劉渝萍， 曹 淵， 陳昌國， 鮮曉紅

(重慶大學 a.化學化工學院; b.分析測試中心，重慶 400044)

二維核磁共振技術(shù)解析萘普生分子結(jié)構(gòu)

劉渝萍a,b， 曹 淵a， 陳昌國a， 鮮曉紅a

(重慶大學 a.化學化工學院; b.分析測試中心，重慶 400044)

為解析萘普生的分子結(jié)構(gòu)，測試了萘普生的一維核磁和二維核磁1H NMR、13C NMR、DEPT-135、1H-1H COSY、HSQC、HMBC、1H-1H NOESY譜圖，實現(xiàn)了萘普生氫譜和碳譜的全歸屬。成功對萘環(huán)上氫核、碳核,特別是季碳進行了完整結(jié)構(gòu)分析，體現(xiàn)了二維核磁解析對一維復雜氫譜、碳譜解析的有益補充。該實驗有助于填補儀器分析實驗二維核磁共振實驗教學的缺乏，有利于學生掌握有機化合物結(jié)構(gòu)的二維核磁共振分析，對于有機物結(jié)構(gòu)正確解析具有重要的現(xiàn)實意義。

二維核磁共振; 萘普生; 氫譜; 碳譜; 儀器分析實驗; 結(jié)構(gòu)分析

0 引 言

萘普生，學名(+)-α-甲基-6-甲氧基-2-萘乙酸(Naproxen,Nap),為白色或類白色粉末狀晶體，m. p. 153～158 ℃，無臭或幾乎無臭，在甲醇、乙醇或氯仿中溶解，在水中幾乎不溶，是一種毒性低、副作用小的非甾體消炎解熱鎮(zhèn)痛藥?，F(xiàn)已普遍用于臨床，但由于其極微溶于水，口服給藥時可引起胃部刺激，使其應(yīng)用受到一定的限制[1-3]。萘普生與阿司匹林、撲熱息痛、布洛芬并列為解熱鎮(zhèn)痛藥“四大支柱”品種。

有關(guān)萘普生的應(yīng)用研究已有大量研究報道[4-7]，但是利用核磁技術(shù)對其NMR信號歸屬還未見完整報道。核磁共振技術(shù)是解析有機化合物結(jié)構(gòu)的重要手段之一，是無損檢傷的測試技術(shù)[8]。特別是，二維核磁共振的化學位移相關(guān)譜是結(jié)構(gòu)解析的有力技術(shù)，是溶液中的X-射線衍射技術(shù)[9-12]。它表示共振信號的相關(guān)性，二維坐標都是化學位移。1H-1H COSY是一種同核化學位移相關(guān)譜，是檢測3J之間的耦合關(guān)系，主要研究1H同核耦合關(guān)系；1H-13C HSQC是異核化學位移相關(guān)譜，反映的是1H和13C以1JCH耦合(一鍵相關(guān))，只有直接相連的碳氫耦合才能被觀察到；1H-13C HMBC是異核碳氫的遠程相關(guān)譜，是測試二鍵耦合或三鍵耦合的譜圖，可提供C-C相關(guān)性和季碳與相鄰質(zhì)子的相關(guān)性；1H-1H NOESY反映了有機化合物結(jié)構(gòu)中核與核之間空間距離的關(guān)系，與兩者間相距多少化學鍵無關(guān)，對于確定有機化合物結(jié)構(gòu)、構(gòu)型和構(gòu)象有重要意義[13-14]。因此，本文利用核磁氫譜1H NMR、碳譜13C NMR、同核位移相關(guān)譜1H-1H COSY、異核單量子相干譜HSQC、異核多鍵相關(guān)譜HMBC、同核1H-1H NOESY技術(shù)對萘普生的氫譜和碳譜進行全歸屬解析，更進一步掌握萘普生分子結(jié)構(gòu)。

1 儀器與試劑

1.1 儀 器

AVANCE 500 MHz超導傅里葉變換核磁共振波譜(瑞士，bruker公司)；電子天平(FA 2204B)。

1.2 試 劑

Nap(原料藥，浙江仙居車頭制藥廠)；氘代試劑：DMSO(二甲基亞砜-d6，重氫含量>99.8%，HDO<0.2%，加標1‰)。

1.3 實驗方法

1H NMR、13C NMR、DEPT-135、1H-1H COSY、HSQC、HMBC、1H-1H NOESY均在AVANCE 500 MHz核磁共振波譜儀上測定。1H-NMR的觀測頻率為500.13 MHz，13C-NMR的觀測頻率為125.75 MHz。核酸共振實驗采用φ5 mm樣品管，一維、二維核磁實驗均在控溫下進行。

2 萘普生的核磁共振圖譜

2.1 氫 譜

從圖1(a)可見，氫譜中共有9組峰，從低場到高場質(zhì)子數(shù)依次為1、2、1、1、1、3、1、3，總共有14個氫。圖1中的特征基團有甲氧基上CH3—O—的甲基CH3—應(yīng)在δ3.900×10-6的單峰，則δ3.864(s,3H)是H1；羧基質(zhì)子—COOH的化學位移應(yīng)在(10～13)×10-6范圍，則δ12.337(s,1H)是H10。飽和碳上的質(zhì)子一般小于4.5×10-6，Nap中飽和碳上的氫有3種，已判斷出1號位的氫。圖1中還有化學位移小于4.5×10-6的兩組峰：①δ(3.782～3.824)×10-6(m,1H)與CH3相鄰，被CH3裂分為四重峰；②化學位移為δ1.438～1.452(d,2H)。這兩組峰的特征正與Nap的H8和H9的典型結(jié)構(gòu)CH3—CH—相符，δ3.782～3.824(m,2H)為H8，δ1.438～1.452(t,3H)為H9。 但是，萘環(huán)上的氫不能被指認出來。

(a)

(b)

(c)

圖2(f)中HMBC2，δ157.094(C2)與δ7.809～7.767(d,1H)有一強交叉峰，存在3JH—C三鍵H—C耦合作用[15]，表明δ7.809～7.767(d,1H)為H-3，δ157.094(C2)還與δ7.292～7.287(d,1H)、δ7.165～7.142(m,1H)有2個弱的交叉峰，存在2JH—C兩鍵H—C耦合作用,即兩組峰為H7，H2,又由于H7相鄰碳上沒有H，則被萘環(huán)上H的裂分數(shù)為2重峰，因此，δ7.292～7.287(d,1H)為H7，δ7.165～7.142(m,1H) 為H2。

圖1(b)中COSY,δ7.784～7.767(d,1H)與δ7.165～7.142(m,1H)，δ7.784～7.767(d,1H)與δ7.418～7.398(m,1H)有交叉峰，說明δ7.165～7.142(m,1H)與δ7.784～7.767(d,1H) ,δ7.784～7.767(d,1H)與δ7.418～7.398(m,1H)互為鄰位氫，證實了HMBC2中H2、H3的推測，δ7.716(s,1H) 為H4。

圖1(b)中NOESY,δ7.292～7.287(d,1H)(H7)與δ7.784～7.767(d,1H)的氫有交叉峰，2個氫空間位置靠近，可以推測δ7.784～7.767(d,1H)為H6，δ7.418～7.398(m,1H)為H5。

2.2 碳 譜

從萘普生結(jié)構(gòu)式來看，Nap分子中14碳，這與碳譜(見圖2(a))中有14條樣品峰相符。按照碳原子的化學位移規(guī)律，Nap有3個區(qū)域的碳原子，飽和區(qū)有3條譜線，不飽和區(qū)有10條譜線，羰基區(qū)有1條譜線。那么，δ175.462×10-6峰是C10羧基碳。

從圖2(a)可見，有3個飽和碳，甲基峰一般出現(xiàn)在高場，則δ18.427的峰為C9甲基碳。而與雜原子O相連的碳原子會向低場移動，則δ55.13的峰為CH3—O—中C1甲基碳。δ44.567為C8亞甲基碳。圖2(c)的HSQC1可見，δ3.864(H1)與δ55.13 C有交叉峰，也說明δ55.13 C為C1甲基；δ3.782～3.824(H8)與δ44.567 C有交叉峰，說明δ44.567為C8；δ1.438～1.452(H9)與δ18.427 C有交叉峰，說明δ18.427是C9。

圖2 萘普生的13C(a)、DEPT135(b)、HSQC1(c)、HSQC2(d)、HMBC1(e)和HMBC2(f)

對比圖2(a)、(b)全譜13C和DEPT135，δ175.462、δ157.094、δ136.305、δ133.222、δ128.389是5個季碳峰。δ175.462為C14。在圖2(e)HMBC1中，H1與δ157.094 C有交叉峰，3JH—C三鍵C—H耦合，說明δ157.094是C2；H9與δ136.305 C有交叉峰，3JH—C三鍵C—H耦合，說明δ136.305為C7；其他季碳C5、C10還不能被指認。

根據(jù)上文已推測出H2、H3、H4、H7，再結(jié)合圖2(d)HSQC2，可以得出，與H2有交叉峰的是δ118.673 C(C3), 與H3有交叉峰的是δ129.093 C(C4)，與H4有交叉峰的是δ125.550 C(C6),與H7有交叉峰的是δ126. 396 C(C11)。

圖2(f)是Nap的部分HMBC2。δ136.305 C與H5、H4、H3都有交叉峰，δ128.389 C與H2、H7、H7都有交叉峰，存在3JH—C三鍵C—H耦合，因此判斷δ136.305 C為C10，δ128.389 C為C5。

3 結(jié) 語

本文采用一維核磁和二維核磁1H NMR、13C NMR、DEPT-135、1H-1H COSY、HSQC、HMBC、NOESY技術(shù)解析了萘普生分子結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了藥物萘普生氫譜和碳譜的全歸屬。該實驗解析對象難易程度適中，一維和二維核磁實驗技術(shù)全面，有利于把核磁解析綜合實驗引入儀器分析實驗課程，將波譜解析、有機化學和儀器分析知識融會貫通，有助于培養(yǎng)實際工作需求的綜合性、適用性和創(chuàng)新性人才[16]。

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Analysis of Molecular Structure of Naproxen by Using 2D-NMR

LIUYupinga,b,CAOYuana,CHENChangguoa,XIANXiaohonga

(a. School of Chemistry and Chemical Engineering; b. Analytical and Testing Center,Chongqing University, Chongqing 400044, China)

Naproxen is non-steroidal anti-inflammatory and antipyretic analgesic with minor side effects currently, but the NMR spectra of Naproxen have not been assigned absolutely. NMR technique is an important tool of molecular structure analysis. In order to analyze the molecular structure of Naproxen, the NMR spectra of Naproxen were tested with 2D-NMR and 1D-NMR techniques, such as1H NMR、13C NMR、DEPT-135、1H-1H COSY、HSQC、HMBC、1H-1H NOESY, and it realized the complete assignment of1H-NMR and13C-NMR. Furthermore, it was successful to analyze the H atom and C atom, specially quaternary carbon of naphthalene ring completely. These experiments would help to fill in the blanks of 2D-NMR experimental teaching in the instrumental analysis experiments and facilitate to master the 2D-NMR analysis of organic compound structure for students, which had an important significance for correct structure analysis of organic compound.

2D-NMR; Naproxen; hydrogen spectrum; carbon spectrum; instrumental analysis experiment; structure analysis

2016-10-08

國家自然科學基金項目(21406021)

劉渝萍(1978-)，女，重慶人，高級工程師，碩士生導師，主要研究方向為核磁共振實驗技術(shù)。

Tel:13594157660;E-mail:liuliuyuping@163.com

O 482.53

A

1006-7167(2017)06-0021-04