瑞芬太尼酸的波谱数据和结构确证

张 楠， 庄玲华

南京工业大学化学与分子工程学院， 江苏 南京 211816

引 言

瑞芬太尼酸(remifentanil acid)， 为瑞芬太尼的主要羧酸代谢产物， 化学名4-(甲氧羰基)-4-(N-苯基丙酰胺基)-1-哌啶丙酸， 分子结构见图1。 瑞芬太尼是由葛兰素史克集团公司开发的一个麻醉镇痛药， 于1996年8月首次在德国上市， 是六氢吡啶的衍生物， 具有起效迅速、 阵痛效能强、 安全使用无蓄积、 不良反应小等特点， 是一个较为理想的麻醉镇痛药[1-7]。 目前， 国内外关于瑞芬太尼及瑞芬太尼酸的研究主要集中在其药效和临床研究， 文献[8-9]报道了瑞芬太尼的质量研究进展， 而在其波谱学方面只有盐酸瑞芬太尼的核磁共振氢谱和碳谱数据[10]， 但瑞芬太尼酸的完整波谱数据及结构确证尚未见报道。 本文采用红外吸收光谱(infrared spectroscopy， IR)、 紫外吸收光谱(ultraviolet spectroscopy， UV)、 核磁共振(nuclear magnetic resonance， NMR)(包括1HNMR，13C NMR，1H-1H COSY，1H-13C HSQC，1H-13C HMBC和DEPT)波谱、 质谱(mass spectrometry， MS)等谱学技术， 对瑞芬太尼酸的波谱学数据和结构进行了详细解析， 并对其结构进行了确证。 这些数据均未见有文献报道。

图1 瑞芬太尼酸的结构式

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Shimadzu UV-2410紫外光谱仪(日本岛津制作所)。 Jasco FT/IR-4100红外光谱仪， 溴化钾(KBr)压片(日本佳司科公司)。 Thermo Finnigan TSQ Quantum质谱联用仪(美国赛默飞世尔科技公司)。 Bruker AV-500型核磁共振仪(内标： 四甲基硅烷， TMS)(德国布鲁克公司)。

氘代二甲基亚砜(DMSO-d6, 美国剑桥同位素实验室公司)。 甲醇(色谱纯， 德国默克公司)。 其他试剂为分析纯。 实验用水为去离子水。

瑞芬太尼酸样品为白色结晶粉末， 易溶于稀酸、 甲醇。 利用高效液相色谱仪(high performance liquid chromatography， HPLC)测定瑞芬太尼酸样品纯度为99.88%， 符合结构确证所需纯度。

1.2 方法

1H NMR，13C NMR，1H-1H COSY，1H-13C HSQC，1H-13C HMBC和DEPT谱均在Bruker AV-500型核磁共振仪上测定， 采用直径5 mm的NMR样品管， 配备5 mm QNP反向探头检测， 以TMS为内标(δH0.00，δC0.0)， DMSO-d6为溶剂， 实验温度为25 ℃。1H NMR的工作频率为500.15 MHz， 谱宽为5 387.95 Hz；13C NMR的工作频率为125.78 MHz， 谱宽为30 303.05 Hz。 DEPT谱的工作频率和谱宽与13C NMR相同。 二维核磁谱包括2D梯度场1H-1H COSY，1H-13C HSQC及1H-13C HMBC谱， 采用标准脉冲程序。1H-1H COSY谱的F2维(1H)及F1维(1H)的谱宽均为5 387.95 Hz， 采样数据点阵t2×t1=1 024×512；1H-13C HMBC和1H-13C HSQC谱的F2维(1H)及F1维(13C)谱宽分别为5 387.95和30 303.05 Hz， 采样数据点阵t2×t1=1 024×512。

2 结果与讨论

2.1 紫外吸收光谱分析

瑞芬太尼酸样品在甲醇溶液中的紫外吸收光谱显示， 在紫外末端204.0 nm附近有最大吸收， 为苯环的共轭烯键π→π*反键轨道的跃迁产生的吸收带， 属于E2吸收带， 同时苯环与酰胺氮原子共轭， E2吸收带与K吸收带重叠； 在254.0 nm附近有弱的吸收峰， 是由苯环的π→π*跃迁产生的吸收带， 属于B吸收带， 是苯环的特征吸收， 说明分子中有苯环存在， 与瑞芬太尼酸的分子结构相符。

2.2 红外吸收光谱分析

上述结果表明， 分子中含有单取代苯环、 甲基基团、 亚甲基基团、 脂肪醚键、 羧酸结构、 羧酸酯结构和酰胺结构， 与瑞芬太尼酸结构中的主要官能团相一致。 瑞芬太尼酸的红外吸收光谱数据分析及归属见表1。

2.3 MS谱分析

瑞芬太尼酸的质谱见图3， 正离子检测模式检测到质荷比(m/z)为362.98的碎片离子峰， 为[M+H]+的准分子离子峰。 另外检测到质荷比(m/z)为331.02， 303.10， 259.09， 247.06， 213.96， 202.02， 158.00， 146.04， 113.02和101.97等碎片离子峰。 瑞芬太尼酸的分子式为C19H26N2O5， 分子量为362， 因此该检测结果与瑞芬太尼酸的分子量一致， 且与瑞芬太尼酸的结构特征相应。 根据化合物的结构， 对主要碎片离子峰进行解析， 可能的裂解途径见图4。

图2 瑞芬太尼酸的红外吸收光谱

表1 瑞芬太尼酸的红外吸收光谱主要吸收峰数据及归属

*: Ar表示苯环； **: vs, s, m表示吸收强度， 分别为极强吸收， 强吸收， 中等强度吸收

图3 瑞芬太尼酸的质谱图

2.4 NMR谱图分析

瑞芬太尼酸化合物的1H NMR谱(图5)显示有12组质子信号， 与26个质子相对应。13C-NMR谱和DEPT谱(图6)显示， 除去溶剂峰(δC39.00～40.00)， 共有15组碳核信号， 与19个碳核相对应， 其结构中含2个伯碳(δC8.9，δC52.3)， 5个仲碳(δC28.2，δC28.5，δC29.7，δC48.5，δC50.8)， 3个叔碳(δC128.9，δC129.5，δC130.4)， 5个季碳(δC59.8，δC171.2，δC172.3，δC173.3，δC138.2)。 综合1H-1H COSY谱(图7)、1H-13C HSQC谱[图8(a,b,c,d)]和1H-13C HMBC谱[图9(a,b,c,d)]， 分析如下：

在COSY谱中，δH7.40 (1H， m)与δH7.46～7.48 (2H， m)，δH7.49～7.53 (2H， m)顺次偶合相关， 因此δH7.40(1H， m)被归属为H-3。 在HSQC谱中，δC130.4与H-3相关， 被归属为C-3。 在HMBC谱中，δH7.46～7.48 (2H， m)与C-3远程相关， 被归属为H-2和H-4。 在HSQC谱中，δC128.9与H-2， H-4相关， 被归属为C-2和C-4。 在HMBC谱中， δH7.49～7.53 (2H， m)与C-2、δC138.2远程相关， 被归属为H-1和H-5。 在HSQC谱中，δC129.5与H-1， H-5相关， 被归属为C-1和C-5。 DEPT谱和13C-NMR谱显示，δC138.2为季碳， 因此被归属为C-6。

图4 瑞芬太尼酸的质谱裂解方式

在COSY谱中，δH3.72～3.76 (3H， s)没有相关信号峰， 被归属为H-19。 在HSQC谱中，δC52.3与H-19相关， 被归属为C-19。 在HMBC谱中， H-19与δC172.3远程相关； DEPT谱和13C-NMR谱显示，δC172.3为季碳， 因此δC172.3为C-18。

在COSY谱中[图7(a,b,c)]，δH0.82～0.85 (3H， t)与δH1.79～1.83 (2H， q)偶合相关， 因此δH0.82～0.85 (3H， t)被归属为H-9，δH1.79～1.83 (2H， q)被归属为H-8。 在HSQC谱中，δC8.9和δC28.2分别与H-9、 H-8相关， 因此分别被归属为C-9和C-8。 在HMBC谱中， H-9与C-8， δC173.3远程相关， H-8与C-9，δC173.3远程相关； DEPT谱和13C-NMR谱显示，δC173.3为季碳， 因此δC173.3被归属为C-7。

在COSY谱中，δH2.78～2.81 (2H， t)与δH3.17～3.19 (2H， t)偶合相关。 在HMBC谱中，δH2.78～2.81 (2H， t)与δC50.8，δC171.2远程相关，δH3.17～3.19 (2H， t)与δC28.5，δC48.5和δC171.2远程相关。 因此δH3.17～3.19 (2H， t)更靠近电负性大的氮原子， 被归属为H-15；δH2.78～2.81 (2H， t)远离氮原子， 被归属为H-16。 在HSQC谱中，δC50.8和δC28.5分别与H-15， H-16相关， 因此分别被归属为C-15和C-16。 DEPT谱和13C-NMR谱显示，δC171.2为季碳， 因此δC171.2被归属为C-17。δH11.99为羧酸质子信号。

图5 瑞芬太尼酸的1H-NMR图

在COSY谱[图7(a,b,c)]中，δH2.07～2.09 (2H， m)，δH2.27～2.30 (2H， m)，δH3.10～3.12 (2H， m)，δH3.20～3.32 (2H， m)顺次偶合相关。 在HMBC谱中，δH3.10～3.12 (2H， m)，δH3.20～3.32 (2H， m)与δC50.8远程相关，δH2.07～2.09 (2H， m)，δH2.27～2.30 (2H， m)没有相关信号峰， 因此δH3.10～3.12 (2H， m)，δH3.20～3.32 (2H， m)被归属为H-12和H-13。 因为瑞芬太尼酸的六氢哌啶环结构上的同碳质子不等价且相互偶合相关， 是由横键及竖键质子所受的屏蔽效应的差异所致， 且横键质子的化学位移均大于竖键质子的化学位移， 因此δH3.10～3.12 (2H， m)被归属为H-12α和H-13α，δH3.20～3.32 (2H， m)被归属为H-12β和H-13β。 在HSQC谱中[见图8(a,b,c,d)]，δC48.5与H-12， H-13相关， 被归属为C-12和C-13。 同理，δH2.07～2.09 (2H， m)被归属为H-11α和H-14α，δH2.27～2.30 (2H， m)被归属为H-11β和H-14β。 在HSQC谱中，δC29.7与H-11， H-14相关， 被归属为C-11和C-14。 DEPT谱和13C-NMR谱显示，δC59.8为季碳， 因此δC59.8为C-10。

具体的1H NMR 和13C NMR数据及归属见表2， 均与瑞芬太尼酸的结构一致。

图6 瑞芬太尼酸的13C-NMR图和DEPT图

图7 瑞芬太尼酸的1H-1H COSY图

图8 瑞芬太尼酸的1H-13C HSQC图

图9 瑞芬太尼酸的1H-13C HMBC图

表2 瑞芬太尼酸 1H-NMR 和 13C-NMR 归属(DMSO-d6， 500 MHz)

续表2

1248.53.10～3.12 (2H, m, H-12α)3.20～3.32 (2H, m, H-12α)+H-11, H-14H-11, H-14, H-151348.53.10～3.12 (2H, m, H-13α)3.20～3.32 (2H, m, H-13β)+H-11, H-14H-11, H-14, H-151429.72.07～2.09 (2H, m, H-14α)2.27～2.30 (2H, m, H-14β)+H-12, H-13H-12, H-131550.83.17～3.19 (2H, t)+H-16H-161628.52.78～2.81 (2H, t)+H-15H-1517171.2///H-15, H-1618172.3///H-191952.33.72～3.76 (3H, s)+//

3 结 论

通过红外吸收光谱(IR)、 紫外吸收光谱(UV)、 核磁共振(NMR)(包括1H NMR，13C NMR，1H-1H COSY，1H-13C HSQC，1H-13C HMBC和DEPT)谱、 质谱(MS)谱图测定和解析， 对瑞芬太尼酸的化学结构进行了全面的分析和确证。 其中， 通过紫外吸收光谱显示瑞芬太尼酸的特征官能团， 红外吸收光谱显示其各个基团的特征吸收峰， 质谱显示其分子量， 最后通过核磁共振谱的测定和解析， 对瑞芬太尼酸的全部1H-NMR和13C-NMR信号进行归属， 从而确证了瑞芬太尼酸的分子结构。