波谱学杂志  2016, Vol. 33 Issue (2): 353-359

文章信息

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

文章历史

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.
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.
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dH6.79 (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dH 4.18 (t,J = 8.0 Hz,2H)为H-10[2]，dH3.50 (t,J = 8.0 Hz,2H)为H-9[2]，其具体归属需要借助HMBC谱图；dH3.88 (m,1H)为H-5,dH1.21~2.07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（dC49.9，归属为C-5），1个季碳（dC 151.8，归属为C-8）和5个仲碳（dC 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dH6.79没有与之相关的碳原子，进一步证明它是H-7；dC 151.8没有相关的氢原子，进一步证明它是C-8；dC40.0和38.9分别与dH4.18和3.50相关，暂时归属为C-10和C-9；dC 33.0与dH2.03~2.07和1.26~1.34相关，dC 24.7与dH 1.75~1.80和1.37~1.48相关，dC 25.3与dH 1.63~1.68和1.17~1.25相关；dC49.9与dH3.88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dH 4.18和3.88有交叉峰，这进一步证明了dH3.88归属为H-5的正确性；也说明dH 4.18应该是H-9，而不是先前归属的H-10．所以dC40.0被归属为C-9，dH3.50被归属为H-10，dC38.9被归属为C-10，dC49.9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dC 25.3外，余下没有归属的碳原子均与H-5相关，因此dC25.3被归属为C-2；dH1.63~1.68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dH2.03~2.07和1.26~1.34被归属为H-4和H-6；dH1.75~1.80和1.37~1.48被归属为H-1和H-3；dC33.0被归属为C-4和C-6；dC24.7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dH2.03~2.07 (m,2H)为H-4e、H-6e，处于低场；同理可得dH 1.75~1.80 (m,2H)为H-1e、H-3e；dH 1.63~1.68(m,1H)为H-2e．dH 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dH 1.37~1.48(m,2H)为H-1a、H-3a；dH 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 dC dH (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．

Reference
[1] William L, Shive M S. Synthesis of specifically 15N- and 13C-labeled a ntitumor (2-Haloethyl)nitrosoureas. The study of their conformations in solution by nitrogen-15 and carbon-13 nuclear magnetic resonance and evidence for stereoelectronic control in their aqueous decomposition[J]. J Org Chem, 1981, 46:5309–5321.
[2] 苏军, 孟庆伟, 赵伟杰. 固体光气法合成洛莫司汀[J].中国药物化学杂志, 2003, 13 (3) : 170–171 . Su Jun, Meng Qing-wei, Zhao Wei-jie, et al. Synthesis of lomustine utilizing triphosgene[J].Chinese J Med Chem, 2003, 13(3):170–171.
[3] 蒋虹, 王强, 刘新友. 一种新的六氢喹啉衍生物的NMR研究[J].波谱学杂志, 2007, 24 (1) : 9–15 . Jiang Hong, Wang Qiang, Liu Xin-you. A new derivative of hexahydroquinolin studied by NMR spectroscopy[J].Chinese J Magn Reson, 2007, 24(1):9–15.
[4] 孙伟, 魏永锋, 白银娟. α-山竹黄酮的NMR研究[J].波谱学杂志, 2008, 25 (2) : 257–264 . Sun Wei, Wei Yong-feng, Bai Yin-juan, et al. An NMR study of α-mangostin[J].Chinese J Magn Reson, 2008, 25(2):257–264.
[5] 赵玉梅, 刘力军, 缪振春. 选择性远程DEPT和选择性NOESY技术用于苷类化合物的结构研究[J].波谱学杂志, 2008, 25 (3) : 342–348 . Zhao Yu-mei, Liu Li-jun, Miao Zhen-chun. Structural determination of an aglycome by long-range DEPT and selective NOESY techniques[J].Chinese J Magn Reson, 2008, 25(3):342–348.
[6] 杨秀伟. 应用2D NMR技术研究羌活苷的结构[J].波谱学杂志, 2006, 23 (4) : 429–441 . Yang Xiu-wei. Application of NMR for structural dedication of forbesoside[J].Chinese J Magn Reson, 2006, 23(4):429–441.
[7] 谭小健, 王海顷, 蒋华良. 8α-OH马尾杉碱B的结构鉴定[J].化学学报, 2000, 58 (11) : 1386–1392 . Tan Xiao-jian, Wang Hai-Qing, Jiang Hua-liang, et al. Structure assignment of 8α-OH phlegmariurine B[J].Acta Chimica Sinica, 2000, 58(11):1386–1392.
[8] 左爱华, 程孟春, 卓荣杰. Z-藁本内酯降解产物的UPCL-QTOF-MS和NMR结构鉴定[J].药学学报, 2013, 48 (6) : 911–916 . Zuo Ai-hua, Chen Meng-chun, Zhuo Rong-jie, et al. Structure elucidation of degradation products of Z-ligustilide by UPLC-QTOF-MS and NMR spectroscopy[J].Acta Pharmaceutica Sinica, 2013, 48(6):911–916.
洛莫司汀的1H、13C NMR全归属
孙伟, 高翔, 郭娟, 余向阳