文章快速检索     高级检索
  波谱学杂志   2017, Vol. 34 Issue (2): 183-190.  DOI: 10.11938/cjmr20170207
0

引用本文 [复制中英文]

张恩, 崔得运, 孙伟, 等. 呋喃阿洛糖衍生物水解产物的结构确定[J]. 波谱学杂志, 2017, 34(2): 183-190. DOI: 10.11938/cjmr20170207.
[复制中文]
ZHANG En, CUI De-yun, SUN Wei, et al. Structural Elucidation of a Hydrolysis Product from Derivatives of Allofuranose[J]. Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2017, 34(2): 183-190. DOI: 10.11938/cjmr20170207.
[复制英文]

基金项目

国家自然科学基金资助项目（81172937, U1204206）

通讯联系人

张恩, Tel:18737134034, E-mail:zhangen@zzu.edu.cn
刘宏民, Tel:0371-67781739, E-mail:liuhm@zzu.edu.cn

文章历史

收稿日期：2016-03-03
收修改稿日期：2017-04-18
Contents              Abstract              Full text              Figures/Tables              PDF
呋喃阿洛糖衍生物水解产物的结构确定
张恩, 崔得运, 孙伟, 李鹏云, 徐锦梅, 刘宏民     
郑州大学 药学院, 河南 郑州 450001
收稿日期：2016-03-03; 收修改稿日期：2017-04-18
基金项目：国家自然科学基金资助项目（81172937, U1204206）
通讯联系人(Corresponding author)：张恩, Tel:18737134034, E-mail:zhangen@zzu.edu.cn
刘宏民, Tel:0371-67781739, E-mail:liuhm@zzu.edu.cn
摘要: 1, 2;5, 6-双-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-α-D-呋喃阿洛糖（化合物1）在酸性条件下选择性脱除5, 6-异丙叉基得到C-3位构型保持的水解产物1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-α-D-呋喃阿洛糖（化合物2）；化合物1先经过Moffatt脱水生成C-3硝基烯产物1, 2;5, 6-双-O-异丙叉基-3-脱氧-亚甲基硝基-α-D-呋喃木糖（化合物3），然后在酸性条件下选择性脱除5, 6-异丙叉基过程中协同发生氧杂-Michael加成反应得到C-3位构型反转的水解产物1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-α-D-呋喃葡萄糖（化合物2′），两种产物化合物2和2′互为C-3差向异构体.通过1H NMR、13C NMR、DEPT-135、1H-1H COSY、gHSQC和gHMBC等核磁共振（NMR）技术，对化合物2′的1H和13C NMR数据进行了全归属.
关键词: 核磁共振(NMR)    归属    2D NMR    水解产物    
Structural Elucidation of a Hydrolysis Product from Derivatives of Allofuranose
ZHANG En, CUI De-yun, SUN Wei, LI Peng-yun, XU Jin-mei, LIU Hong-min     
School of Pharmaceutical Science, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China
Abstract: 1, 2-O-(1-methylethylidene)-3-C-methylnitro-α-D-allofuranose (2) was obtained through selective deprotection of 1, 2;5, 6-Di-O-isproplidene-3-C-methylnitro-α-D-allofuranose (1) under an acidic condition. C-3 nitrostyrenes (3) was synthetized through Moffatt dehydration from compound 1 under an acidic condition. A hydrolysis product 1, 2-O-(1-methylethylidene)-3-C-methylnitro-α-D-glocufuranose (2′) which had a reversed C-3 configuration was obtained by an unexpected oxa Michael addition. Compounds 2 and 2′ were C-3 diasteroisomers. Compound 2′ was characterized with NMR spectroscopy techniques, including 1H NMR, 13C NMR, DEPT-135, 1H-1H COSY, gHSQC and gHMBC. 1H and 13C chemical shifts of compound 2′ were also fully assigned. The molecular structure of compound 2′ was determined.
Key words: nuclear magnetic resonance (NMR)    assignment    2D NMR    hydrolysis product    
引言

氮杂糖（亚氨基糖）不仅具有潜在的糖苷酶和糖基转移酶抑制活性，而且在抗病毒、抗菌、抗癌、治疗糖尿病等方面都具有重要的应用[1–3].1, 2;5, 6-双-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-α-D-呋喃阿洛糖（化合物1）是合成氮杂糖类化合物的重要中间体，有关于它的合成及结构确证已有文献报道[4].通过Henry反应引入硝基是合成氮杂糖类化合物的重要途径之一，例如通过硝基甲烷途径来合成支链硝基和氨基糖[5, 6].我们在实验室合成氮杂糖的过程中发现，化合物1在酸性条件下选择性脱除5, 6-异丙叉基得到1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-α-D-呋喃阿洛糖（化合物2），核磁共振（NMR）数据与文献报道[7]相符.若化合物1先经过Moffatt脱水反应[8]生成C-3硝基烯产物1, 2;5, 6-双-O-异丙叉基-3-脱氧-亚甲基硝基-α-D-呋喃木糖（化合物3）[9]后，我们推测化合物3在酸性条件下会选择性脱除5, 6-异丙叉基得到1, 2-O-异丙叉基-3-脱氧-亚甲基硝基-α-D-呋喃木糖（化合物4）.但出乎意料的是，化合物3脱除5, 6-异丙叉基后并没有得到预期的水解产物4，而是得到了1, 2-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-α-D-呋喃葡萄糖（化合物2′）[10]（如图 1所示）.本文推测化合物3在脱保护过程中协同发生氧杂-Michael加成反应得到C-3位构型反转的水解产物2′，并且羟基离子是从硝基烯烃的面上进攻，在这类分子中立体化学是通过1, 2位的丙叉基保护控制产物的构型[11].化合物2′的NMR数据目前还没有文献报道.本文利用NMR谱图，包括1H NMR、13C NMR、DEPT-135、1H-1H COSY、gHSQC和gHMBC谱图，对其1H和13C NMR信号进行了归属，确定了其分子结构.

图 1 化合物2和2′的制备 Figure 1 Synthesis of the compounds 2 and 2′
1 实验部分 1.1 仪器与试剂

NMR波谱仪：Bruker 400；高分辨质谱仪：Waters-Micromass公司Q-ToF型质谱仪.醋酸酐、醋酸，分析纯，购自西陇化工股份有限公司；硫酸、甲醇，分析纯，购自烟台市双双化工有限公司；氘代二甲基亚砜（DMSO-d6）购自北京百灵威科技有限公司；重水（D2O）和氘代氯仿（CDCl3）购自青岛腾龙微波科技有限公司，CDCl3中含有用于定标（δH0.00，δC 0.0）的四甲基硅烷（TMS）.

1.2 样品合成

化合物1按照文献[2, 12]报道的方法，以工业葡萄糖为原料先后经过双保护和氧化两步反应来制备.化合物1在硫酸/甲醇（硫酸体积分数为1%）体系、45 ℃条件下反应2 h，选择性脱除5, 6-异丙叉基得到C-3构型保持的化合物2，产物结构经过NMR谱图确证[7].化合物1以DMSO为溶剂，醋酸酐条件下，室温反应24 h，则发生Moffatt脱水反应生成硝基烯化合物3；然后在75%醋酸、55 ℃加热条件下选择性脱除5, 6-异丙叉基同时发生氧杂-Michael加成得到化合物2′.化合物3和2′经色谱柱分离得到.

1.3 NMR实验

将化合物溶于氘代试剂中进行NMR测试，1H NMR的观测频率为400.13 MHz，90˚脉冲宽度是13.6 μs；13C NMR的观测频率是100.62 MHz，90˚脉冲宽度是6.5 μs；DEPT谱宽为24 038 Hz，累加次数为256.1H-1H COSY的F2维（1H）和F1维（1H）谱宽均是3 600 Hz，累加次数为16，采样数据点阵t2×t1= 1 024×512；HSQC实验中F2维（1H）谱宽为5 330 Hz，F1维（13C）谱宽为16 667 Hz，采样数据点阵t2×t1= 1 024×512；HMBC实验中F2维（1H）谱宽为5 330 Hz，F1维（13C）谱宽为22 347 Hz，累加次数为16，d2= 1/（2 JCH）= 3.45 ms（JCH为单键碳氢偶合常数），采样数据点阵t2×t1= 1 024×256.

2 结果与讨论 2.1 化合物2的结构鉴定

化合物2为淡黄色片状固体，NMR数据与文献[7]报道基本相符.1H NMR（400 MHz，D2O）：δH 5.91（d，J = 3.8 Hz，1H，H-1）、5.00（d, J = 12.8 Hz，1H，H-7a）、4.93（d，J = 3.8 Hz，1H，H-2）、4.75（d，J = 12.8 Hz，1H，H-7b）、3.96（d，J = 7.9 Hz，1H，H-4）、3.64~3.76（m，2H，H-6）、3.51~3.61（m，1H，H-5）、1.52（s，3H，H-10）、1.33（s，3H，H-9）；13C NMR（D2O）：δC113.6（C-8）、103.0（C-1），79.7（C-3）、78.9（C-2）、78.6（C-4）、76.8（C-7）、69.2（C-6）、63.2（C-5）、25.3（C-10）、25.2（C-9）.化合物2的加钠离子峰[M+Na]+的质荷比（m/z）实验测得值为302.085 5，与理论值302.085 2一致.

2.2 化合物3的结构鉴定

经色柱谱纯化（石油醚:乙酸乙酯=15:1）后的化合物3为无色油状液体.NMR数据与文献[9]报道基本相符.1H NMR（400 MHz，CDCl3）：δH 7.43~7.53（m，1H，H-7）、5.91（d，J = 4.2 Hz，1H，H-1）、5.81（d，J = 4.2 Hz，1H，H-2）、4.76~4.78（m，1H，H-4）、4.10~4.20（m，1H，H-6a）、3.97~4.10（m，2H，H-5，H-6b）、1.50（s，3H，H-13）、1.46（s，3H，H-12）、1.43（s，3H，H-10）、1.37（s，3H，H-9）；13C NMR（CDCl3）：δC 149.3（C-3）、135.8（C-7）、113.5（C-1）、110.6（C-11）、105.0（C-8）、79.1（C-2）、78.4（C-4）、76.2（C-5）、67.4（C-6）、27.3（C-13）、27.2（C-12）、26.8（C-10）、25.2（C-9）.化合物3的加钠离子峰[M+Na]+的实验测得m/z值为324.105 6，与理论值324.105 9一致.

2.3 化合物2′的结构鉴定

经色柱谱分离纯化（石油醚:乙酸乙酯= 4:1）得到的化合物2′为无色油状液体，对其NMR数据进行归属如下所述：

在1H NMR（CDCl3）图谱中，根据化学位移和J偶合常数的规律[13, 14]，高场区δH 1.39（s，3H）、δH 1.55（s，3H）归属为异丙基中两个-CH3的质子信号，即H-9和H-10；低场区δH 5.97（d，J = 3.2 Hz，1H）与δH 4.68（d，J = 3.2 Hz，1H）均为双峰，且在1H-1H COSY谱（图 2）中相关，归属为糖环上质子H-1和H-2.δH 4.16（dd，J = 8.8 Hz，7.2 Hz，1H）和δH 3.51（t，J = 8.8 Hz，1H）亦在1H-1H COSY谱中相关，归属为为-CH2不等价的两个质子H-6a和H-6b.δH 4.90（d，J = 12.8 Hz，1H）和δH 4.67（d，J = 12.8 Hz，1H）亦在1H-1H COSY谱中相关，归属为另一个-CH2上两个不等价的质子H-7a和H-7b.从1H-1H COSY谱中可以看出，H-6a和H-6b还与δH 4.34~4.37（m，1H）相关，所以δH 4.34~4.37被归属为H-5，H-5还与δH 4.76（d，J = 4.4 Hz，1H）相关联，所以δH 4.76被归属为H-4.

图 2 化合物2′的1H-1H COSY谱 Figure 2 1H-1H COSY spectrum of the compound 2′

从13C NMR和DEPT-135的叠加图（图 3）发现，δC 114.3、δC 90.0为季碳；δC 72.6、δC 76.3为仲碳.从gHSQC谱（图 4）中可以看出，δC 106.4、δC 86.3分别与H-1和H-2相关，被归属为C-1和C-2.δC72.6与H-6a和H-6b相关，被归属为C-6；δC 76.3与H-7a和H-7b相关，被归属为C-7；δC 71.8、δC 83.6分别与H-5和H-4相关，被归属为C-5和C-4.δC 26.9和δC 27.6分别与H-9和H-10相关，被归属为C-9和C-10.从gHMBC图谱（图 5）上看，δC114.3分别与H-1、H-9和H-10相关，被归属为C-8；δC90.0与H-1、H-7a、H-2、H-7b和H-4相关，被归属为C-3.化合物2′的具体NMR归属见表 1.化合物2′的[M+Na-H2O]+的实验测得m/z值为284.074 3，与理论值284.074 6一致.

图 3 化合物2′的13C NMR和DEPT-135谱 Figure 3 13C NMR and DEPT-135 spectra of the compound 2′
图 4 化合物2′的HSQC谱 Figure 4 HSQC spectrum of the compound 2′
图 5 化合物2′的HMBC谱 Figure 5 HMBC spectrum of the compound 2′
表 1 化合物2′的1H和13C NMR数据（CDCl3, 400 MHz） Table 1 1H and 13C NMR data analysis of the compound 2′ (CDCl3, 400 MHz)
2.4 化合物2与化合物2′的化学位移比较

化合物2和化合物2′为非对映异构体，从表 2的数据可以看出，1H NMR化学位移相差较大的是H-4、H-5和H-6，差值分别为320 Hz、318 Hz和184 Hz；13C NMR化学位移相差较大的是C-2、C-3和C-5，差值分别为744 Hz、1 036 Hz和865 Hz，并且都是化合物2的1H和13C NMR信号更靠近高场，可能是由于化合物2的1, 2位丙叉保护和3位的亚甲基硝基位于四氢呋喃环的异侧，导致环上碳氢原子核周围电子云密度较高所致.化合物2的H-4双峰的J值为7.9 Hz，化合物2′的H-4双峰J值为4.4 Hz，可能是C-3的立体异构影响了C-4和C-5二面角的键角大小，从而导致H-4的J值差异较大.

表 2 化合物2′（CDCl3, 400 MHz）和化合物2（D2O, 400 MHz）的NMR数据比较 Table 2 Comparison of NMR data for the compound 2′ (CDCl3, 400 MHz) and 2 (D2O, 400 MHz)
3 结论

本文报道了1, 2;5, 6-双-O-异丙叉基-3-C-硝甲基-α-D-呋喃阿洛糖（化合物1）在酸性条件下选择性脱除5, 6-异丙叉基得到C-3位构型保持的水解产物2；若经过Moffatt脱水、选择性水解5, 6-异丙叉基的同时发生氧杂-Michael加成后得到非预期的水解产物2′.通过对化合物2′的1D NMR和2D NMR谱图进行研究，对其1H和13C NMR信号进行了全归属，并将其与化合物2的NMR数据进行了对比.


参考文献
[1] FILICHEV V V, BRANDT M, PEDERSEN E B. Synthesis of an aza analogue of 2-deoxy-D-ri-bofuranose and its homologues[J]. Carbohydr Res, 2001, 333: 115-122. DOI: 10.1016/S0008-6215(01)00132-X.
[2] ZHANG E, ZHANG Z, SUN W, et al. Structural elucidation of addition product from 3-oxoxylose and nitromethane[J]. Chinese J Magn Reson, 2014, 31(2): 278-283.
张恩, 张召, 孙伟, 等. 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.
[3] WANG M, WANG M C, ZHAO X J, et al. NMR characteristics and crystal structure of cytarabine HepDirect prodrug MB07133[J]. Chinese J Magn Reson, 2015, 32(3): 518-527.
王明, 王民昌, 赵小璟, 等. 阿糖胞苷HepDirect前药MB07133的波谱特征与晶体结构[J]. 波谱学杂志, 2015, 32(3): 518-527. DOI: 10.11938/cjmr20150313.
[4] ZHANG Q R, KE Y, CHENG W Y, et al. 1, 2;5, 6-Di-O-isopropylidene-3-C-nitro-methyl-α-D-allofuranose[J]. Acta Cryst, Sect E:Struct Rep Online, 2011, 67(6): 1402. DOI: 10.1107/S1600536811017314.
[5] ROSENTHAL A, ONG K S. Synthesis of branched-chain nitro and amino sugars via the nitromethane synthesis[J]. Tetrahedron Lett, 1969, 10(45): 398l-3983.
[6] ROSENTHAL A, ONG K S, BAKER D. Synthesis of branched-chain nitro and amino sugars by the nitromethane route[J]. Carbohydr Res, 1970, 13(1): 113-125. DOI: 10.1016/S0008-6215(00)84901-0.
[7] RJABOVS V, OSTROVSKIS P, POSEVINS D, et al. Synthesis of building blocks for carbopeptoids and their triazole isoster assembly[J]. Eur J Org Chem, 2015, 25: 5572-5584.
[8] LUGININA J, RJABOVS V, BELYAKOV S, et al. On moffatt dehydration of glucose-derived nitro alcohols[J]. Carbohydr Res, 2012, 350: 86-89. DOI: 10.1016/j.carres.2011.12.020.
[9] TURKS M, RODINS V, ROLAVA E, et al. A practical access to glucose-and allose-based (5+5) 3-spiropseudonucleosides from a common intermediate[J]. Carbohydr Res, 2013, 375(12): 5-15.
[10] SATO K I, YOSHIMURA J, SHIN C G. Branched-chain sugars Ⅸ. Reaction of 3, 6-anhydro-1, 2-O-isopropylidene-α-ribo-hexofuranos-3-ulose with nitromethane or hydrogen cyanide[J]. B Chem So Jpn, 1977, 50(5): 1191-1194. DOI: 10.1246/bcsj.50.1191.
[11] NUTT R F, DICKINSON M J, FREDERICK W, et al. Branched-chain sugar nucleosides. Ⅲ. 3′-C[J]. J Org Chem, 1968, 33(55): 1789-1795.
[12] SAITO Y, ZEVACOB T A, AGROFOGLIO L A. Chemical synthesis of 13C labeled anti-HIV nucleosides as mass-internal standards[J]. Tetrahedron, 2002, 58(47): 9593-9603. DOI: 10.1016/S0040-4020(02)01246-2.
[13] LIU L S. Rule and essence of chemical shift[J]. Chinese J Magn Reson, 1997, 14(3): 257-261.
刘林生. 化学位移的规律和本质[J]. 波谱学杂志, 1997, 14(3): 257-261.
[14] YU H G, LIU S X, SONG G Q. NMR study of amino sugar[J]. Acta Chemical Sinica, 1989, 47: 760-764.
俞汗钢, 刘树勋, 宋国强. 氨基糖的核磁共振研究[J]. 化学学报, 1989, 47: 760-764. DOI: 10.3321/j.issn:0251-0790.1989.07.019.