盐酸马尼地平的核磁共振数据解析

2021-03-12李玉江郭晓河张海艳赵天增

波谱学杂志 2021年1期

李玉江，赵伟，郭晓河，陶乐，张祥，张海艳，赵天增,

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

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．

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

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

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-6+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-6（购于Sigma-Aldrich公司，>99.9%）和10 μL D2O（购于Sigma-Aldrich公司，>99.9%），以四甲基硅烷（TMS，H0.00，C0.0）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2维（1H）和1维（1H）谱宽均为5 186.7 Hz，采样数据点阵2×1=1 024×256，累加次数为8；NOESY的2维（1H）和1维（1H）谱宽为5 186.7 Hz，混合时间为0.2 s，采样数据点阵2×1=1 024×256，累加次数为16．1H-13C HSQC的2维（1H）和1维（13C）谱宽分别为5 186.7 Hz和20 105.6 Hz，采样数据点阵2×1=1 024×256，累加次数为8；1H-13C HMBC的2维（1H）和1维（13C）谱宽分别为5 186.7 Hz和24 125.5 Hz，采样数据点阵2×1=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：C18.6、18.9、39.3、51.5、74.1、121.7、121.9、128.4、129.1、129.8、130.2、134.5；仲碳：C48.2、49.7、54.7、58.8；季碳：C99.9、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

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H3.55（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C166.6、167.7应归属为C-17和C-15，二者可进一步通过1H-13CHMBC谱（图4）中H-16与C-15的相关加以区分．在HMBC谱中，C166.6与H4.41（2H, m）、4.99（1H, s）相关，C167.7与H-16和H4.99相关，确证C166.6、167.7分别归属为C-17和C-15，H4.99归属为H-4，H4.41归属为H-18．C39.3在1H-13CHSQC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H2.28（3H, s）相关，H2.28归属为H-7，则H2.36（3H, s）为H-8．由1H-13C HSQC谱（图5）相关，将表明C18.6、18.9分别归属为C-7和C-8．

图3 盐酸马尼地平的1H NMR谱

图4 盐酸马尼地平的1H-13C HMBC谱

图5 盐酸马尼地平的1H-13C HSQC谱

在1H-13C HMBC谱（图4）中，季碳C99.9与H-8、H-4，季碳C101.9与H-7、H-4，季碳C146.8与H-7、H-4，季碳C148.9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C99.9、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，H7.95（1H，t，=2.0 Hz）归属为H-10，H7.86（1H，m）归属为H-12，H7.68（1H，dt，=7.6/2.0 Hz）归属为H-14，H7.48（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C121.9、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C149.9与H-4、H-13远程相关，季碳C148.2与H-13、H-14、H-12、H-10相关，表明C149.9、148.2分别归属为C-9、C-11．

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H3.08（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H5.32（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H3.08（4H，m）归属为H-21/22；剩下H3.49（6H，m）应归属为H-19、H-20/23．1H-13C HSQC谱（图5）中相关信号显示：C54.7、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C54.7与H-18相关，C49.7与H3.08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．

图6 盐酸马尼地平的1H-1H COSY谱

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，H7.75（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C128.4、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，C137.9（季碳）与H-24、H-27/29/33/35、H-26/30/32/36相关，表明C137.9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

续表1

a受四极矩效应影响较大.

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-6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-6，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> 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-6+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-6+D2O作溶剂时完全一致．

3 结论

本文采用（DMSO-6+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

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.

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NMR Data Analysis of Manidipine Hydrochloride

1，1，1，1，1，2，1,2*

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

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 as1H NMR,13C NMR, DEPT-135,1H-1H COSY,1H-1H NOESY,1H-13C HSQC, and1H-13C HMBC. Some abnormal signals in1H NMR and13C NMR spectra were further discussed.

liquid-state NMR, structural elucidation, 2D NMR, manidipine hydrochloride, quadrupolar relaxation of14N nucleus