2014, Vol. 21文章信息
- 马敏山, 雷新响
- MA Min-shan, LEI Xin-xiang
- 手性硫脲在DMAP条件下对布洛芬类药物的NMR手性识别
- Chiral Recognition of Ibuprofen Enatiomers by a Chiral Thiourea in the Presence of DMAP Using NMR
- 波谱学杂志, 2014, 21(4): 564-571
- Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2014, 21(4): 564-571
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文章历史
收稿日期: 2014-02-17
收修改稿日期: 2014-10-29
众所周知，手性是自然界的基本属性，自然界的基本生命现象和定律由手性产生.目前，药物大部分都是具有手性的，而手性药物对映异构体常常表现出不同的生理和治疗效果.一般来说，只有一种形式的对映体有药物活性，而另一种的药物活性很小或作用不同甚至截然相反[1, 2].据统计，已知药物中有30~40%是手性的，单一对映体制剂的市场份额逐年增加，手性分析和分离已成为药理学研究和制药工业日益迫切的课题[3].布洛芬[图 1(a)]是一种重要的非甾体类抗炎药(NSAIDs)，具有抗炎、镇痛作用，是治疗类风湿关节炎和骨关节炎的主要药物之一，广泛应用于临床，并且对动脉粥样硬化有潜在的积极作用[4].布洛芬分子是含有一个手性中心的羧酸，有两个对映体[图 1(b)，(c)].研究发现，(S)-(+)-布洛芬为主要活性成分，而(R)-(-)-对映体为非活性成分，仅有很少量的(R)-(-)-对映体在代谢过程中可以转换成(S)-(+)-对映体[5].并且，(R)-(-)-对映体可以在脂肪组织丙三醇酯中储存，具有多种潜在的毒副作用，包括胃肠道毒性、水钠潴留、肾灌注降低及过敏反应等[6-8].
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| 图 1 外消旋布洛芬(a)、右旋布洛芬(b)、左旋布洛芬(c)和CSA 1(d)结构图 Fig. 1 Structure of racemic ibuprofen (a), its enantiomers (b), (c) and CSA 1(d) |
目前，色谱法和核磁共振(NMR)法为常用的手性分析方法，色谱法过程烦琐费时，成本较高，而核磁共振(NMR)法具有快速、方便等特点.核磁共振研究手性化合物的方法主要有3种：第一种是应用手性衍生化试剂的NMR分析，衍生化反应使对映异构体转化为非对映异构的衍生物，Katarzyna Błazewska[9]通过衍生化的方法对布洛芬进行了分析识别，但是该方法操作过程复杂、耗时，不能快速测定；第二种是手性位移试剂的NMR分析，这类配位化合物为弱Lewis酸，具有顺磁性，往往会造成NMR谱峰增宽，而且价格昂贵；第三种是手性溶剂化试剂(Chiral Solvating Agent, CSA)的NMR分析法.在溶剂中手性溶剂化试剂与两个对映异构体通过非共价键、范德华力、氢键等作用力生成非对映络合物，从而使NMR信号有所区别.该方法操作简单，适用范围广，成为了普遍使用的手性分析方法[10-13].
近年来，布洛芬的多种手性溶剂化试剂被相继报道，例如，β-环糊精[14]，手性氨基醇[15, 16]，大环化合物[17]等，然而大部分的手性溶剂化试剂效果不佳，α-H化学位移差值(ΔΔδ)最大仅为0.045.另外，少数手性溶剂化试剂对布洛芬有一定的识别效果[18-20]，但对该“家族”的其它化合物进行有效分析的研究尚未见文献报道.因此发展结构简单、高效、广谱的布洛芬类化合物的手性溶剂化试剂是非常需要的.本文以手性硫脲[图 1(d)]为CSA 1，在4-二甲氨基吡啶(4-dimethylaminopyridine, DMAP)参与下，对布洛芬等手性非甾体类抗炎药的对映体识别进行了分析，同时为了考察CSA 1分析布洛芬对映体纯度的能力，测定了6个含有CSA 1/DMAP且具有不同ee.值布洛芬的CDCl3溶液，实验表明运用NMR分析的结果与理论值十分吻合.
1 实验部分 1.1 仪器及试剂布洛芬、(S)-(+)-布洛芬、氟比洛芬、萘普生、酮洛芬和吲哚洛芬均购自百灵威科技有限公司；CSA1试剂购自大赛璐药物手性技术(上海)有限公司；DMAP购自安耐吉化学；CDCl3购自青岛腾龙微波科技有限公司.
采用Bruker Avance 500型核磁共振波谱仪完成所有的NMR测试，质子共振频率为500.13 MHz.实验所用溶剂均为CDCl3，TMS为外标物，实验温度均为25℃.
1.2 实验配制CSA 1、DMAP、消旋布洛芬的CDCl3溶液，浓度均为25 mmol/L，分别测定1H NMR谱.按照CSA 1、DMAP和布洛芬浓度比为1:0:1，1:1:1，2:1:1，3:1:1，4:1:1，5:1:1，分别配制600 μL混合溶液，置于Φ 5 mm NMR样品管中，测定1H NMR，通过对比，确定最佳比为3:1:1.
将氟比洛芬、萘普生、酮洛芬和吲哚洛芬分别配制成25 mmol/L的CDCl3溶液，按照最佳比例与DMAP和CSA 1混合，进行手性识别实验.
配制(S)-(+)-布洛芬的CDCl3溶液，浓度为25 mmol/L，配制ee.值为0, 10, 30, 50, 70, 100%的溶液[以(S)-(+)-布洛芬计]，按照CSA 1、DMAP、布洛芬最佳比配制混合溶液，进行1H NMR实验.
2 结果与讨论 2.1 化学计量关系为了考察手性溶剂化试剂CSA 1在DMAP存在下对布洛芬类药物的识别能力.首先将消旋布洛芬与CSA1按体积比为1:1混合，进行1H NMR实验，发现消旋布洛芬的α-H信号基本没有变化[图 2(a)]，在上述比例溶液中，加入当量的DMAP，发现α-H的NMR信号发生裂分[图 2(b)]，并且裂分效果非常好，可以准确积分，结果表明加入DMAP能够使CSA1对布洛芬进行有效识别.
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| 图 2 消旋布洛芬在CSA 1的条件（体积比1:1混合）下α-H的1H NMR，(a)不含DMAP，(b) 1当量DMAP Fig. 2 1H NMR spectra corresponding to α-H of rac-ibuprofen in the presence of one equivalent of CSA 1, (a) without and (b) with one equivalent of DMAP |
众所周知，手性分析过程中，识别效果与CSA的浓度有关，并且化合物的NMR信号是平衡存在于溶液中的络合和未络合状态下物种的加权平均值.因此，不同浓度的CSA对手性化合物的识别能力也会有所不同.同时，为了避免络合物在DMAP较高浓度情况下可能产生不稳定性，在布洛芬/DMAP体积比为1:1的条件下进行手性识别实验.
不同浓度的CSA 1对布洛芬的识别效果如图 3所示.通过对比，我们发现，当CSA 1与布洛芬的比例为1:1时α-H裂分ΔΔδ为32.96 Hz，随着CSA 1的比例不断增大，ΔΔδ也越来越大，当CSA 1与布洛芬的比例由1:1变为2:1，3:1时，ΔΔδ分别增加了12.40 Hz和15.20 Hz，而CSA 1与布洛芬的比例由3:1增加到4:1，乃至5:1，ΔΔδ共增加了6.15 Hz.出于对实验效果和药品用量等方面的考虑，确定CSA 1与布洛芬比为3:1为最佳比例.
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| 图 3 DMAP存在下，不同浓度CSA 1对布洛芬识别的1H NMR；CSA 1与布洛芬比例：(a) 1:1, (b) 2:1, (c) 3:1, (d) 4:1, (e) 5:1 Fig. 3 1H NMR spectra of rac-ibuprofen in the presence of one equivalent of DMAP and at different concentrations of CSA 1; (a) 1 equivalent, (b) 2 equivalent, (c) 3 equivalent, (d) 4 equivalent and (e) 5 equivalent |
在确定了最佳计量比之后，我们测试了CSA1/DMAP对布洛芬系列化合物的识别能力.如表 1所示，在CSA 1的作用下，化合物2~5的α-H信号均有不同程度的裂分，ΔΔδ值在0.133~0.202之间，氟比洛芬的α-H裂分值最小(entry 4)，吲哚洛芬最大(entry 3).
| entry | carboxylic acid | ΔΔδ | ΔΔδ/Hz | spectra |
| 1 | 0.140 | 70.02 | ||
| 2 | 0.178 | 89.02 | ||
| 3 | 0.202 | 101.03 | ||
| 4 | 0.133 | 66.52 | ||
| 5 | 0.166 | 83.02 |
为了检测CSA1分析手性布洛芬对映体纯度的能力，配制了6个含有CSA1/DMAP且具有不同ee.值的布洛芬（0，10，30，50，70，100%，以S构型为参考计算）CDCl3溶液（图 4）.通过1H NMR实验，积分计算所得实际ee.与理论ee.误差在±2%以内.图 4右图为积分所得ee.(y)与理论ee.(x)之间的曲线图，线性方程为y=0.998 5x-0.131 9，且线性关系R2=0.999 9.
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| 图 4 左侧为6个不同ee.值的布洛芬在CSA 1/DMAP/布洛芬为1:1:3条件下测得的1H NMR部分对比谱图.右侧为理论ee.值与实际积分值的线性关系图(以(S)-(+)-布洛芬计) Fig. 4 Partial 1H NMR spectra of 1:1:3 mixtures of CSA 1, DMAP and ibuprofen (at six different ee. values). Linear correlation betweenee. values determined gravimetrically and by integration of signals shown on left side; ee. defined in terms of (S)-(+)-Ibuprofen |
经核磁共振实验结果表明，在DMAP的参与下，CSA 1对手性布洛芬类药物识别效果显著，与常规的手性色谱比较：节约色谱溶剂、操作简单、方便快速、准确有效，为手性药物的识别研究提供了新的途径.
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