头孢地嗪酸的核磁共振波谱表征

2011-01-14陈万里莫卫民

浙江化工 2011年10期

李姣陈万里莫卫民，

（1.浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江杭州 31014；2.浙江工业大学分析测试中心，浙江杭州 310014）

头孢地嗪酸（Cefodizime acid）是头孢地嗪钠（Cefodizime disodium）的重要前驱体［1］，头孢地嗪钠是第三代广谱半合成头孢菌素［2］。其体内活性大于体外活性，临床主要用于葡萄球菌、链球菌和大多数革兰阴性菌引起的上、下泌尿道感染、呼吸道感染、淋病等［3］，是个兼具生物反应调节作用的头孢菌素新品种，具有光谱杀菌作用，并能调节，增强人体免疫功能。

临床上许多疾病往往存在不同程度的免疫功能低下，例如：肝硬化、糖尿病、大面积烧伤、各种手术后、肿瘤、血液病等。此类患者易受各种病原微生物的侵袭而引起感染［4］，因此头孢地嗪钠具有广泛的临床应用前景。

本文选用适当的溶剂，运用1D NMR结合gCOSY、gHSQC、gHMBC等2D NMR技术对头孢地嗪酸的核磁共振波谱特征进行了系统的研究，完成了1H和13C NMR谱线的全归属，这对于头孢菌素类化合物的结构研究提供了重要依据，也可以作为结构相近化合物测定核磁共振谱提供一个借鉴。

1 实验部分

头孢地秦酸的分子结构如图1所示：

图1 头孢地嗪酸的分子结构Fig.1 the structure of Cefodizime acid

1.1 实验仪器

Bruker Avance III 500MHz超导核磁共振仪，5mm BBO（宽带观测）探头，1H观测频率为500.13MHz，13C观测频率为125.76MHz。

1.2 实验条件

样品以重水为溶剂，测试温度299 K，TMS为内标。1H谱宽3024.2Hz；13C谱宽23809.5Hz。二维COSY、HSQC、HMBC谱均采用标准脉冲序列。2D gCOSY谱宽为3001.2Hz；2D gHSQC谱宽分别为3001.2Hz和23770.5Hz；2D gHMBC谱宽分别为3001.2Hz和23770.5Hz。COSY、HSQC及HMBC实验中，扫描间隔均为6.5μs，延迟时间为2s。时间域的采样矩阵点数COSY为2k×128（F2×F1）、HSQC为2k×256（F2×F1），HMBC为4k×256（F2×F1），每个延迟时间增量的累加次数COSY为3次，HSQC为8次，HMBC为64次，时间域矩阵均充零至1k×1k进行FT变换。

2 结果与讨论

2.11H NMR谱分析

在1H NMR谱中，从化学位移、峰形和偶合常数值可归属δH2.20（s，3H）为H-3甲基质子，δH3.94（s，3H）是H-20甲氧基上的质子。在图2的COSY谱中可以判断与H-3具有相关性的δH3.56（s，2H）是H-2，没有任何相关的δH6.95（s，1H）可被认定是H-18。H-7亚甲基一端与六元杂环相连，一端与S相连，两个质子由于磁不等价，互相偕偶裂分为双重峰，偶合常数在12.0～15.2Hz左右，此外H-7的化学位移受诱导效应和磁各向异性综合影响，谱图中分别是δH3.74（d，13.47Hz，1H）和δH4.37（d，13.47Hz，1H）。H-11亚甲基，两个质子分处于六元杂环的直立键和平伏键，磁不等价，偕偶裂分为两个双重峰，11位的两个质子与7位两个质子一样，为同碳偶合，但两者偶合常数呈现明显差异，这可能与质子所连碳周围电子云密度及其所处位置有关，7号位为直链上的碳，碳氢单键可以自由旋转，其质子的J值实则为各构象的平均值，较小，而11号位的质子处于六元杂环之上，两质子构象稳定，J值较大，偶合常数在17Hz左右，谱图中分别是δH3.32（d，17.54Hz，1H）和δH3.72（d，17.54Hz，1H）。H-12是四元杂环上的质子，两端分别与氮原子和硫原子相连，因与H-13相邻而偶合裂分为双重峰，谱图中是δH5.10（d，5.4Hz，1H）。H-13也是四元杂环上的质子因与H-12相邻而偶合裂分为双重峰，由于H-13处于β-内酰胺环上，与羰基和杂原子N相连，诱导效应和屏蔽效应使其化学位移较H-12处于更低场，δ值要大些为δH5.70（d，5.04Hz，1H），此外在图4 HMBC谱中，因为C-14与H-12、H-13都有相关，而C-15只与H-13相关，所以可以支持这一判断。

2.213C NMR谱分析

通过图3的HSQC我们可以归属2、3、7、11、12、13、18、20号位碳的化学位移分别是δC34.80、δC13.84、δC38.89、δC27.23、δC57.43、δC58.69、δC113.44、δC62.74。余下的未被确定的碳都是季碳，我们在下面详细讨论。C-1与H-2强相关，而与H-3弱相关，化学位移应是δC178.12；C-14是与H-12、H-13有HMBC相关的季碳，化学位移是δC163.74；C-15是只与H-13有HMBC弱相关的季碳，化学位移是δC164.82；C-6是与H-7有HMBC强相关并与H-3有HMBC弱相关的季碳，化学位移是δC158.94；C-16是与H-18有HMBC强相关并与H-20有HMBC弱相关的季碳，化学位移是δC148.12；C-8与C-9均为sp2杂化的碳，化学位移在低场。9号位碳所连羰基与双键共轭，使C-9电子云密度增大，但同时与其相连的N原子的p-π共轭效应使得双键的π电子流向C-8，故化学位移C-8较C-9在高场，C-8、C-9化学位移分别是δC119.55、δC130.54；C-17、C-19都是与H-18有HMBC相关的季碳，根据化学位移，偶合常数判断，化学位移分别是δC140.51、δC170.89；C-10是没有相关的季碳，并且是羰基碳，因此判断化学位移是δC168.03；那么剩下的C-4、C-5化学位移分别是δC149.82、δC130.30。综合应用COSY、HSQC及HMBC可完成头孢地嗪酸的1H和13C谱线的全归属，详细数据见表1。

我们综合运用NMR一维、二维实验测试技术，解析并归属了头孢地嗪酸分子结构中所有碳氢信号，确证了它的化学结构。