二维核磁共振技术确定法尼基丙酮的几何构型

房桂珍，张丽芳，张莉，刘东刚，秦旭荣

(河北医科大学生物医学工程中心  河北  石家庄 050000)

摘 要： 研究目的：（5E，9E）-法尼基丙酮是制备替普瑞酮的关键中间体,研究目的是确立一种方法，简单有效的区分法尼基丙酮5位顺式和反式异构体，为合成替普瑞酮药物提供合格的中间体原料。方法：本研究利用一维¹H-NMR图谱和二维¹H-¹H NOESY图谱对其不同构型进行分析，根据18位甲基氢和3，4位氢相关峰的有无和强弱，区分法尼基丙酮5位的顺反异构体。结果：核磁共振方法可以简单有效的应用于区分法尼基丙酮5位的顺反异构体，为法尼基丙酮5位几何异构体的构型确认和分离提供了依据,也为此类几何异构体结构分析和构型确认提供了一个有效的方法。

关键词：法尼基丙酮；几何异构体；¹H-NMR图谱；¹H-¹H NOESY图谱   

Identification of the Geometric Configuration of Farnesylacetone by Using 2D-NMR Technique

Fang Gui-zhen   Zhang Li-fang   Zhang Li     Liu Dong-gang      Qin Xu-rong

（The Biomedical Engineering Center of Hebei Medical University, Shijiazhuang,050000,China）

Abstract：Objective: (5E,9E)- farnesylacetone is a key intermediate of Teprenone. The commonly used synthetic method is Carroll rearrangement, which will lead to a mixture of cis-trans isomers. The determination of its configuration is a major problem in structural analysis. The research is to establish a simple and efficient method to distinguish 5-(cis/trans) isomers of  farnesylacetone，and get a purer intermediate of Teprenone. Methods: A method determining the geometric configuration was established by using one-dimensional ¹H-NMR and two-dimensional ¹H-¹H NOESY experiments. The cis-tans isomers can be easily and effectively distinguished on the basis of the correlative peaks of 18 methyl with 3 and 4 protons. Results:  by using 1D- and 2D- NMR methods, 5-(cis/trans) isomers of farnesylacetone can be simply and efficiently distinguished. This research provided a effective method for the analysis and determination of such kind of geometric structures.

Keywords： farnesylacetone；cis-trans isomers；¹H-NMR spectrum；¹H-¹H NOESY spectrum     

*基金项目：河北省“百人计划”资助项目(No.E2012100008 )

*通讯作者：秦旭荣，博士，教授，研究方向：药物化学，Tel:0311-85917860，E-mail: qinxr@yahoo.com

替普瑞酮是一种萜烯类新型胃黏膜保护剂^[1]，具有广谱抗溃疡作用，在胃炎、胃溃疡、预防各种因素所致胃黏膜损伤等的治疗效果上，已经获得充足的证据和临床上广泛认可^[2]。反式法尼基丙酮((5E，9E)-farnesylacetone)是制备替普瑞酮的关键中间体^[3][4]。法尼基丙酮的几何构型直接影响到替普瑞酮的几何构型和纯度，替普瑞酮的几何构型纯度决定其临床疗效^[5]。因此确认法尼基丙酮的几何构型有极其重要的临床意义。

目前常用Carroll反应合成法尼基丙酮，在合成过程中会生成构型不同的化合物，即(5Z，9E)-法尼基丙酮和(5E，9E)-法尼基丙酮(化学结构见图1（a）和（b）)。确认法尼基丙酮5位的反式构型是非常重要的工作，因为只有反式法尼基丙酮才可以用于合成替普瑞酮。几种常规的结构分析方法（紫外光谱、红外光谱、质谱等）均难以解决此问题。由于样品为油状液体，X射线衍射的方法也无能为力。5位顺反异构体的一维核磁共振氢谱虽有不同，但无法区分其顺反异构体与图谱的对应关系。我们经过分析考察，确定通过二维核磁共振技术（¹H-¹H NOESY）^[6]可以对法尼基丙酮的几何构型进行判定。这种方法是利用几何异构体中H的空间距离不同，所产生的相关峰不同，加以分析判断。利用二维核磁共振技术中的NOESY谱对几何异构体加以确认，为此类结构的分析和确认提供了一个有效的方法。

1  实验部分

1.1  样品

（5E，9E）-法尼基丙酮（河北医科大学制药厂，批号170101），（5Z，9E）-法尼基丙酮（深圳市斯坦德化工科技有限公司，批号175091T-YX-01）

1.2  样品制备

10mg样品用0.4 ml CDC1₃溶解。

1.3  NMR测定方法

 ¹H-NMR、¹H-¹H NOESY实验采用Varian  ^UNITY INOVA 600型超导核磁共振谱仪，以氘代氯仿CDC1₃（D，99.8%）为溶剂，TMS为内标物，F1、F2维的化学位移均以溶剂氯仿的谱峰为参考，定为δ_H7.24，测定温度为296.4K。

1.4  MS 测定方法

MS测定采用河北医科大学分析测试中心的 AB SCIEX 4000Qtrap型质谱仪，带电喷雾（ESI）离子源。气帘气（curtain gas）为氮气，雾化气（GS1），脱气气（GS2）均为0级空气。扫描方式为正离子扫描，Q1全扫描范围和碎片离子扫描（MS2）范围均为50～300 m/z。

2  结果与讨论

2.1  质谱分析

（5E，9E）-法尼基丙酮和（5Z，9E）-法尼基丙酮的结构如图1（a）和1（b）所示；（5E，9E）-法尼基丙酮和（5Z，9E）-法尼基丙酮的质谱如图2（a）和2（b）所示。它们的质谱图没有显著区别，主要分子离子峰分别为263.4(M+H⁺)、263.3(M+H⁺)，可判定相对分子质量为262.4，与法尼基丙酮的分子量262.44相符。

 (a)                                                                                                             (b)

图1   法尼基丙酮的化学结构: （a）（5E，9E）-法尼基丙酮；（b）（5Z，9E）-法尼基丙酮

Fig.1  The structure of farnesylacetone: (a) (5E，9E)- farnesylacetone ；(b) (5Z，9E)-farnesylacetone

(a)                                                                                                 (b)

图2   法尼基丙酮的质谱图: （a）（5E，9E）-法尼基丙酮；（b）（5Z，9E）-法尼基丙酮

Fig.2  MS of farnesylacetone: (a) (5E，9E)- farnesylacetone ；(b) (5Z，9E)-farnesylacetone

2.2  质谱结论

质谱法具有可提供丰富的结构信息的优点，是分析挥发性半挥发性小分子化合物的重要分析方法^[7]。从图2（a）和2（b）中可以判断（5E，9E）-法尼基丙酮和（5Z，9E）-法尼基丙酮的质谱图分子离子峰、裂解碎片的分子质量及相对丰度几乎完全一致，且这两种物质在不同碰撞能量下所获得的质谱图均一致。说明采用质谱的方法不能达到区分这两种几何异构体的目的。

2.3  核磁共振氢谱（¹H-NMR）分析

（5E，9E）-法尼基丙酮和（5Z，9E）-法尼基丙酮的¹H-NMR图谱见图3（a）和3（b）。

图3（a）为（5E，9E）-法尼基丙酮的¹H-NMR谱，各组谱峰的积分面积总和为30，表明该分子有30个质子，与法尼基丙酮质子总数吻合。d5.06是积分值为3的多重峰，处于低磁场，为与双键相连氢的化学位移，可归属于H-5、H-9、H-13。d 2.43、d2.24分别为积分值为2的t峰和m峰，初步判断均为亚甲基峰（-CH₂-），d 2.43、d2.24的化学位移值相对较大，考虑是受到羰基（-C=O）电负性的影响，可以判断其距离羰基较近，再结合耦合裂分规律可以断定d 2.43为H-3，d2.24为H-4。d2.11积分值为3的单峰是由于受羰基（-C=O）电负性的影响化学位移增大的1位甲基。d1.95、d2.04分别为积分值为4的m峰，分别归属于H-7，H-11和H-8，H-12（-CH₂-）。d1.65、 d1.59、 d1.58、 d1.57均为积分值为3的单峰，表明它们分别是与季碳相连的氢（-CH₃），分属于15，18，16，17位甲基(18位甲基归属可由¹H-¹H  NOESY谱加以佐证)。

图3（b）为（5Z，9E）-法尼基丙酮的¹H-NMR谱，其归属结果和图3（a）相似，只是积分值为3的两个单峰 d1.702、 d1.704，归属于15和16甲基；积分值为6的d1.63峰归属于17和18位甲基。

一维氢谱无法区分法尼基丙酮5-位的顺反异构体。

（a）

（b）

图3 ¹H-NMR图谱 : (a)（5E，9E）-法尼基丙酮; (b)（5Z，9E）-法尼基丙酮

Fig.3  ¹H-NMR spectrum: (a) (5E，9E)-farnesylacetone; (b)  (5Z，9E)-farnesylacetone

2.4   ¹H-¹H NOESY图谱解析

（5E，9E）-法尼基丙酮和（5Z，9E）-法尼基丙酮的¹H-¹H NOESY见图4（a）和4（b）。

图4（a）为（5E，9E）-法尼基丙酮的¹H-¹H  NOESY谱，从图谱中可以看到：

H-5、H-9、H-13（d5.06）与H-18（d1.59）、H-17,16,15（d1.57, d1.58, d1.65）以及H-7,11（d1.95）、H-8,12（d2.04）都有相关峰出现；H-3（d2.43）与H-4（d2.24）有较强的相关峰，说明它们在空间结构上距离很近。H-17（d1.57）和H-8（d2.04）有较强的相关峰，说明17位甲基与8位氢距离较近，即9位双键为反式构型。

18位甲基（d1.59）和H-4（d2.24）有很强的相关峰、和H-3（d 2.43）有较弱的相关峰（如图4（a）中所示)，充分说明18位甲基与4位、3位氢的空间距离较近，而H-3、H-4又分别与H-5产生相关峰。这些相关峰的出现佐证了5位双键为反式构型。

图4（b）为（5Z，9E）-法尼基丙酮的¹H-¹H NOESY谱，大部分的相关峰与（5E，9E）-法尼基丙酮的¹H-¹H NOESY图谱所呈现的情况相同，但是在它的图谱中观察不到H-3与H-5、H-18，H-4与H-5、H-18的相关峰，说明它们的空间距离较远，这是由5位双键的顺式结构造成的，印证了5位双键的顺式构型。

二维NOESY谱可以有效便捷的区分法尼基丙酮5-位的顺反异构体。

图4（a）（5E，9E）-法尼基丙酮的¹H-¹H NOESY谱：全谱和放大谱

Fig. 4（a） ¹H-¹H NOESY of (5E，9E)-farnesylacetone. normal spectrum .and magnified spectrum..

图4(b)  （5Z，9E）-法尼基丙酮的¹H-¹H NOESY谱：全谱和放大谱

Fig.4（b） ¹H-¹H NOESY of (5Z，9E)-farnesylacetone. :normal spectrum and magnified spectrum.

3   结语

法尼基丙酮5-位的顺反异构体用常规的结构分析手段，比如：紫外光谱、红外光谱、质谱均难以区分。由于样品为油状液体，X射线衍射的方法也无能为力。我们采用核磁共振手段，使几何异构体得到简便有效的区分和确认。二维NOESY谱已成为研究分子内部各质子之间的空间关系和立体化学行之有效的分析手段，可以解决化合物同分异构和顺反异构及相对构型等立体化学问题^[8]。本文通过总结碳、氢化学位移规律、偶合分裂情况以及二维实验给出的（5E，9E）-法尼基丙酮和（5Z，9E）-法尼基丙酮两种化合物的碳、氢NMR归属^[9-15]，鉴定了油状样品法尼基丙酮的几何异构体结构，建立了方便可靠的法尼基丙酮顺反异构体的判断方法，为提高替普瑞酮药物的合成纯度提供了有力的保障。本方法对分析类似的几何异构体提供了一种思路。该方法快速、准确，为此类异构体的结构研究提供了有效的分析手段。

核磁共振技术是鉴定化合物结构的重要手段，¹H-¹H NOESY技术在几何异构体和光学异构体的分析方面具有不可替代的优势。对于本文涉及的油状样品，X射线衍射力不能及、质谱不能区分的情况下，核磁共振二维谱（NOESY）更显现出它的优势所在。

参考文献：

[1] 谢宜奎，陈士葆. 新型胃粘膜保护剂—— 替普瑞酮的临床应用［J］.医学研究动态, 1999, 19(2)：108-110.

[2] 尹泉，王启仪. 替普瑞酮的作用机制及临床应用探讨［J］.实用医学杂志, 2010, 26(14)：2660-2662.

[3] 陈海荣，胡宗琳. 替普瑞酮合成工艺的改进［J］.中国医药工业杂志, 2004，35（8）：449-450.

[4] 许青青，姜华. 合成法尼基丙酮的优化实验条件［J］.化学试剂, 2006，28（1）：59-60.

[5] Kathlia A. De Castro, Eunyoug Byun, Hakjune Rhee. Diketene and Acetylated Meldrum’s Acid:Agents for a Facile Teprenone Synthesis via Carroll Rearrangement［J］.Bull. Korean Chem. Soc.,2009,30(9 )： 2155-2157.

[6] 赵天增，秦海林.天然药物化学研究［M］.北京：中国协和医科大学出版社，2006：28-54.

[7] 张良晓. 气相色谱-质谱定性定量分析新方法研究［D］.湖南长沙：中南大学化学化工学院分析化学专业, 2011.

[8] 崔育新. NOESY在立体化学研究中的某些应用［J］.波谱学杂志, 1998，15（6）：489-494.

[9] 张海艳. NOESY在地胆草半萜内酯化合物结构鉴定中的应用［J］.河南科学, 2014，32（10）：2001-2003.[10] 赵天增. 核磁共振碳谱［M］.郑州：河南科学技术出版社， 1993：74-75.

[11] 梁侨丽，龚祝南，施国新. NOESY谱在地胆草半萜内酯化合物结构鉴定中的应用（Ⅱ）［J］. 波谱学杂志, 2004，21（3）：311-315.

[12] 张正行. 有机光谱分析［M］.北京：人民卫生出版社，2009：324-331.

[13] 赵天增，秦海林，张海艳等. 核磁共振二维谱［M］.北京：化学工业出版社, 2018：45-50.

[14] 秦海林. 化学分析手册.7A.氢-1核磁共振波谱分析［M］.北京：化学工业出版社, 2016：59-63.

[15] 王乃兴. 核磁共振谱学--在有机化学中的应用［M］.北京：化学工业出版社, 2015：131-143.