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《波譜學雜志》2016年第2期

摘要：

含有羧酸或堿性基團的藥物成鹽后具有藥物水溶性提高、易于結晶純化、穩定性增強等優點．胞苷類藥物具有堿性中心，成鹽后的質子化位置是在N-3還是NH2的研究還未見報道．X-射線單晶衍射因不能夠對質子位置進行測定而無法對胞苷鹽的質子化位置進行確定．該文利用核磁共振氫譜（1HNMR）、碳譜（13CNMR）研究了胞苷成鹽前后的化學位移變化，推斷出胞苷成鹽位置在N-3而非NH2，此外胞嘧啶堿基C-4和NH2之間的鍵在成鹽后具有部分雙鍵性質．

關鍵詞：

1HNMR；13CNMR；胞苷鹽；質子化位置

引言

核苷類藥物是當前治療艾滋病的重要藥物之一[1]．目前用于治療艾滋病的核苷類藥物共有8種[2]，但是由于病毒株變異產生耐藥性及長期毒性等原因，需要設計合成新型的、低毒性的、能夠抑制變異病毒株的核苷類藥物[3–7]．本實驗室前期合成的2′-脫氧-2′-氟-4′-取代核苷即為這類化合物[8,9]．堿性藥物與有機酸或者無機酸成鹽后，能夠提高水溶性、降低結晶純化難度、增強穩定性并延長藥物保質期[10]．胞苷類藥物具有堿性中心，可與酸成鹽，成鹽后其水溶性大大提高．胞苷含有兩個氮原子，即兩個質子受體，是哪個或者兩個氮原子均接受質子，以及成鹽后其核磁共振（NMR）譜的變化，目前還未見報道．本文研究了本實驗室合成的兩個4′-取代胞苷（化合物1和2，圖1）及其對應鹽酸鹽（化合物S1和S2，圖1）的成鹽位置和成鹽前后核磁共振氫譜（1HNMR）和碳譜（13CNMR）的化學位移變化．

1實驗部分

1.1化合物的合成根據文獻[8,9]方法合成了本次實驗用的核苷及其鹽酸鹽．

1.2NMR實驗

1.2.1實驗儀器

所有常規NMR實驗均在BrukerAvance300型超導NMR波譜儀上于298K下測定，其中1HNMR、13CNMR和DEPT-135采用5mmQNP探頭測定，其他2DNMR實驗采用5mmBBI探頭測定．變溫1HNMR實驗在BrukerAvance300型超導NMR譜儀上采用5mmQNP探頭測定，變溫范圍為293~333K，步進10K．

1.2.2實驗試劑

實驗用溶劑氘代二甲亞砜（DMSO-d6）和重水（D2O）均購自Aldrich公司，氘代率均為99.9%．DMSO-d6中含有0.03%（v/v）的內標四甲基硅烷（TMS），D2O中含有0.05wt%的內標3-（三甲基硅基）氘代丙酸鈉（TSP）．

1.2.3實驗條件

1HNMR的實驗脈沖序列為zg30，共振頻率為300.13MHz，譜寬為6kHz，90°脈寬為7.20s，采樣時間為2.7s，弛豫等待時間為2.0s，掃描16次．13CNMR的實驗脈沖序列為zgpg，共振頻率為75.47MHz，譜寬為22.7kHz，90°脈寬為16s，采樣時間為0.72s，弛豫等待時間為2.0s，掃描9000次．DEPT-135實驗脈沖序列為dept135，其他參數同13CNMR．1H-1HCOSY實驗脈沖序列為cosydfph，F2維（1H）和F1維（1H）譜寬均為2185Hz，采樣數據點陣t2×t1=2048×256，累加掃描8次，弛豫等待時間為2.0s．HMQC的實驗脈沖序列為hmqcgpqf，F2維（1H）譜寬為2185Hz，F1維（13C）譜寬為11700Hz，采樣數據點陣t2×t1=2048×256，累加掃描8次，弛豫等待時間為2.0s．HMBC的實驗脈沖序列為hmbcgplpndqf，其他參數同HMQC．DMSO-d6為溶劑時，1HNMR內標為TMS（H0.00），13CNMR內標為溶劑（C39.5）；溶劑為D2O時，內標均為TSP（H0.00，C0.0）．所有樣品的1H和13CNMR譜圖數據經由1HNMR、13CNMR、DEPT-135、1H-1HCOSY、HMQC和HMBC圖譜聯合解析確認．文中所有圖譜均用MestrenovaV10.0處理．

2結果與討論

判斷化合物的絕對構型，X-射線單晶衍射是最有力的工具．通過重結晶，我們得到了化合物S2的單晶，并通過X-射線單晶衍射得到了S2的一些具體結構信息．遺憾的是，X-射線單晶衍射不能夠對S2中質子的位置進行確定，因此無法判斷成鹽位置在NH2還是N-3．

2.1胞苷成鹽前后的NMR數據分析

化合物1、2及其鹽酸鹽S1，S2的1H和13CNMR譜圖對比圖見圖2（溶劑為DMSO-d6）．圖2(a)中，化合物1中NH2的兩個質子顯示為兩個寬峰且部分重疊，而成鹽以后（化合物S1）這兩個質子顯示為兩個獨立的尖銳單峰，且較成鹽前向低場位移；成鹽后H-5和H-6稍稍向低場位移，這是由成鹽后電荷的離域作用所致；而成鹽前后糖環上質子的化學位移沒有明顯變化；成鹽后3′-和5′-OH在1HNMR譜上消失，這可能是由于成鹽后鹽酸質子與溶劑中殘留活潑質子之間的快速交換所致，由于3′-和5′-OH的消失，它們和相鄰質子（H-3′、H-5′）之間的偶合也隨之消失．化合物1和S1的13CNMR譜圖[圖2(b)]顯示：成鹽以后化合物的C-2和C-4較成鹽前向高場位移，但C-6向低場位移，這是由電子效應和中介效應的共同影響所致；除此之外，其他碳原子的化學位移成鹽前后沒有明顯變化．化合物2成鹽前后的變化趨勢與化合物1相同．當溶劑改為D2O時（圖未顯示），除了因與D2O的交換導致活潑質子的信號消失外，其余變化趨勢仍與在DMSO-d6溶劑中相同，這個結果表明該類化合物成鹽后的成鹽位置是固定的，不會因為溶劑的改變而發生變化．化合物1、2、S1和S2嘧啶環的1H和13CNMR數據見表1和表2．除常用一維（1D）和二維（2D）NMR實驗外，化合物2和S2的NMR變溫實驗也證明了成鹽后位于H8.84和H9.94的兩個尖銳單峰是NH2上的兩個質子（圖3和圖4）．當升溫到313K時，化合物2中NH2兩個質子峰重合（圖3）；隨著溫度的提高，化合物S2的相對于H-5處于cis和trans位的NH2質子在1HNMR譜中也表現出重合的趨勢（圖4），且這兩個質子的峰形均由尖銳逐漸變寬，由于儀器的限制實驗只升溫到333K，如果能夠繼續提高溫度，這兩個質子必然會重合[11]．這個結果說明化合物成鹽后NH2兩個質子自由旋轉的位阻遠遠大于成鹽前，另外，化合物2的3′-和5′-OH上質子的化學位移隨著溫度升高向高場位移，這是由溫度升高導致分子間氫鍵斷裂所致．

2.2胞苷的質子化位置

綜合所有數據，我們推斷出這類核苷成鹽的位置應該是在N-3而非NH2（圖5），因為假如胞嘧啶核苷的成鹽位置在NH2上，成鹽后C-4將向高場位移，而C-6和C-2將向低場位移；如果成鹽位置在N-3，則C-2和C-4向高場位移，C-6向低場位移．這個結果與Becker等人[11–13]的研究結果類似．而且這一結果已經被本實驗室苯胺、吡啶及其鹽酸鹽數據所證實（數據未列出）．此外，成鹽后NH2兩個質子的化學位移超過1，說明C-4和NH2之間的鍵在成鹽后具有部分雙鍵性質，導致NH2的兩個質子不能自由旋轉，相對于H-5分別處于cis和trans位，從而造成化學位移的差異．

3結論

該文對4′-取代胞苷及其鹽酸鹽的1H和13CNMR譜圖進行了研究．成鹽前后碳原子化學位移的變化，表明了該類核苷成鹽后的質子化位置在N-3而非NH2；成鹽前后的質子的化學位移變化及變溫1HNMR實驗，表明C-4和NH2之間的共價鍵在成鹽后具有部分雙鍵性質．這一研究表明在探究有機物成鹽的質子化位置方面，NMR是一個快捷方便的工具．

作者:王強 李玉江 陶樂 郭曉河 董黎紅 宋傳君 ?？?單位:河南省科學院高新技術研究中心 鄭州大學化學與分子工程學院