恩曲他滨的波谱学数据与结构确证

1、恩曲他滨的波谱学数据与结构确证陈仕云1，何勇2，余三喜2，高永好2，江浩2，吴宗好2*(1. 合肥学院化学与材料工程系，安徽 合肥 ；2. 合肥华方医药科技有限公司，安徽 合肥 ；)摘要：对恩曲他滨化合物1的紫外吸收光谱(UV)、红外吸收光谱(IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、氢-氢相关谱(1H-1H-COSY)、核磁共振碳谱13C-NMR、DEPT谱、碳氢相关谱(HMQC)、碳氢远程相关谱(HMBC)及质谱(MS)进行了解析，对其所有的NMR谱信号进行了归属，纠正了文献11中的归属错误。讨论了红外光谱特征吸收峰所对应的官能团的振动形式，通过多种波谱技术确证了恩曲他滨的结构.关键词：核磁共

2、振(NMR)；归属；恩曲他滨；结构确证中图分类号：O482.53 文献标识码：ASpectral Analysis and Structural Elucidation of EmtricitabineCHEN Shi-yun1, HE Yong2, YU San-xi2，GAO Yong-hao2, JIANG Hao2, WU Zong-hao2*(1. Department of Chemical and Materials Engineering，Hefei University，Hefei ; 2.Hefei Huafang Pharmaceutical Science & Tech

3、nology Co., Ltd., Hefei )Abstract: The spectral data of emtricitabine were reported, including UV, IR, NMR (1H-NMR, 1H-1H-COSY, 13C-NMR, DEPT, HMQC and HMBC) and MS data. The NMR signals were assigned. The infrared spectrum was analyzed to derive the types of vibration of the functional groups of th

4、is compound. The molecular structure of emtricitabine was determined.Key words: NMR, assignment, emtricitabine, structural identification引言恩曲他滨(Emtricitabine，1)，化学名为4-氨基-5-氟-1-(2R,5S)-2-羟甲基-1, 3-氧硫杂戊环-5-基-2(1H)-嘧啶酮，是由美国Gilead Sciences 公司开发的HIV逆转录酶抑制剂，2003 年7 月首次在美国上市，属于核苷类逆转录酶抑制剂，通过细胞酶磷酸化为5-三磷酸盐； 5-

5、三磷酸盐与去氧5-三磷酸盐底物竞争抑制HIV-1逆转录酶的活性并与病毒DNA结合导致链终止，从而起到抑制病毒的作用，临床用于治疗艾滋病.其化学结构如图1所示.关于恩曲他滨的制备文献报道较多1-5，其部分氢谱已有报道3-5，由于分子中含有2个手性中心和氟等基团，使其波谱特征表现出一定的特殊性，增加了结构确证与解析的难度，我们对其进行了比较全面的波谱表征，测定了恩曲他滨的红外(IR)、紫外(UV)、质谱(MS)、1H NMR、氢-氢相关谱(1H-1H COSY)、13C NMR、DEPT谱、碳氢相关谱(HMQC)及碳氢远程相关谱(HMBC)、质谱(MS)，分析讨论了1H和13C NMR谱的特征，并

6、对所有谱峰进行了准确的归属，同时分析讨论了其IR吸收峰所对应的官能团的振动形式.上述工作对该类产品的进一步研究有一定的指导意义.图1恩曲他滨的化学结构式Fig.1Structure of the emtricitabine1实验部分1.1仪器及试剂1.1.1仪器紫外光谱用UV-1700分光光度计(日本岛津公司)测定；红外光谱用Nicolet8700傅立叶变换红外光谱仪(美国Nicolet公司)测定, KBr压片；1H NMR、13C NMR、1H-1H COSY、DEPT、HMQC和HMBC谱均用AVANCE400 型核磁共振仪(瑞士Bruker公司)测定，以DMSO-d6为溶剂, TMS为内

7、标；质谱用LCQ ADVANTAGEMAX液质连用质谱仪(FINNIGAN公司)测定, ESI源.1.1.2试剂所有试剂均为分析纯.1.1.3 1.2样品制备恩曲他滨(1)由合肥华方医药科技有限公司合成.具体以乙醛酸为起始原料与L-薄荷醇酯化，与1, 4-二噻烷-2, 5-二醇缩合得到(2R, 5R) -5-羟基-1, 3-氧硫杂环戊烷-2-羧酸(1R, 2S, 5R) -薄荷酯，经氯化亚砜氯化，蒸除溶剂直接与硅烷化的5-氟胞嘧啶偶合后，用硼氢化钠还原，乙醇重结晶得到1.对纯化后的白色结晶样品进行HPLC分析，测定化学纯度6为99.90%，光学纯度7含量为99.97%，符合结构鉴定所需的纯度.

8、元素分析结果：实测值(理论值) (%) : C38.92、38.60(38.86)，H 4.06、4.02(4.08), N 16.87、16.78(17.00), S 12.83、12.90(12.97)C、H、N、S各元素测试值与计算值比较，两次测定重现性良好；TGA和DSC分析: 化合物(1)的热重曲线上未出现脱结晶水的失重峰，结果表明分子不含结晶水；在DSC曲线上明化合物(1)的熔化温度为153.11154.56 ，熔化热为108.2 J/g.2结果和讨论2.1 UV恩曲他滨(1)的UV谱中最大吸收峰，max=280 nm为胞嘧啶芳杂环的B带吸收.化合物1在中性和碱性溶液中的紫外吸收光

9、谱基本一致.在0.1 mol/L盐酸溶液中，max=291 nm，表明恩曲他滨在酸性介质中紫外的最大吸收峰发生红移4.2.1 IR化合物1采用KBr压片法, IR(KBr)(cm-1): 3 431, 3 254, 3 094, 2 895, 1 696, 1 627, 1 541, 1 522, 1 411, 1 342, 1 299, 1 168, 1 093, 1 070, 777 cm-1. 其中, 3 431 cm-1为-OH伸缩振动吸收峰(OH), 3 254 cm-1为-NH伸缩振动吸收峰(NH), 3 094 cm-1为胞嘧啶环的碳氢伸缩振动吸收峰(C=C-H), 2 895

10、cm-1为饱和碳氢伸缩振动吸收峰(CH), 1 696 cm-1为羰基伸缩振动吸收峰(C=O), 1 627 cm-1为胞嘧啶伯氨基弯曲振动吸收峰(NH), 1 541和1 522 cm-1为胞嘧啶环共轭体系的骨架振动峰(C=C), 1 411和1 342 cm-1为饱和烷烃弯曲振动吸收峰(CH), 1 299 cm-1为羟基弯曲振动吸收峰(OH), 1 168, 1 093, 1 070 cm-1为分子中C-C, C-O, C-N峰，777 cm-1为氟胞嘧啶中C-F键伸缩振动吸收峰.表明化合物1含有嘧啶环伯氨基，羟基、氟胞嘧啶等骨架特征官能团.表1恩曲他滨的红外吸收光谱测定数据及归属Tab

11、le 1Infrared(IR) data of the emtricitabineAbsorption band/cm-1Mode of vibrationGroupIntensity3 431OHOHm3 254NH2NH2m3 094CHC=Hw2 895CHCHw1 696C=OC=Os1 627NHNH2s1 541, 1 522C=C C=NC=C,C=Nm1 411, 1 342CHCHw1 299OHOHw1 168，1 093, 1 070C-O C-N C-CC-O,C-C,C-Nm777C-FC-Fm2.31H NMR和1H-1H COSY化合物1的1H NMR谱 8.2

12、0-8.18为分子嘧啶环上的1个质子氢，耦合常数J = 8.0 Hz； 7.80和7.56为分子中的活性NH2，加D2O交换后消失； 6.13-6.13归属为分子8位质子氢，受N和O电负性影响，移至低场； 5.38-5.41归属为分子中的活性OH，加D2O交换后消失，与分子H-11b耦合，耦合常数JOH, 11 = 6.0 Hz； 5.18-5.20归属为分子中的10位质子氢与分子H-11a耦合，耦合常数J10, 11 = 4.0 Hz； 3.71-3.74和 3.78-3.83归属为11位亚甲基的特征质子信号(H-11a, H-11b)，因其与手性碳(C-10)连接，11位亚甲基的2个氢化学

13、不等价； 3.11-3.15和 3.40-3.45归属为9位亚甲基的特征质子信号(H-9a, H-9b)，耦合常数J9a,9b = 12.0 Hz. 1H-1H COSY谱显示H-8分别与H-9a和H-9b耦合； H-10和12-OH 分别与H-11b和H-11a耦合；H-9a和H-9b相互耦合；具体的1H NMR和1H-1H COSY数据及归属见表2, 波谱图见图2.表2 恩曲他滨1H NMR和1H-1H COSY数据Table 21H NMR and1H-1H COSY data of the emtricitabineNoHMultiplicityNumber of protonsCOS

14、Y谱H1, 3-5(in DMSO-d6)48.18-8.20d(J4, F= 8.0 Hz)1/8.167-NH27.56, 7.80(D2O 消失)ds2/7.50-7.7886.13-6.16m1H-9a, H-9b6.1412-OH5.38-5.41(D2O 消失)t(JOH, 11 = 6.0 Hz)1H-11b5.38105.18-5.20t(J10, 11= 4.0 Hz)1H-11a5.1811-a3.78-3.82m112-OH, H-103.7611-b3.71-3.74m112-OH, H-103.769-a3.40-3.45dd(J9a,9b = 12.0 Hz, J9

15、a,8 = 5.6 Hz)1H-8, H-9b3.429-b3.11-3.15dd(J9a,9b = 12.0 Hz, J9b,8 = 4.4 Hz)1H-8, H-9a3.13a: in DMSO-d6 b: in DMSO-d6+D2O图2 恩曲他滨的1H-NMR谱图Fig.2 1H-NMR spectra of Emtricitabine2.4 13C NMR、DEPT、HMQC和HMBC8样品的13C NMR和DEPT谱显示化合物1存在3个季碳，2个叔碳，3个仲碳，在目标分子中C-4 , C-5, C-6受到F的影响，应该分裂成二重峰，文献11可能未考虑到F对碳谱裂分的影响，将位移15

16、3.5归属为目标分子中C-6; 位移158归属为目标分子中C-2；位移137.3和135.4归属为目标分子中C-5和C-4；位移126.2归属为目标分子中C-8；位移87的双峰仅归属为C-10，难以解析清楚。本文将 157.5-157.4归属为6位碳(C-6)，受到F原子影响9-10，分裂为二重峰，耦合常数为JCF=13.0 Hz，HMBC谱显示与H-4远程相关； 152.9归属为2位羰基碳(C-2)，HMBC谱显示与H-4，H-8远程相关； 134.5-136.9归属为5位季碳(C-5)，受到F原子影响，分裂为二重峰，耦合常数为JCF=239.0 Hz，HMBC谱显示与H-4，H-8远程相关

17、； 125.4-125.9归属为4位叔碳(C-4)受到F原子影响，分裂为二重峰，耦合常数为JCF=33.0 Hz，HMBC谱显示与H-8远程相关; 86.57归属为8位叔碳(C-8)的峰, HMBC谱显示C-8与H-4, H-9, H-10有远程相关； 86.44归属为10位叔碳(C-10)的峰, HMBC谱显示C-10与H-8, H-9, H-11有远程相关； 62.18归属为11位仲碳(C-11) 信号，HMBC谱显示C-11与OH和H-10有远程相关; 36.65归属为噻唑环的9位仲碳(C-9)信号， HMBC谱显示C-9与H-8、H-10有远程相关.具体的13C-NMR、DEPT、HM

18、QC和HMBC数据及归属见表3，NMR图分别见图3图4.表3恩曲他滨 13C-NMR、DEPT、HMQC和HMBC数据Table 3 13C- NMR, DEPT, HMQC and HMBC data of the emtricitabineNOCNumber of CarbonCarbon typeHMQCHMBCH 11(in DMSO-d6)6157.5, 157.41(2JCF=13.0 Hz)C/H-4153.52152.91C/H-4, H-81585136.9, 134.51(1JCF=239.0 Hz) C/H-4, H-8137.34125.7, 125.41(2JCF=3

19、3.0 Hz)CH8.19(H-4)H-8135.4886.571CH6.14(H-8)H-4, H-9, H-10126.21086.441CH5.18(H-10)H-8, H-9, H-11871162.181CH23.78(H-11)12-OH, H-1062.6936.651CH23.12, 3.42 (H-9) H-8, H-1037.2图3恩曲他滨的HMQC谱图Fig.3HMQC spectrum of Emtricitabine图4恩曲他滨的HMBC谱图Fig.4HMBC spectrum of Emtricitabine2.4 MS该样品质谱采用电喷雾电离源(ESI)，正离子检

20、测得到本品的 M+H+247.99, M+Na+270.111, 2M+H+494.99, 2M+Na+516.88；EI-MS(m/z)给出碎片峰229(1), 216 (1), 211 (1),188(2), 172 (1), 156 (3), 129(100), 118(48), 101(22), 87(60), 59(42), 41(6).根据目标化合物的结构，对EI-MS的主要碎片峰进行解析，得到可能的裂解途径如下图所示：图5 恩曲他滨的裂解途径Fig.5Degradation pathways of Emtricitabine3 结论由1H-1H COSY谱确定了目标化合物1H-N

21、MR归属，与文献1, 3-5比较，得到H-11a，H-11b归属。由HMBC谱，修正了文献11对目标化合物13C-NMR归属，IR光谱分析了各基团的特征吸收峰所对应的官能团的振动形式，讨论了MS谱的主要碎片离子的可能的裂解方式, 根据以上分析结果确证了恩曲他滨的化学结构. 为恩曲他滨及同类物的结构确证和质量控制奠定基础参考文献：1 Meng Jing-Fang (孟静芳). Synthesis of Lamivudine and Emtricitabine(拉米夫定和恩曲他滨的合成)D. Shanghai(上海): Shanghai Institute of Pharmaceutical In

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23、): East China Normal University(华东师范大学)，2005.4 Jeong LS, Schinazi RF, Warren BJ, et a1Asymmetric synthesis and biological evaluation of -L-(2R, 5S)- and -(2R,5R)-1, 3-oxathiolane-pyrimidine and purine nucleosides as potential anti-HIV agentsJ. J Med Chem, 1993, 36(2): 181-195.5 Gong Ping(宫平), Wang L

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