瑞芬太尼酸的波譜數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)確證

張 楠， 莊玲華

南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院， 江蘇 南京 211816

引 言

瑞芬太尼酸(remifentanil acid)， 為瑞芬太尼的主要羧酸代謝產(chǎn)物， 化學(xué)名4-(甲氧羰基)-4-(N-苯基丙酰胺基)-1-哌啶丙酸， 分子結(jié)構(gòu)見圖1。 瑞芬太尼是由葛蘭素史克集團(tuán)公司開發(fā)的一個(gè)麻醉鎮(zhèn)痛藥， 于1996年8月首次在德國上市， 是六氫吡啶的衍生物， 具有起效迅速、 陣痛效能強(qiáng)、 安全使用無蓄積、 不良反應(yīng)小等特點(diǎn)， 是一個(gè)較為理想的麻醉鎮(zhèn)痛藥[1-7]。 目前， 國內(nèi)外關(guān)于瑞芬太尼及瑞芬太尼酸的研究主要集中在其藥效和臨床研究， 文獻(xiàn)[8-9]報(bào)道了瑞芬太尼的質(zhì)量研究進(jìn)展， 而在其波譜學(xué)方面只有鹽酸瑞芬太尼的核磁共振氫譜和碳譜數(shù)據(jù)[10]， 但瑞芬太尼酸的完整波譜數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)確證尚未見報(bào)道。 本文采用紅外吸收光譜(infrared spectroscopy， IR)、 紫外吸收光譜(ultraviolet spectroscopy， UV)、 核磁共振(nuclear magnetic resonance， NMR)(包括1HNMR，13C NMR，1H-1H COSY，1H-13C HSQC，1H-13C HMBC和DEPT)波譜、 質(zhì)譜(mass spectrometry， MS)等譜學(xué)技術(shù)， 對瑞芬太尼酸的波譜學(xué)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)解析， 并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確證。 這些數(shù)據(jù)均未見有文獻(xiàn)報(bào)道。

圖1 瑞芬太尼酸的結(jié)構(gòu)式

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Shimadzu UV-2410紫外光譜儀(日本島津制作所)。 Jasco FT/IR-4100紅外光譜儀， 溴化鉀(KBr)壓片(日本佳司科公司)。 Thermo Finnigan TSQ Quantum質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國賽默飛世爾科技公司)。 Bruker AV-500型核磁共振儀(內(nèi)標(biāo)： 四甲基硅烷， TMS)(德國布魯克公司)。

氘代二甲基亞砜(DMSO-d6, 美國劍橋同位素實(shí)驗(yàn)室公司)。 甲醇(色譜純， 德國默克公司)。 其他試劑為分析純。 實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

瑞芬太尼酸樣品為白色結(jié)晶粉末， 易溶于稀酸、 甲醇。 利用高效液相色譜儀(high performance liquid chromatography， HPLC)測定瑞芬太尼酸樣品純度為99.88%， 符合結(jié)構(gòu)確證所需純度。

1.2 方法

1H NMR，13C NMR，1H-1H COSY，1H-13C HSQC，1H-13C HMBC和DEPT譜均在Bruker AV-500型核磁共振儀上測定， 采用直徑5 mm的NMR樣品管， 配備5 mm QNP反向探頭檢測， 以TMS為內(nèi)標(biāo)(δH0.00，δC0.0)， DMSO-d6為溶劑， 實(shí)驗(yàn)溫度為25 ℃。1H NMR的工作頻率為500.15 MHz， 譜寬為5 387.95 Hz；13C NMR的工作頻率為125.78 MHz， 譜寬為30 303.05 Hz。 DEPT譜的工作頻率和譜寬與13C NMR相同。 二維核磁譜包括2D梯度場1H-1H COSY，1H-13C HSQC及1H-13C HMBC譜， 采用標(biāo)準(zhǔn)脈沖程序。1H-1H COSY譜的F2維(1H)及F1維(1H)的譜寬均為5 387.95 Hz， 采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)陣t2×t1=1 024×512；1H-13C HMBC和1H-13C HSQC譜的F2維(1H)及F1維(13C)譜寬分別為5 387.95和30 303.05 Hz， 采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)陣t2×t1=1 024×512。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外吸收光譜分析

瑞芬太尼酸樣品在甲醇溶液中的紫外吸收光譜顯示， 在紫外末端204.0 nm附近有最大吸收， 為苯環(huán)的共軛烯鍵π→π*反鍵軌道的躍遷產(chǎn)生的吸收帶， 屬于E2吸收帶， 同時(shí)苯環(huán)與酰胺氮原子共軛， E2吸收帶與K吸收帶重疊； 在254.0 nm附近有弱的吸收峰， 是由苯環(huán)的π→π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶， 屬于B吸收帶， 是苯環(huán)的特征吸收， 說明分子中有苯環(huán)存在， 與瑞芬太尼酸的分子結(jié)構(gòu)相符。

2.2 紅外吸收光譜分析

上述結(jié)果表明， 分子中含有單取代苯環(huán)、 甲基基團(tuán)、 亞甲基基團(tuán)、 脂肪醚鍵、 羧酸結(jié)構(gòu)、 羧酸酯結(jié)構(gòu)和酰胺結(jié)構(gòu)， 與瑞芬太尼酸結(jié)構(gòu)中的主要官能團(tuán)相一致。 瑞芬太尼酸的紅外吸收光譜數(shù)據(jù)分析及歸屬見表1。

2.3 MS譜分析

瑞芬太尼酸的質(zhì)譜見圖3， 正離子檢測模式檢測到質(zhì)荷比(m/z)為362.98的碎片離子峰， 為[M+H]+的準(zhǔn)分子離子峰。 另外檢測到質(zhì)荷比(m/z)為331.02， 303.10， 259.09， 247.06， 213.96， 202.02， 158.00， 146.04， 113.02和101.97等碎片離子峰。 瑞芬太尼酸的分子式為C19H26N2O5， 分子量為362， 因此該檢測結(jié)果與瑞芬太尼酸的分子量一致， 且與瑞芬太尼酸的結(jié)構(gòu)特征相應(yīng)。 根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)， 對主要碎片離子峰進(jìn)行解析， 可能的裂解途徑見圖4。

圖2 瑞芬太尼酸的紅外吸收光譜

表1 瑞芬太尼酸的紅外吸收光譜主要吸收峰數(shù)據(jù)及歸屬

*: Ar表示苯環(huán)； **: vs, s, m表示吸收強(qiáng)度， 分別為極強(qiáng)吸收， 強(qiáng)吸收， 中等強(qiáng)度吸收

圖3 瑞芬太尼酸的質(zhì)譜圖

2.4 NMR譜圖分析

瑞芬太尼酸化合物的1H NMR譜(圖5)顯示有12組質(zhì)子信號(hào)， 與26個(gè)質(zhì)子相對應(yīng)。13C-NMR譜和DEPT譜(圖6)顯示， 除去溶劑峰(δC39.00～40.00)， 共有15組碳核信號(hào)， 與19個(gè)碳核相對應(yīng)， 其結(jié)構(gòu)中含2個(gè)伯碳(δC8.9，δC52.3)， 5個(gè)仲碳(δC28.2，δC28.5，δC29.7，δC48.5，δC50.8)， 3個(gè)叔碳(δC128.9，δC129.5，δC130.4)， 5個(gè)季碳(δC59.8，δC171.2，δC172.3，δC173.3，δC138.2)。 綜合1H-1H COSY譜(圖7)、1H-13C HSQC譜[圖8(a,b,c,d)]和1H-13C HMBC譜[圖9(a,b,c,d)]， 分析如下：

在COSY譜中，δH7.40 (1H， m)與δH7.46～7.48 (2H， m)，δH7.49～7.53 (2H， m)順次偶合相關(guān)， 因此δH7.40(1H， m)被歸屬為H-3。 在HSQC譜中，δC130.4與H-3相關(guān)， 被歸屬為C-3。 在HMBC譜中，δH7.46～7.48 (2H， m)與C-3遠(yuǎn)程相關(guān)， 被歸屬為H-2和H-4。 在HSQC譜中，δC128.9與H-2， H-4相關(guān)， 被歸屬為C-2和C-4。 在HMBC譜中， δH7.49～7.53 (2H， m)與C-2、δC138.2遠(yuǎn)程相關(guān)， 被歸屬為H-1和H-5。 在HSQC譜中，δC129.5與H-1， H-5相關(guān)， 被歸屬為C-1和C-5。 DEPT譜和13C-NMR譜顯示，δC138.2為季碳， 因此被歸屬為C-6。

圖4 瑞芬太尼酸的質(zhì)譜裂解方式

在COSY譜中，δH3.72～3.76 (3H， s)沒有相關(guān)信號(hào)峰， 被歸屬為H-19。 在HSQC譜中，δC52.3與H-19相關(guān)， 被歸屬為C-19。 在HMBC譜中， H-19與δC172.3遠(yuǎn)程相關(guān)； DEPT譜和13C-NMR譜顯示，δC172.3為季碳， 因此δC172.3為C-18。

在COSY譜中[圖7(a,b,c)]，δH0.82～0.85 (3H， t)與δH1.79～1.83 (2H， q)偶合相關(guān)， 因此δH0.82～0.85 (3H， t)被歸屬為H-9，δH1.79～1.83 (2H， q)被歸屬為H-8。 在HSQC譜中，δC8.9和δC28.2分別與H-9、 H-8相關(guān)， 因此分別被歸屬為C-9和C-8。 在HMBC譜中， H-9與C-8， δC173.3遠(yuǎn)程相關(guān)， H-8與C-9，δC173.3遠(yuǎn)程相關(guān)； DEPT譜和13C-NMR譜顯示，δC173.3為季碳， 因此δC173.3被歸屬為C-7。

在COSY譜中，δH2.78～2.81 (2H， t)與δH3.17～3.19 (2H， t)偶合相關(guān)。 在HMBC譜中，δH2.78～2.81 (2H， t)與δC50.8，δC171.2遠(yuǎn)程相關(guān)，δH3.17～3.19 (2H， t)與δC28.5，δC48.5和δC171.2遠(yuǎn)程相關(guān)。 因此δH3.17～3.19 (2H， t)更靠近電負(fù)性大的氮原子， 被歸屬為H-15；δH2.78～2.81 (2H， t)遠(yuǎn)離氮原子， 被歸屬為H-16。 在HSQC譜中，δC50.8和δC28.5分別與H-15， H-16相關(guān)， 因此分別被歸屬為C-15和C-16。 DEPT譜和13C-NMR譜顯示，δC171.2為季碳， 因此δC171.2被歸屬為C-17。δH11.99為羧酸質(zhì)子信號(hào)。

圖5 瑞芬太尼酸的1H-NMR圖

在COSY譜[圖7(a,b,c)]中，δH2.07～2.09 (2H， m)，δH2.27～2.30 (2H， m)，δH3.10～3.12 (2H， m)，δH3.20～3.32 (2H， m)順次偶合相關(guān)。 在HMBC譜中，δH3.10～3.12 (2H， m)，δH3.20～3.32 (2H， m)與δC50.8遠(yuǎn)程相關(guān)，δH2.07～2.09 (2H， m)，δH2.27～2.30 (2H， m)沒有相關(guān)信號(hào)峰， 因此δH3.10～3.12 (2H， m)，δH3.20～3.32 (2H， m)被歸屬為H-12和H-13。 因?yàn)槿鸱姨崴岬牧鶜溥哙きh(huán)結(jié)構(gòu)上的同碳質(zhì)子不等價(jià)且相互偶合相關(guān)， 是由橫鍵及豎鍵質(zhì)子所受的屏蔽效應(yīng)的差異所致， 且橫鍵質(zhì)子的化學(xué)位移均大于豎鍵質(zhì)子的化學(xué)位移， 因此δH3.10～3.12 (2H， m)被歸屬為H-12α和H-13α，δH3.20～3.32 (2H， m)被歸屬為H-12β和H-13β。 在HSQC譜中[見圖8(a,b,c,d)]，δC48.5與H-12， H-13相關(guān)， 被歸屬為C-12和C-13。 同理，δH2.07～2.09 (2H， m)被歸屬為H-11α和H-14α，δH2.27～2.30 (2H， m)被歸屬為H-11β和H-14β。 在HSQC譜中，δC29.7與H-11， H-14相關(guān)， 被歸屬為C-11和C-14。 DEPT譜和13C-NMR譜顯示，δC59.8為季碳， 因此δC59.8為C-10。

具體的1H NMR 和13C NMR數(shù)據(jù)及歸屬見表2， 均與瑞芬太尼酸的結(jié)構(gòu)一致。

圖6 瑞芬太尼酸的13C-NMR圖和DEPT圖

圖7 瑞芬太尼酸的1H-1H COSY圖

圖8 瑞芬太尼酸的1H-13C HSQC圖

圖9 瑞芬太尼酸的1H-13C HMBC圖

表2 瑞芬太尼酸 1H-NMR 和 13C-NMR 歸屬(DMSO-d6， 500 MHz)

續(xù)表2

1248.53.10～3.12 (2H, m, H-12α)3.20～3.32 (2H, m, H-12α)+H-11, H-14H-11, H-14, H-151348.53.10～3.12 (2H, m, H-13α)3.20～3.32 (2H, m, H-13β)+H-11, H-14H-11, H-14, H-151429.72.07～2.09 (2H, m, H-14α)2.27～2.30 (2H, m, H-14β)+H-12, H-13H-12, H-131550.83.17～3.19 (2H, t)+H-16H-161628.52.78～2.81 (2H, t)+H-15H-1517171.2///H-15, H-1618172.3///H-191952.33.72～3.76 (3H, s)+//

3 結(jié) 論

通過紅外吸收光譜(IR)、 紫外吸收光譜(UV)、 核磁共振(NMR)(包括1H NMR，13C NMR，1H-1H COSY，1H-13C HSQC，1H-13C HMBC和DEPT)譜、 質(zhì)譜(MS)譜圖測定和解析， 對瑞芬太尼酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的分析和確證。 其中， 通過紫外吸收光譜顯示瑞芬太尼酸的特征官能團(tuán)， 紅外吸收光譜顯示其各個(gè)基團(tuán)的特征吸收峰， 質(zhì)譜顯示其分子量， 最后通過核磁共振譜的測定和解析， 對瑞芬太尼酸的全部1H-NMR和13C-NMR信號(hào)進(jìn)行歸屬， 從而確證了瑞芬太尼酸的分子結(jié)構(gòu)。