton-proton coupling constants // J. Am. Chem. Soc. - 1993. - V. 115. - No. 4. - P. 1460-1468.

152. Jaime C., Ortufio R., Font J. Di- and trisubstituted y-lactones. Conformational study by molecular mechanics calculations and coupling constants analysis // J. Org. Chem. - 1986. -V. 51. - No. 21. - P. 3946-3951.

153. Minch M.J. Orientational dependence of vicinal proton-proton NMR coupling constants: the Karplus relationship // Concepts Magn. Reson. - 1994. - V. 6. - No. 1. - P. 41-56.

154. Powell M.J.D. An efficient method for finding the minimum of a function of several variables without calculating derivatives // Comput. J. - 1964. - V. 7. - No. 2. - P. 155-162.

155. Cheshkov D.A., Synitsyn D.O., Sheberstov K.F., Chertkov V.A. High-resolution NMR spectra total line-shape analysis powered by simulated annealing // J. Magn. Reson. - 2016. -V. 272. - P. 10-19.

156. Kirkpatrick S., Gelatt C.D. Jr., Vecchi M.P. Optimization by simulated annealing // Science. -1983. - V. 220. - No. 4598. - P. 671-680.

157. Синицын Д.О., Чешков Д.А., Чертков В.А. Связь параметров импульсного эксперимента с видом двумерного гетероядерного J-спектра ЯМР // Вестн. Моск. Ун-та, Сер. 3. Физ. Астрон. - 2011. - № 3. - С. 24-30.

158. Nies H., Bauer H., Roth K., Rewicki D. The complete 1H spectral analysis of styrene // J. Magn. Reson. - 1980. - V. 39. - No. 3. - P. 521-524.

159. Bastiaan E.W., MacLean C. Molecular orientation in high-field high-resolution NMR // NMR Basic Principles and Progress. - Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 1991. - V. 25. -P. 17-43.

160. Bothner-By A.A. Magnetic Field Induced Alignment of Molecules // eMagRes Online. -2007. - P. 1-6.

161. Чешков Д.А., Синицын Д.О., Чертков В.А. Двумерная /-спектроскопия с селективным возбуждением и анализ спектров ЯМР 1H по полной форме линии коричного альдегида // Наноструктуры. Мат. физика и моделирование. - 2014. - Т. 11. - № 1. - С. 67 72.

162. Kwan E.E., Huang S.G. Structural elucidation with NMR spectroscopy: practical strategies for organic chemists // Eur. J. Org. Chem. - 2008. - V. 16. - P. 2671-2688.

163. Budzelaar P.H.M. gNMR NMR simulation program. http://home.cc.umanitoba.ca/~budzelaa/ /gNMR/gNMR.html.

164. Rummey J.M., Boyce M.C. Introducing the gNMR program in an introductory NMR spectrometry curse to parallel its use by spectroscopists // J. Chem. Educ. - 2004. - V. 81. -No. 5. - P. 762-763.

165. Hartner J., Reinscheid U.M. Conformational analysis of menthol diastereomers by NMR and DFT computation // J. Mol. Struct. - 2008. - V. 872. - No. 2-3. - P. 145-149.

166. Reinscheid F., Reinscheid U.M. Stereochemical analysis of menthol and menthylamine isomers using calculated and experimental optical rotation data // J. Mol. Struct. - 2016. - V. 1103. - No. 5. - P. 166-176.

167. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R.,

Scalmani G., Barone V., Mennucci B., Petersson G.A., Nakatsuji H., Caricato M., Li X.,

Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M.,

Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H.,

Vreven T., Montgomery J.A. Jr., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E.,

Kudin K.N., Staroverov V.N., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A.,

Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega N., Millam J.M., Klene M., Knox J.E.,

Cross J.B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O.,

Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski

V.G., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S., Daniels A.D., Farkas O.,

152

Foresman J.B., Ortiz J.V., Cioslowski J., Fox D.J. Gaussian 09W, Revision A.02 // Book Gaussian 09, Revision A.02 / Editor. - Wallingford CT, 2009.

168. Deng W., Cheeseman J.R., Frisch M.J. Calculation of nuclear spin-spin coupling constants of molecules with first and second row atoms in study of basis set dependence // J. Chem. Theory and Comput. - 2006. - V. 2. - No. 4. - P. 1028-1037.

169. Aliev A.E., Courtier-Murias D. Conformational analysis of L-prolines in water // J. Phys. Chem. B. - 2007. - V. 111. - No. 50. - P. 14034-14042.

170. Fesenko A.A., Cheshkov D.A., Shutalev A.D. Synthesis of diethyl 2-thioxo-1,2,3,4-tetrahydro and hexahydropyrimidine-5-phosphonates // Mend. Commun. - 2008. - V. 18. - No. 1. - P. 51-53.