盐酸马尼地平的核磁共振数据解析

引用本文 [复制中英文]

李玉江, 赵伟, 郭晓河, 等. 盐酸马尼地平的核磁共振数据解析[J]. 波谱学杂志, 2021, 38(1): 110-117. DOI: 10.11938/cjmr20202853.

LI Yu-jiang, ZHAO Wei, GUO Xiao-he, et al. NMR Data Analysis of Manidipine Hydrochloride[J]. Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2021, 38(1): 110-117. DOI: 10.11938/cjmr20202853.

[复制英文]

基金项目

河南省重点研发与推广专项(192102310407)

通讯联系人

赵天增, Tel: 0371-65724692, E-mail: tianzeng_zhao@163.com

文章历史

收稿日期：2020-09-21
在线发表日期：2020-11-20

Contents Abstract Full text Figures/Tables PDF

盐酸马尼地平的核磁共振数据解析

李玉江 ¹, 赵伟 ¹, 郭晓河 ¹, 陶乐 ¹, 张祥 ¹, 张海艳 ², 赵天增 ^1,2

1. 河南省科学院高新技术研究中心, 河南郑州 450002;
2. 河南省科学院天然产物重点实验室, 河南郑州 450002

收稿日期：2020-09-21; 在线发表日期：2020-11-20

基金项目：河南省重点研发与推广专项(192102310407)

通讯联系人(Corresponding author)：赵天增, Tel: 0371-65724692, E-mail: tianzeng_zhao@163.com

摘要: 盐酸马尼地平是第三代合成降压新药.本文利用一维、二维核磁共振(NMR)技术，包括¹H NMR、¹³C NMR DEPT-135、¹H-¹H NOESY、¹H-¹H COSY、¹H-¹³C HSQC和¹H-¹³C HMBC，对其¹H和¹³C NMR信号进行了全归属，进一步确证了其分子结构.同时，对其¹H NMR和¹³C NMR谱中一些异常信号进行了讨论.

关键词: 液体核磁共振(NMR) 结构确证二维核磁共振盐酸马尼地平 ¹⁴N核的四极弛豫

NMR Data Analysis of Manidipine Hydrochloride

LI Yu-jiang ¹, ZHAO Wei ¹, GUO Xiao-he ¹, TAO Le ¹, ZHANG Xiang ¹, ZHANG Hai-yan ², ZHAO Tian-zeng ^1,2

1. High & New Technology Research Center of Henan Academy of Sciences, Zhengzhou 450002, China;
2. Key Laboratory of Natural Products, Henan Academy of Sciences, Zhengzhou 450002, China

Abstract: Manidipine hydrochloride is the third generation of new synthetic antihypertensive drugs. The structure of manidipine hydrochloride was confirmed with 1D and 2D nuclear magnetic resonance (NMR) techniques, such as ¹H NMR, ¹³C NMR, DEPT-135, ¹H-¹H COSY, ¹H-¹H NOESY, ¹H-¹³C HSQC, and ¹H-¹³C HMBC. Some abnormal signals in ¹H NMR and ¹³C NMR spectra were further discussed.

Key words: liquid-state NMR structural elucidation 2D NMR manidipine hydrochloride quadrupolar relaxation of ¹⁴N nucleus

引言

盐酸马尼地平(manidipine hydrochloride)，化学名为1, 4-二氢-2, 6-二甲基-4-间硝基苯基-3, 5-吡啶二羧酸甲酯-2-(4-二苯甲基-1-哌嗪基)乙酯盐酸盐，分子结构如图 1所示.它是一种临床效果良好的心血管治疗药物.作为第三代二氢吡啶类钙离子拮抗剂，盐酸马尼地平克服了第一代钙拮抗剂(代表性药物：硝苯地平、尼卡地平等)作用时间短、需多次给药和第二代钙拮抗剂(代表性药物：尼群地平、尼莫地平等)药效大多不太理想的缺陷，对血管平滑肌中的压力敏感性钙离子内流具有高度选择性和持久性抑制作用^{[1, 2]}，并能深深地定位于血管细胞膜的脂质层，在这里富集并慢慢扩散进入钙通道所在的脂质双层，逐渐起效.因此，盐酸马尼地平药效作用时间长，并且不会导致由血压突然下降引起的心脏和外周交感神经激活^[3-5].该药通常的合成方法是以哌嗪为起始原料合成N-羟乙基哌嗪，经双乙烯酮酰化，再与间硝基苯甲醛、3-氨基丁烯酸甲酯缩合得到马尼地平，最后经氯化氢甲醇溶液成盐后得到.通常采用红外光谱、元素分析、X-粉末衍射和差热分析(DSC)等方式进行检测^{[6, 7]}.

图 1 盐酸马尼地平的化学结构和原子编号 Fig. 1 Chemical structure and atom numbering of manidipine hydrochloride

核磁共振(NMR)波谱是药物分析的重要工具之一^[8-12].迄今为止，文献报道中仅有盐酸马尼地平的¹H NMR数据^[13]，且部分数据异常；而其¹³C NMR数据尚未见报道.本文采用DMSO-d₆+D₂O双溶剂，利用一维和二维NMR技术，包括¹H NMR、¹³C NMR、DEPT-135、¹H-¹H COSY、¹H-¹H NOESY、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹³C HMBC，对盐酸马尼地平的¹H和¹³C NMR信号进行了解析，进一步确证了它的结构.

1 实验部分

盐酸马尼地平由许昌恒生制药有限公司提供.0.015 0 g盐酸马尼地平溶于600 μL DMSO-d₆(购于Sigma-Aldrich公司，D>99.9%)和10 μL D₂O(购于Sigma-Aldrich公司，D>99.9%)，以四甲基硅烷(TMS，δ_H 0.00，δ_C 0.0)为内标，所有的NMR实验均在Agilent Technologies 400MR超导NMR谱仪上完成，实验温度为25 ℃，¹H NMR和¹³C NMR的工作频率分别为399.79 MHz和100.52 MHz.¹H NMR、¹³C NMR和DEPT-135采用标准脉冲程序，谱宽分别为6 410.3 Hz、25 000.0 Hz和25 000.0 Hz. 2D NMR均采用标准脉冲程序.¹H-¹H COSY的F₂维(¹H)和F₁维(¹H)谱宽均为5 186.7 Hz，采样数据点阵t₂×t₁=1 024×256，累加次数为8；NOESY的F₂维(¹H)和F₁维(¹H)谱宽为5 186.7 Hz，混合时间为0.2 s，采样数据点阵t₂×t₁=1 024×256，累加次数为16.¹H-¹³C HSQC的F₂维(¹H)和F₁维(¹³C)谱宽分别为5 186.7 Hz和20 105.6 Hz，采样数据点阵t₂×t₁=1 024×256，累加次数为8；¹H-¹³C HMBC的F₂维(¹H)和F₁维(¹³C)谱宽分别为5 186.7 Hz和24 125.5 Hz，采样数据点阵t₂×t₁=1 024×256，累加次数为16.

2 结果与讨论 2.1 盐酸马尼地平的NMR数据解析

盐酸马尼地平的¹³C NMR和DEPT-135谱(图 2)显示25个碳峰，包括伯碳和叔碳：δ_C 18.6、18.9、39.3、51.5、74.1、121.7、121.9、128.4、129.1、129.8、130.2、134.5；仲碳：δ_C 48.2、49.7、54.7、58.8；季碳：δ_C 99.9、101.9、137.9、146.8、148.2、148.9、149.9、166.6、167.7.

图 2 盐酸马尼地平的¹³C NMR和DEPT-135谱 Fig. 2 ¹³C NMR and DEPT-135 spectra of manidipine hydrochloride

根据质子的化学位移规律和偶合分裂情况^[14]，¹H NMR谱(图 3)中δ_H 3.55(3H, s)归属为H-16.根据碳原子化学位移规律^[15]，¹³C NMR和DEPT-135谱(图 2)中δ_C 166.6、167.7应归属为C-17和C-15，二者可进一步通过¹H-¹³C HMBC谱(图 4)中H-16与C-15的相关加以区分.在HMBC谱中，δ_C 166.6与δ_H 4.41(2H, m)、4.99(1H, s)相关，δ_C 167.7与H-16和δ_H 4.99相关，确证δ_C 166.6、167.7分别归属为C-17和C-15，δ_H 4.99归属为H-4，δ_H 4.41归属为H-18.δ_C 39.3在¹H-¹³C HSQC谱(图 5)中与H-4相关，归属为C-4.¹H-¹H NOESY谱图(图S1，扫描文章首页OSID码，或在文章网络版查看附件)显示，H-16与δ_H 2.28(3H, s)相关，δ_H 2.28归属为H-7，则δ_H 2.36(3H, s)为H-8.由¹H-¹³C HSQC谱(图 5)相关，将表明δ_C 18.6、18.9分别归属为C-7和C-8.

图 3 盐酸马尼地平的¹H NMR谱 Fig. 3 ¹H NMR spectrum of manidipine hydrochloride

图 4 盐酸马尼地平的¹H-¹³C HMBC谱 Fig. 4 ¹H-¹³C HMBC spectrum of manidipine hydrochloride

图 5 盐酸马尼地平的¹H-¹³C HSQC谱 Fig. 5 ¹H-¹³C HSQC spectrum of manidipine hydrochloride

在¹H-¹³C HMBC谱(图 4)中，季碳δ_C 99.9与H-8、H-4，季碳δ_C 101.9与H-7、H-4，季碳δ_C 146.8与H-7、H-4，季碳δ_C 148.9与H-8、H-4相关，由于C-2、C-6与氮原子相连，相比C-3、C-5，化学位移处于更低场，得到δ_C 99.9、101.9、146.8、148.9归属为C-5、C-3、C-2、C-6.

H-10、H-12、H-13、H-14处在9，11-二取代苯上构成ABCD系统^[16].位于NO₂取代邻位的H-10、H-12处于较低场，对位H-14处于次低场，间位H-13处于较高场，再根据偶合分裂情况，δ_H 7.95(1H，t，J=2.0 Hz)归属为H-10，δ_H 7.86(1H，m)归属为H-12，δ_H 7.68(1H，dt，J=7.6/2.0 Hz)归属为H-14，δ_H 7.48(1H，m)归属为H-13.¹H-¹H COSY谱(图 6)中H-12/H-13和H-13/H-14相关信号进一步证实上述分析的正确.¹H-¹³C HSQC谱(图 5)相关信号表明δ_C 121.9、121.7、134.5、130.2分别归属为C-10、C-12、C-14、C-13.¹H-¹³C HMBC谱(图 4)显示，季碳δ_C 149.9与H-4、H-13远程相关，季碳δ_C 148.2与H-13、H-14、H-12、H-10相关，表明δ_C 149.9、148.2分别归属为C-9、C-11.

图 6 盐酸马尼地平的¹H-¹H COSY谱 Fig. 6 ¹H-¹H COSY spectrum of manidipine hydrochloride

H-19、H-20/23、H-21/22、H-24均为氮原子邻位碳原子上的质子，根据质子化学位移规律和偶合裂分情况，将δ_H 3.08(4H，m)、3.49(6H，m)、5.32(1H，brs)初步归属为上述质子.H-24处于2个苯环去屏蔽区，处于较低场，因此将δ_H 5.32(1H，brs)归属为H-24；H-21/22处于两个苯环屏蔽区，处于较高场，因此将δ_H 3.08(4H，m)归属为H-21/22；剩下δ_H 3.49(6H，m)应归属为H-19、H-20/23.¹H-¹³C HSQC谱(图 5)中相关信号显示：δ_C 54.7、49.7(包含2个碳原子)、48.2(包含2个碳原子)、74.1分别归属为C-19、C-20/23、C-21/22、C-24.¹H-¹³C HMBC谱(图 4)中δ_C 54.7与H-18相关，δ_C 49.7与δ_H 3.08相关，¹H-¹H COSY谱(图 6)中H-18/H-19、H-20/H-21和H-22/H-23相关信号进一步证实上述归属的正确性.

2个苯环同与C-24相连，共包含10个质子，每个苯环上5个质子构成AA’BB’C系统，且对应部分化学位移相同.根据氢化学位移规律和偶合裂分情况，δ_H 7.75(4H，m)归属为H-26/30/32/36，7.48(4H，m)归属为H-27/29/33/35，7.36(2H，m)归属为H-28/34，可进一步通过¹H-¹H COSY谱(图 6)中H-28与H-27/29，H-34与H-33/35相关予以确认.根据¹H-¹³C HSQC谱(图 5)，将δ_C 128.4、129.8、129.1分别归属为C-26/30/32/36、C-27/29/33/35、C-28/34.¹H-¹³C HMBC谱(图 4)显示，δ_C 137.9(季碳)与H-24、H-27/29/33/35、H-26/30/32/36相关，表明δ_C 137.9归属为C-25/31.盐酸马尼地平的¹H、¹³C NMR信号的数据及归属见表 1.

表 1 盐酸马尼地平的¹³C和¹H NMR归属 Table 1 ¹³C and ¹H NMR assignments of manidipine hydrochloride

position	δ_C	δ_H (J/Hz)	HSQC	¹H-¹H COSY	HMBC
2	146.8	/	/	/	H-7, 4
3	101.9	/	/	/	H-7, 4
4	39.3	4.99 (1H, s)	+	/	H-14, 10
5	99.9	/	/	/	H-8, 4
6	148.9	/	/	/	H-8, 4
7	18.6	2.28 (3H, s)	+	/	/
8	18.9	2.36 (3H, s)	+	/	/
9	149.9	/	/	/	H-4, 13
10	121.9	7.95 (1H, t, J=2.0 Hz)	+	H-14, 12	H-4, 14, 12
11	148.2	/	/	/	H-13, 14, 12, 10
12	121.7	7.86 (1H, m)	+	H-14, 10, 13	H-13, 14, 10
13	130.2	7.48 (1H, m)	+	H-14, 12	H-14, 12
14	134.5	7.68 (1H, dt, J=7.6/2.0 Hz)	+	H-13, 12, 10	H-4, 13, 12, 10
position	δ_C	δ_H (J/Hz)	HSQC	¹H-¹H COSY	HMBC
15	167.7	/	/	/	H-16, 4, 7
16	51.5	3.55 (3H, s)	+	/	/
17	166.6	/	/	/	H-18, 4, 8
18	58.8	4.41 (2H, m)	+	H-19	H-19
19^a	54.7	3.49 (2H, m)	+	H-18, 20/23	H-18
20/23^a	49.7	3.49 (4H, m)	+	H-19, 21/22	H-21/22, 19, 23/20
21/22^a	48.2	3.08 (4H, m)	+	H-20/23	H-22/21, 20/23, 24
24^a	74.1	5.32 (1H, brs)	+	/	H-21/22, 27/29/33/35, 26/30/32/36
25(31)	137.9	/	/	/	H-24, 27/29, 26/30(H-24, 33/35, 32/36)
26/30(32/36)	128.4	7.75 (4H, m)	+	H-28, 34, 27/29(H-28, 34, 33/35)	H-24, 28, 27/29, 30/26(H-24, 34, 33/35, 36/32)
27/29(33/35)	129.8	7.48 (4H, m)	+	H-28, 34, 26/30(H-28, 34, 32/36)	H-28, 29/27, 26/30(H-34, 35/33, 32/36)
28(34)	129.1	7.36 (2H, m)	+	H-27/29, 26/30(H-33/35, 32/36)	H-27/29, 26/30(H-33/35, 32/36)
a 受四极矩效应影响较大.

表 1 盐酸马尼地平的¹³C和¹H NMR归属 Table 1 ¹³C and ¹H NMR assignments of manidipine hydrochloride

2.2 盐酸马尼地平异常信号的讨论

盐酸马尼地平在CDCl₃中溶解度较差，所以我们首先选用DMSO-d₆作溶剂.但是盐酸马尼地平结构中位于19、20、21、22、23、24位的碳原子和氢原子此时观察不到信号，或者出现平峰，致使其结构很难用NMR谱图进行解析.

称取0.150 g盐酸马尼地平溶于600 μL DMSO-d₆，依次加入5 μL、10 μL和15 μL D₂O，¹H NMR谱图显示：加入5 μL D₂O后，谱图明显改善；加入10 μL D₂O后，这几个位置上的碳原子和氢原子信号很好地在谱图上得以展现；加入15 μL D₂O的图谱和10 μL D₂O图谱相比，无明显变化.这种异常现象是由¹⁴N核的电四极矩效应造成的.自旋量子数I > 1/2的原子核都具有核四极矩^[14]，核四极矩将对¹H、¹³C核周围磁场产生影响.盐酸马尼地平分子中盐酸的H⁺与哌嗪上的氮原子结合，使得与氮相连的碳原子及与其相连的质子处于不对称环境，¹⁴N核的四极矩效应增强，导致与氮原子相连的19、20、21、22、23、24位上的¹³C NMR和¹H NMR信号出现异常.加入D₂O后，与哌嗪上¹⁴N结合的盐酸的H⁺回到D₂O中，分子恢复了本身的对称性，¹⁴N核的电四极矩效应减弱.实验证实马尼地平以(DMSO-d₆+D₂O+HCl)作溶剂的¹H NMR谱图(图S2，扫描文章首页OSID码，或在文章网络版查看附件)与盐酸马尼地平用DMSO-d₆+D₂O作溶剂时完全一致.

3 结论

本文采用(DMSO-d₆+D₂O)双溶剂，通过一维和二维NMR技术，对盐酸马尼地平的¹H和¹³C NMR信号进行了归属，为盐酸马尼地平的研究和检测提供了基础数据.

致谢感谢河南省科技重点研发与推广专项的资助.

利益冲突 无

附件材料附录

图S1 盐酸马尼地平的¹H-¹H NOESY谱.

图S2 马尼地平在DMSO+D₂O+HCl中的¹H NMR谱.

参考文献

[1]	SHIBOUTA Y, KITAYOSHI T, KITOH G, et al. Calcium channel blocking action of franidipine hydrochloride (CV-4093.2HCl) in vitro and in vivo[J]. J Pharmacol Exp Ther, 1988, 48(4): 463-472.
[2]	LV Y J, CHI X N, GU Z Y. Cosistency evaluation of dissolubility of manidipine hydrochloride tablet generic and original preparation[J]. China Pharmacy, 2015, 26(30): 4291-4294. 吕亚军, 蚩晓娜, 谷志勇. 盐酸马尼地平片仿制药和原研药的溶出度一致性评价[J]. 中国药房, 2015, 26(30): 4291-4294.
[3]	OKABE K, TERADA K, KITAMURA K, et al. Selective and long lasting inhibitory actions of the dihydropyridine derivative, CV-4093, on calcium currents in smooth muscle cells of the rabbit pulmonary artery[J]. J Pharmacol Exp Ther, 1987, 243(2): 703-710.
[4]	CHEER S M, MCCLELLAN K. Manidipine: a review of its use in hypertension[J]. Drugs, 2001, 61(12): 1777-1799. DOI: 10.2165/00003495-200161120-00010.
[5]	RICHY F F, LAURENT S. Efficacy and safety profiles of manidipine compared with amlodipine: A meta-analysis of head-to-headtrials[J]. Blood Pressure, 2011, 20(1): 54-59. DOI: 10.3109/08037051.2010.518670.
[6]	XIAO F Q, LIU X T, ZHENG Z C, et al. Synthesis of manidipine hydrochloride[J]. Chinese Journal of Pharmaceuticals, 2004, 35(2): 65-66. 肖方青, 刘旭桃, 郑正春, 等. 盐酸马尼地平的合成[J]. 中国医药工业杂志, 2004, 35(2): 65-66.
[7]	MEGURO K, AIZAWA M, SOHDA Y, et al. New 1, 4-dihydropyridine derivatives with potent and long-lasting hypotensive effect[J]. Chemical & Pharmaceutical Bulletin, 1985, 33(9): 3787-3797.
[8]	LIU Y, BAI J, ZHAO Z, et al. Effects of methanol and DMSO on assaying illegal addition offluoxetine hydrochloride by ¹⁹F-qNMR[J]. Chinese Journal of New Drugs, 2020, 29(2): 220-223. 刘阳, 白洁, 赵庄, 等. 甲醇和二甲基亚砜对¹⁹F核磁共振定量法测定盐酸氟西汀非法添加的影响[J]. 中国新药杂志, 2020, 29(2): 220-223.
[9]	LU A M, JIANG H M, LV B, et al. Quantitative determination of caffeine in beverages by ¹H NMR with internal standard method[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2014, 37(6): 119-124. 卢爱民, 蒋红梅, 吕波, 等. 核磁共振氢谱内标法测定饮料中咖啡因含量[J]. 南京农业大学学报, 2014, 37(6): 119-124.
[10]	XU X J, WANG X Y, ZHAO J Y, et al. The study on quantitative hydrogen nuclear magnetic resonance[J]. Guangdong Chemical Industry, 2020, 4(47): 86-88. 徐雪晶, 万向勇, 赵锦漪, 等. 氢核磁共振定量法初探[J]. 广东化工, 2020, 4(47): 86-88.
[11]	WANG Y L, WANG X L, WANG Z W. Spectral analyses and structural elucidation of Azilsartan[J]. Chinese J Magn Reson, 2019, 36(3): 350-358. 王亚兰, 王晓静, 王志伟. 阿齐沙坦的波谱学数据及结构确证[J]. 波谱学杂志, 2019, 36(3): 350-358.
[12]	WANG S H, ZHANG J D, YIN X M, et al. NMR assignments of 6-(4-chlorphenoxy)-tetrazolo[5, 1-a]phthalazine[J]. Chinese J Magn Reson, 2020, 37(3): 390-398. 王思宏, 张敬东, 尹秀梅, 等. 6-(4-氯苯氧基)四唑并[5, 1-a]酞嗪的核磁共振谱峰归属[J]. 波谱学杂志, 2020, 37(3): 390-398.
[13]	KAJINO M, WADA Y, NAGAI Y, et al. Synthesis and biological activities of optical isomers of 2-(4-diphenylmethyl-1-piperazinyl) ethylmethyl1, 4-dihydro-2, 6-dimethyl-4-(3-nitrophenyl)-3, 5-pyridinedicarboxylate (manidipine) dihydrochloride[J]. Chemical & Pharmaceutical Bulletin, 1989, 37(8): 2225-2228.
[14]	赵天增. 核磁共振氢谱[M]. 北京: 北京大学出版社, 1983.
[15]	赵天增. 核磁共振碳谱[M]. 郑州: 河南科学技术出版社, 1993.
[16]	赵天增, 秦海林, 张海燕, 等. 核磁共振二维谱[M]. 北京: 化学工业出版社, 2018.