洛莫司汀的<sup>1</sup>H、<sup>13</sup>C NMR全归属

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孙伟, 高翔, 郭娟, 余向阳

SUN Wei, GAO Xiang, GUO Juan, YU Xiang-yang

洛莫司汀的¹H、¹³C NMR全归属

An NMR Study on Lomustine

波谱学杂志, 2016, 33(2): 353-359

Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2016, 33(2): 353-359

http://dx.doi.org/10.11938/cjmr20160217

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收稿日期: 2015-05-19
修订日期: 2016-04-15

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孙伟, 高翔, 郭娟, 余向阳 .洛莫司汀的¹H、¹³C NMR全归属[J].波谱学杂志, 2016, 33(2): 353-359. 复制到剪切板

SUN Wei, GAO Xiang, GUO Juan, YU Xiang-yang . An NMR Study on Lomustine[J]. Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2016, 33(2): 353-359. 复制到剪切板

DOI:10.11938/cjmr20160217

洛莫司汀的¹H、¹³C NMR全归属

孙伟, 高翔, 郭娟, 余向阳

西北大学化学与材料科学学院, 合成与天然功能分子化学教育部重点实验室, 陕西西安 710127

收稿日期: 2015-05-19 ; 修订日期: 2016-04-15

基金项目: 陕西省自然科学基金资助项目(2010JM2001)

^*通讯联系人: 孙伟(1979-),男,甘肃兰州人,工程师,有机分析专业,电话:029-81535028,E-mail:sunw817@nwu.edu.cn

摘要: 应用¹H NMR、¹³C NMR、DEPT135、¹H-¹³C HMBC、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹H COSY和¹H-¹H NOESY等多种NMR技术,对文献报道的洛莫司汀(Lomustine)¹H和¹³C NMR数据进行了修正与补充;特别是应用2D NMR对重叠程度较高的环己烷区进行了指认归属,并确定了其空间构型.

关键词：核磁共振(NMR) 结构归属洛莫司汀

An NMR Study on Lomustine

SUN Wei, GAO Xiang, GUO Juan, YU Xiang-yang

Key Laboratory of Synthetic and Natural Functional Molecular Chemistry, Ministry of Education, College of Chemistry & Material Science, Northwest University, Xi'an 710127, China

Received date: May 19 2015; Revised date: April 15 2016

* Corresponding author: SUN Wei, Tel: +86-29-81535028, E-mail: sunw817@nwu.edu.cn;

Abstract: Lomustine is an important drug having chiral carbon atoms. In the present study, one-dimensional ¹H and ¹³C NMR, as well as two-dimensional techniques (i.e., ¹H-¹³C HMBC, ¹H-¹³C HSQC, ¹H-¹H COSY and ¹H-¹H NOESY) were used to elucidate the structure of Lomustine. The proton and carbon chemical shifts of the compound were assigned.

Key words: NMR assignment Lomustine

引言

洛莫司汀为烷化剂类抗癌药，能与细胞成分的亲核集团发生烃化反应，以核酸为主要烃化功击对象，破坏DNA的结构，进而使细胞分裂停止．它对脑胶质瘤、肺癌和淋巴瘤等有较好的疗效，对中枢神经系统疾病和白血病也有一定的疗效．在对洛莫司汀的结构解析中，我们发现尚且没有文献对它的结构进行详细的¹H和¹³C NMR归属；尤其是重叠严重的环己烷区，文献未对每个氢原子进行指认归属．我们利用核磁共振（NMR）技术对洛莫司汀的结构（图 1）进行了表征，应用¹H NMR、¹³CNMR、DEPT135、¹H-¹³C HMBC、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹H COSY和¹H-¹H NOESY等技术对其¹H和¹³C NMR信号进行了准确、详细的归属，并对文献^[2]中的错误归属进行了更正．

图1 洛莫司汀的化学结构 Fig.1 Chemical structure of Lomustine

图选项

1 实验部分 1.1 仪器及试剂

¹H NMR、¹³C NMR、DEPT135、¹H-¹H COSY、¹H-¹H NOESY、¹H-¹³C HSQC和¹H-¹³C HMBC实验均在Bruker AVANCE III 400型超导NMR谱仪上完成，采用BBO- 5 mm多核宽带探头和内径为5 mm的NMR样品管（ST-500，NORELL）．洛莫司汀购买于上海阿拉丁试剂公司；CDCl₃（氘化率为99.8％，CIL，含0.03% TMS）购自青岛腾龙微波科技有限公司．

1.2 实验条件

样品溶于CDCl₃，以TMS为内标．实验温度为（295.0 ± 0.1）K，¹H和¹³C NMR的工作频率分别为400.13 MHz和100.61 MHz，谱宽分别为801 2.8 Hz和24 038.5 Hz．

DEPT135采用仪器自带的标准脉冲序列deptsp135，谱宽为16 129.0 Hz．2D NMR实验包括梯度场¹H-¹H COSY、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹³C HMBC及¹H-¹H NOESY等，均采用标准脉冲序列．¹H-¹H COSY、¹H-¹H NOESY的F₂(¹H)和F₁(¹H)维谱宽均为3 440.4 Hz，采样数据点阵t₂ × t₁ = 2 048 × 256，NOESY混合时间为0.6 s；¹H-¹³C HSQC和¹H-¹³C HMBC的F₂(¹H)和F₁(¹³C)维谱宽分别为2 525.3 Hz和14 492.8 Hz，采样数据点阵t₂ × t₁ = 1 024 × 256．

2 结果与讨论 2.1 1D NMR谱图分析

化合物洛莫司汀分子式为C₉H₁₆ClN₃O₂，相对分子量为233.70．

从洛莫司汀的¹H NMR谱（图 2）中，通过化学位移、峰型与积分面积，推测d_H6.79 (d,J = 8.0 Hz,1H)为H-7；由于Cl原子的电负性大于N原子，据此暂定d_H 4.18 (t,J = 8.0 Hz,2H)为H-10^[2]，d_H3.50 (t,J = 8.0 Hz,2H)为H-9^[2]，其具体归属需要借助HMBC谱图；d_H3.88 (m,1H)为H-5,d_H1.21~2.07通过积分面积判断含有10个氢原子，应为己环上的氢原子，由于谱峰重叠严重，归属须借助于其它谱图．

图2 洛莫司汀的¹H NMR谱图 Fig.2 ¹H NMR spectra of Lomustine

图选项

由¹³C NMR谱与DEPT135谱（图 3），观察到谱图中出现了1个叔碳（d_C49.9，归属为C-5），1个季碳（d_C 151.8，归属为C-8）和5个仲碳（d_C 40.0、38.9、33.0、25.3、24.7）．化合物洛莫司汀实际包含7个仲碳，但C-1和C-3、C-4和C-6各为磁等价原子，化学位移重叠，故在图中只看到5个仲碳信号，具体归属需通过HSQC和HMBC谱图进一步确定．

图3 洛莫司汀的¹³C NMR和DEPT135谱 Fig.3 ¹³C and DEPT135 NMR spectra of Lomustine

图选项

2.2 2D NMR谱图分析

由HSQC（图 4）中可以看出d_H6.79没有与之相关的碳原子，进一步证明它是H-7；d_C 151.8没有相关的氢原子，进一步证明它是C-8；d_C40.0和38.9分别与d_H4.18和3.50相关，暂时归属为C-10和C-9；d_C 33.0与d_H2.03~2.07和1.26~1.34相关，d_C 24.7与d_H 1.75~1.80和1.37~1.48相关，d_C 25.3与d_H 1.63~1.68和1.17~1.25相关；d_C49.9与d_H3.88相关．

图4 洛莫司汀的HSQC谱图（295 K） Fig.4 HSQC spectrum of Lomustine (295 K)

图选项

在HMBC谱（图 5）中，C-8与d_H 4.18和3.88有交叉峰，这进一步证明了d_H3.88归属为H-5的正确性；也说明d_H 4.18应该是H-9，而不是先前归属的H-10．所以d_C40.0被归属为C-9，d_H3.50被归属为H-10，d_C38.9被归属为C-10，d_C49.9被归属为C-5．

图5 洛莫司汀的HMBC谱图（295 K） Fig.5 HMBC spectrum of Lomustine (295 K)

图选项

除d_C 25.3外，余下没有归属的碳原子均与H-5相关，因此d_C25.3被归属为C-2；d_H1.63~1.68和1.17~1.25被归属为H-2．受N原子的电负性影响，相对于H-1和H-3，H-4和H-6的化学位移向低场位移，所以d_H2.03~2.07和1.26~1.34被归属为H-4和H-6；d_H1.75~1.80和1.37~1.48被归属为H-1和H-3；d_C33.0被归属为C-4和C-6；d_C24.7被属为C-1和C-3．

H-4e处于C₂—C₃和C₅—C₆的去屏蔽区，H-6e处于C₁—C₂和C₄—C₅的去屏蔽区，H-4a、H-6a分别处于C₃—C₄和C₅—C₆的去屏蔽区，所以d_H2.03~2.07 (m,2H)为H-4e、H-6e，处于低场；同理可得d_H 1.75~1.80 (m,2H)为H-1e、H-3e；d_H 1.63~1.68(m,1H)为H-2e．d_H 1.26~1.34(m,2H)与H-4e、H-6e存在同碳耦合，被归属为H-4a、H-6a；同理d_H 1.37~1.48(m,2H)为H-1a、H-3a；d_H 1.17~1.25 (m,1H)为H-2a．

在NOESY谱图中，可以看到H-7与H5、H-4e、H-6e、H-4a、H-6a、H-1e和H-3e均有相关，H-5与H-4e、H-6e、H-4a、H-6a、H-1a和H-3a均有相关，但没有看到H-5与H-2的相关交叉峰，这说明洛莫司汀结构呈椅式构象．由此推断洛莫司汀的空间构象应如图 6所示．

图6 洛莫司汀的空间构象 Fig.6 The spatial conformation of Lomustine

图选项

洛莫司汀的¹H NMR和¹³CNMR信号全归属结果见表 1．利用HMBC，我们纠正了文献^[2]归属错误的信号——H-9和H-10．Cl-CH₂中的亚甲基相对于NCH₂的亚甲基处于高场，这可能是因为C=O吸电子效应使得链接N-CH₂具有更强的吸电子能力，从而使得洛莫司汀H-9上的电子云密度低于H-10，H-9相对于H-10位于低场，这与文献^[1]报道正好相反．

表 1 化合物洛莫司汀的¹H、¹³C的NMR数据 Table 1 ¹H,¹³C NMR data of Lomustine

Position	d_C	d_H (J/Hz)	HSQC	¹H -¹H COSY	HMBC
1	24.7*	1.37~1.48(1H,m,H-1a)* 1.75~1.80(1H,m,H-1e)*	+	H-2,6	H-2,3,5,6,
2	25.3*	1.17~1.25(1H,m,H-2a)* 1.63~1.68(1H,m,H-2e)*	+	H-1,3	H-1,3,4,6
3	24.7*	1.37~1.48(1H,m,H-3a)* 1.75~1.80(1H,m,H-3e)*	+	H-2,4	H-1,2,4,5
4	33.0*	1.26~1.34(1H,m,H-4a)* 2.03~2.07(1H,m,H-4e)*	+	H-3	H-2,3,5,6
5	49.9*	3.88(1H,m)	+	H-4,6,7	H-1,3,4,6
6	33.0*	1.26~1.34(1H,m,H-6a)* 2.03~2.07(1H,m,H-6e)*	+	H-1,5	H-1,2,4,5
7	/	6.79(1H,s)	/	H-5	/
8	151.8	/	/	/	H-5,9
9	40.0	4.18(2H,t,8.0)**	+	H-10	H-10
10	38.9	3.50(2H,t,8.0)**	+	H-9	H-9
为文献^[2]中未明确归属的碳原子和氢原子信号；*为文献^[1]中归属错误的氢原子信号

表选项

3 结论

运用1D和2D NMR技术，我们分析和归属了洛莫司汀所有的¹H和¹³C NMR信号，确证了它的立体化学结构．特别是对谱峰重叠严重的环己烷区进行了指认，并对文献报道的NMR数据进行了纠正和补充．

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