波谱学杂志  2014, Vol. 31 Issue (2): 278-283

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张恩, 张召, 孙伟, 徐锦梅, 高洁, 李晓晨, 刘宏民
ZHANG En, ZHANG Zhao, SUN Wei, XU Jin-Mei, GAO Jie, LI Xiao-Chen, LIU Hong-Min
3-氧化木糖与硝基甲烷加合产物的结构确定
Structural Elucidation of Addition Product from 3-Oxoxylose and Nitromethane
波谱学杂志, 2014, 31(2): 278-283
Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2014, 31(2): 278-283

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收稿日期: 2013-05-08
收修改稿日期: 2013-06-12
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张恩, 张召, 孙伟, 徐锦梅, 高洁, 李晓晨, 刘宏民. 3-氧化木糖与硝基甲烷加合产物的结构确定[J].波谱学杂志, 2014, 31(2): 278-283.
ZHANG En, ZHANG Zhao, SUN Wei, XU Jin-Mei, GAO Jie, LI Xiao-Chen, LIU Hong-Min . Structural Elucidation of Addition Product from 3-Oxoxylose and Nitromethane[J]. Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2014, 31(2): 278-283.
3-氧化木糖与硝基甲烷加合产物的结构确定
张恩, 张召, 孙伟, 徐锦梅, 高洁, 李晓晨, 刘宏民     
郑州大学 药学院，新药研究开发中心，河南 郑州 450001
收稿日期: 2013-05-08 ; 收修改稿日期: 2013-06-12
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(81172937, U1204206)，教育部新教师基金资助项目(20114101120013)及中国博士后基金资助项目(20100480857, 201104376)
作者简介: 张恩(1982-)，男，河南南阳人，博士，讲师，主要从事药物合成新方法及抗肿瘤药物研究
*通讯联系人: 刘宏民，电话：0371-67781739，E-mail：liuhm@zzu.edu.cn
摘要: 以3-氧化木糖为原料，通过Henry反应与硝基甲烷加成，得到两种硝基糖化合物1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-5-对甲苯磺酰基-α-D-呋喃核糖(1)和1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-4-甲烯基-α-D-呋喃核糖(2)，其中化合物2为新型的硝基糖化合物.通过应用1D NMR和2D NMR测试了化合物2的1H NMR、13C NMR、1H-1H COSY、gHSQC和gHMBC，对化合物2的1H和13C进行了全归属.
关键词： 核磁共振(NMR)     归属     3-氧化木糖     硝基糖    
Structural Elucidation of Addition Product from 3-Oxoxylose and Nitromethane
ZHANG En, ZHANG Zhao, SUN Wei, XU Jin-Mei, GAO Jie, LI Xiao-Chen, LIU Hong-Min     
New Drug Research & Development Center, School of Pharmaceutical Science, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China
* Corresponding author: LIU Hong-min, Tel: 0371-67781739, E-mail: liuhm@zzu.edu.cn
Abstract: A new nitro sugar compound 1, 2-O-isopropylidene-3-C-nitromethyl-4-methenyl-α-D-xylofuranose (2) and a known nitro sugar compound 1, 2-O-isopropylidene-3-C-nitromethyl-5-(p-methylbenzenesulfonyl)-α-D-xylofuranose (1) were synthesized from 3-oxoxylose and nitromethane by Henry reaction. The compound 2 was characterized using NMR spectroscopy techniques, including one-dimensional 1H and 13C NMR, 1H-1H COSY, HSQC and HMBC. The NMR signals were assigned. The molecular structure of compound 2was determined.
Key words: NMR     assignment     3-oxoxylose     nitro sugar    
引言

D-木糖是一种廉价易得的手性原料，可以通过化学方法将其转化为有用的分枝糖砌块应用到生物活性物质的合成[1, 2]中，在糖化学研究中具有十分重要的意义.3-氧化木糖是木糖3位氧化衍生物的总称，它是合成分枝糖、核糖、高碳糖、氨基糖等重要的有机中间体[3, 4].3-氧化木糖的羰基活性很高，适合引入碳负离子亲核试剂；而硝基烷烃由于硝基的强吸电子性，使得其α-H酸性增加而易于失去质子形成碳负离子亲核试剂，将二者结合在一起而形成的硝基烷烃类分枝糖是一种手性硝基糖化合物[3].硝基糖化合物是众多分枝糖中的一种，它是合成氨基糖等多种其它支链糖的重要中间体[4].我们在以往的工作基础上[5, 6]，以3-氧化木糖为原料，以THF为溶剂，在KF存在的条件下，与硝基甲烷进行加成反应，得到两种硝基糖化合物，其中一种化合物2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-4-甲烯基-α-D-呋喃核糖，即化合物2是未见文献报道的新化合物，通过用1D NMR和2D NMR技术对该化合物1H NMR和13C NMR进行了全归属.

1 实验部分 1.1 仪器及试剂

NMR谱仪：德国Bruker AVANCE Ⅲ 400型核磁共振谱仪（内标TMS，溶剂CDCl3），氘代溶剂CDCl3 (D, 99.8%)为青岛腾龙微波科技.

1.2 实验方法 1.2.1 样品的合成

样品化合物1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-5-对甲苯磺酰基-α-D-呋喃核糖(1)和1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-4-甲烯基-α-D-呋喃核糖(2)的合成是以无水四氢呋喃为溶剂，在KF为催化剂的条件下，1, 2-O-异丙叉基-3-羰基-5-对甲苯磺酰基-α-D-木糖与硝基甲烷在室温下进行亲核加成得到（见图 1）.硅胶柱层析（石油醚:乙酸乙酯=5:1）分离得到化合物1和化合物2的纯品，经TLC检测化合物2没有紫外吸收，说明化合物2中不含对甲苯磺酰基团，结合NMR图谱分析可以鉴定出是化合物1的5-位对甲苯磺酰基脱去并在C-4和C-5之间形成双键结构的硝基糖化合物.

图 1 化合物1和化合物2的制备 Fig. 1 Synthesis of compounds 1 and 2
图选项
1.2.2 NMR测定

将化合物溶于氘代氯仿中进行NMR测定，1H NMR的观测频率为400. 13 MHz，1H90°脉冲的宽度是13.6 μs；13C NMR的观测频率是100. 62 MHz，13C90°脉冲的宽度是6.5 μs；1H-1H COSY的实验谱宽是3 600 Hz，累加次数为16，采样数据点阵t2×t1=1 024 ×512, 零填充后FT变换点阵F2×F1=2 048×1 024；HSQC实验中13C谱宽为17 608 Hz，采样数据点阵t2×t1=1 024×512；HMBC实验中13C谱宽为17 608 Hz，1H谱宽为3 600 Hz，累加次数为16, d2=1/2 JCH=3.45 ms（JCH为偶合常数），采样数据点阵t2×t1=1 024 ×256.

2 结果与讨论 2.1 化合物1的结构鉴定

化合物1（1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-5-对甲苯磺酰基-α-D-呋喃核糖）为白色晶体，对其NMR数据1H NMR和13C NMR信号进行全归属，数值与文献报道[5]相符.

2.2 化合物2的结构鉴定

化合物2（1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-4-甲烯基-α-D-呋喃核糖）为白色晶体，对其NMR数据进行归属.

图 2 化合物2的编号 Fig. 2 Number of atoms in compound 2
图选项

在1H NMR（CDCl3）图谱中，根据化学位移规律[7, 8]，在高场区δH 1.47 (s, 3H), 1.54 (s, 3H)中为异丙基中两个甲基的质子信号，在1H NMR图谱中的低场位置δH6.01 (d, J=3.5 Hz, 1H)，δH4.96 (d, J=3.5 Hz, 1H)出现两组双峰，且1H-1H COSY中两组双重峰相关，结合糖环上各个质子出峰位置[5, 6]，δH6.01为糖环上的端基碳相连的氢原子的化学位移，因此可以归纳出此两组峰为H-1和H-2.δH4.65~4.69 (2H)在1H NMR显示中为一组三重峰，但通过结合gHSQC分析，其为两组双二重峰，中间有重叠，峰的信号增强，两组峰分别为δH 4.68 (d, J=12.4 Hz, 1H)，δH 4.66 (d, J=2.7 Hz, 1H).此外，从1H NMR图谱中δH 4.44 (dd, J=12.4, J=1.5 Hz, 1H)为一组双二重峰，δH 3.24 (d, J=1.5 Hz, 1H)为双峰.

从13C NMR图谱中，可以得出δC27.38和27.84为异丙基上两个碳的信号峰.在DEPT 135图谱中，δC160.6、δC 115.1和δC77.65没有信号，为季碳.C-4由于为sp2杂化，且与氧原子相连，所以化学位移向低场移动，所以归属δC160.6为C-4；而δC 115.1和δC77.65分别归属为C-7和C-3.此外δC 87.40和δC 79.18为两个亚甲基碳的信号，可能是C-5和C-6的碳信号.

在gHSQC图谱中显示，H-1 δH6.01 (d, J=3.5 Hz, 1H)与δc 103.9相关，归属δC 103.9为C-1.H-2 δH4.96 (d, J=3.5 Hz, 1H)与δC 79.54相关，归属δC 79.54为C-2.δC 87.40分别与δH 4.66 (d, J=2.7 Hz, 2H)和δH 4.51 (d, J=2.6 Hz, 1H)相关，这两组氢为同碳偶合，从偶合常数可以看出δH 4.66 (d, J=2.7 Hz, 1H)和δH 4.51 (d, J=2.6 Hz, 1H)符合烯烃同碳偶合的偶合常数大小，可以归属为H-5的质子信号. δC 79.18分别与δH 4.70(d, J=12.4 Hz, 1H)和δH 4.45 (dd, J=12.4, 1.5 Hz, 1H)相关，而δC 87.40则归属为C-5.所以另一组二级碳δC 79.18可归属为C-6，而δC 79.18与δH 4.68 (d, J=12.4 Hz, 1H)和δH 4.44 (dd, J=12.4, 1.5 Hz, 1H)相关，所以归属δH 4.68 (d, J=12.4 Hz, 1H)和δH 4.44 (dd, J=12.4, 1.5 Hz, 1H)为H-6.δH3.24 (d, J=1.5 Hz, 1H)没有出现偶合，判断δH3.24 (d, J=1.5 Hz, 1H)为活泼氢，归属为羟基上氢原子的信号峰.从偶合常数上可以看出δH 4.44 (dd, J=12.4, 1.5 Hz, 1H)的双二重峰出现是与δH3.24 (d, J=1.5 Hz, 1H)发生偶合造成的.1H-1H COSY上也能看出δH 4.44 (dd, J=12.4, 1.5 Hz, 1H)与δH3.24 (d, J=1.5 Hz, 1H)存在偶合.

图 3 化合物2的gHSQC谱 Fig. 3 gHSQC spectrum of compound 2
图选项

表 1 化合物2的1H和13C NMR归属 Table 1 1H and 13C NMR assignments for compound 2 in CDCl3
Position δC δH(J/Hz) gHSQC 1H-1H COSY gHMBC
1 103.9 6.01 (d, J=3.5 Hz, 1H) + H-2 2(2JC→H)
2 79.54 4.96 (d, J=3.5 Hz, 1H) + H-1 1(3JC→H), 6a(3JC→H), 6b(3JC→H)
3 77.65 / / / /
4 160.6 / / / 1(3JC→H), 2(3JC→H), 6a(3JC→H), 5a(2JC→H)
5 87.40 4.66 (s, J=2.7 Hz, 1H), 4.51 (d, J=2.6Hz, 1H) + / /
6 79.18 4.68 (d, J=12.4 Hz, 1H), 4.44 (dd, J=12.4 Hz, J=1.5 Hz, 1H) + 3-OH /
7 115.1 / / / 1(3JC→H), 8(2JC→H), 9(2JC→H)
8 27.38 1.47 (s, 3H) + / 9(3JC→H)
9 27.84 1.54 (s, 3H) + / 8(3JC→H)
表选项

从HMBC的图谱上，根据相关峰可以印证各个原子归属的正确性.如δC 103.9与H-2相关，C-2分别与H-1，H-6相关.160.6分别与H-1、H-2、H-5和H-6相关，进一步证明了δC 160.6为C-4.δC 115.1与H-1，H-8，H-9相关，δC 115.1为C-7.也印证了上述原子归属的正确性.

3 结论

本文以3-位氧化木糖为原料，通过Henry反应与硝基甲烷进行亲核加成，得到两种硝基糖衍生物1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-5-对甲苯磺酰基-α-D-呋喃核糖（1）和2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-4-甲烯基-α-D-呋喃核糖（2），其中化合物2是未见文献报道的新型硝基糖化合物，通过对化合物2的1D NMR和2D NMR进行研究，对其1H和13C进行了全归属，最终确定了该化合物的结构.

Reference
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张恩, 张召, 孙伟, 徐锦梅, 高洁, 李晓晨, 刘宏民