德拉沙星葡甲胺波谱学数据解析

赵心怡，韩 冬，罗红军，沈文斌，杨功俊

1. 中国药科大学 药物分析系，江苏 南京 211100；2. 扬子江药业集团有限公司，江苏 泰州 225321；3. 中国药科大学 药物科学研究院，江苏 南京 210009

引 言

德拉沙星葡甲胺（delafloxacin meglumine），化学名为 1-脱氧-1-(甲基氨基)-D-葡萄糖醇,1-(6-氨基-3,5-二氟吡啶-2-基)-8-氯-6-氟-7-(3-羟基氮杂环丁烷-1-基)-4-氧代-1,4-二氢喹啉-3-羧酸盐（图 1），是由日本Wakunaga制药株式会社研制，美国Melinta生物公司研发上市的最新一代广谱氟喹诺酮抗菌药物，2017年6月19日由美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于急性细菌性皮肤和皮肤结构感染的治疗[1-3].目前，国内外对于德拉沙星葡甲胺的合成[4]、药理[5]、药代动力学[6]以及临床研究[7]已有相关文献报道，但其完整的波谱学数据和结构解析还未见报道.本文采用元素分析、紫外吸收（UV）光谱、红外吸收（IR）光谱、质谱（MS）和核磁共振（NMR）波谱（包括1H NMR、13C NMR、DEPT、1H-1H COSY、1H-13C HSQC和1H-13C HMBC）等方法对德拉沙星葡甲胺的结构进行解析[8,9]，对其所有的1H和13C NMR信号进行详细的归属，从而提供完整的德拉沙星葡甲胺的波谱数据.并通过差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）及粉末X-射线衍射（PXRD）分析对德拉沙星葡甲胺的晶型进行了初步研究，从而为德拉沙星葡甲胺开展后续研究工作提供参考.

图1 德拉沙星葡甲胺的结构Fig. 1 The structure of delafloxacin meglumine

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

氘代二甲亚砜（DMSO-d6，99.9 atom% D）购自Cambridge Isotope Laboratories, Inc.；德拉沙星葡甲胺样品（浓度为98.5%）由扬子江药业集团提供，批号为20030401.

1.2 实验部分

UV光谱采用Shimadzu UV-2550PC型UV光谱仪获得，扫描波长范围为220~600 nm，仪器狭缝宽为0.2 nm；IR光谱采用Bruker Tensor 27型IR光谱仪获得，KBr压片，波数扫描范围为4 000~400 cm-1；元素分析采用PE公司2400 II型有机元素分析仪；MS采用配备了电喷雾离子源（electro spray ionizer，ESI）的Agilent 1260-6230 TOF LC-MS型液相色谱-质谱联用系统获得；DSC分析采用Netzsch DSC 204型差热分析仪，温度范围为40～230 ℃，升温速率为10 ℃/min；TGA采用PerkinElmer TGA 4000型热重分析仪，温度范围为 30～300 ℃，升温速率为 10 ℃/min；PXRD分析采用 Bruker D8 Advance X射线衍射仪，电压为40 kV，电流为40 mA，狭缝为1.0/1.0/Ni/0.2，步长为0.02°，靶型为 Cu，范围为 3°～40°，扫描速率为 10°/min.

NMR实验在配备了QNP探头的Bruker AV-500型NMR谱仪上进行，样品溶于DMSO-d6，以四甲基硅烷（TMS）为内标（δH0.00，δC0.0）.1H NMR和13C NMR的工作频率分别为500.13和125.76 MHz，实验温度为30 ℃，谱宽分别为6 122 Hz和31 120 Hz.二维谱包括2D梯度场1H-1H COSY、1H-13C HSQC和1H-13C HMBC，均采用标准脉冲程序采集.1H-1H COSY的F2（1H）和F1（1H）维谱宽均为3 703 Hz，采样数据点阵t2×t1=2 048×320，累加次数4；HSQC的F2（1H）和F1（13C）维的谱宽分别为3 703 Hz和18 863.3 Hz，采样数据点阵t2×t1=1 024×280，累加次数为6；HMBC的F2（1H）和F1（13C）维的谱宽分别为3 703 Hz和23 893.5 Hz，采样数据点阵t2×t1= 2 048×512，累加次数为8.

2 结果与讨论

2.1 元素分析

样品的元素分析测定值（ω/%，二次平均值，括号内为理论值）如下：C为 47.10（47.21）；H为4.62（4.60）；N为11.06（11.01）.元素分析实测平均值与理论值误差均小于3‰，由元素分析值可知该样品的C、H和N的质量百分比符合德拉沙星葡甲胺分子式C25H29ClF3N5O9，也符合德拉沙星与葡甲胺的摩尔比为1:1.

2.2 UV光谱分析

在甲醇溶液中，德拉沙星葡甲胺样品的最大吸收波长为335.6 nm和288.8 nm，为德拉沙星整个共轭体系的π→π*跃迁特征吸收；葡甲胺没有共轭体系，只有末端吸收.

2.3 IR光谱分析

采用KBr压片法对德拉沙星葡甲胺样品进行IR光谱分析.德拉沙星葡甲胺结构中含有多个羟基和氨基活泼质子，在IR光谱中出现强的O-H和N-H伸缩振动和弯曲振动：3 484、3 311、3 183、1 631、1 425 cm-1以及C-O伸缩振动：1 172、1 076 cm-1；本品结构中存在共轭酮羰基、吡啶环、烯键和取代苯环结构等：3 080、1 631、1 586、1 552、1 491、821 cm-1；以及多个C-F键和C-Cl键：1 228、1 110 cm-1；本品结构中德拉沙星的羧基与葡甲胺的仲氨基成盐：2 872、1 586、1 395 cm-1.IR光谱表明本品结构中存在伯胺（Ar-NH2）、烷醇（R-OH）、共轭酮羰基、吡啶环、烯键、取代苯环、氟代杂芳环（Ar-F）、氯代苯（Ar-Cl）、铵盐（R1R2NH2+）、酸盐（ArCOO—）、亚甲基、N-甲基和环丁基结构等.详细的IR光谱数据及基团归属见表1.

2.4 MS谱图分析

在溶液中德拉沙星葡甲胺以德拉沙星（记为A，分子式C18H12ClF3N4O4，分子量440.05）和葡甲胺（记为B，分子式C7H17NO5，分子量195.11）的游离态形式存在，正离子模式下，得到质荷比（m/z）为 463.039 52（[A+Na]+）、441.057 23（[A+H]+）、218.100 30（[B+Na]+）和 196.118 32（[B+H]+）离子峰；负离子模式下，得到m/z为439.042 02（[A-H]-）和194.103 26（[B-H]-）离子峰；由A与A+2同位素峰的强度比接近3:1，可确定德拉沙星含一个氯原子（Cl）.高分辨质谱得到德拉沙星和葡甲胺的元素组成分别为C18H12ClF3N4O4（+0.25 ppm）和C7H17NO5（+1.84 ppm）.

表1 德拉沙星葡甲胺主要的IR光谱分析Table 1 Infrared data analysis of delafloxacin meglumine

2.5 NMR谱图分析

分析1H NMR谱图（图2）中的化学位移值、峰形、偶合常数值和二维谱可知：（1）δH3.89（1H，五重峰，J=3.5 Hz）、3.69（1H，d，J=4.0 Hz）、3.61（1H，dd，J=3.3/10.9 Hz）、3.52（1H，m）、3.47（1H，dd，J=1.0/8.0 Hz）、3.42（1H，dd，J=5.6/10.9 Hz）、2.94（1H，dd，J=3.4/12.4 Hz）和2.85（1H，dd，J=7.9/12.4 Hz），COSY谱（图3）表明它们为一个自旋体系，HSQC谱（图4）表明δH3.61和3.42、δH2.94和2.85分别为二组同碳不等价质子，为葡甲胺-NCH2CHCHCHCHCH2O-片断上的8个质子，它们有如下相关关系：δH2.94/2.85↔3.89↔3.69↔3.47↔3.52↔3.61/3.42，其中，δH2.94/2.85的质子与δC34.1的甲基碳在HMBC谱上远程相关，可判断为H-24，由此可对上述质子进行明确归属；（2）δH4.64（2H，m）、4.46（1H，五重峰，J=6.2 Hz）和4.12（2H，m），COSY谱表明它们为一个自旋体系，为环丁基上的5个质子，HSQC谱表明δH4.64和4.12为同碳不等价质子，为H-17，δH4.46 为 H-18；（3）δH8.36（1H，s）、7.88（1H，t，3JHF=9.4 Hz）和 7.76（1H，d，3JHF=14.0 Hz）为德拉沙星结构中的3个孤立的烯质子，受氟原子的偶合产生不同的峰形，结合其峰形，它们分别H-2、H-13和H-5.

德拉沙星结构中含3个氟原子，对多个碳原子偶合使其产生裂分，使低场的碳原子信号峰形变得极其复杂（图 5）.其中一个氟原子连在苯环上；另二个氟原子连在吡啶环的 2-位和 4-位，这 2个位置的碳原子裂分为双二重峰（dd峰），且化学位移接近，使得对它们的区分和归属产生一定的难度.氟原子除对不饱和碳原子产生偶合裂分外，苯环上的氟原子还对环丁基上的2种饱和碳原子产生远程偶合，使得C-17和C-18裂分为双重峰（d峰）.由DEPT谱（图5）与HSQC谱（图4）可直接对本品结构中的1个伯碳（δC34.1）、3种4个仲碳[δC66.5(d)、63.5、52.0]、5个饱和叔碳[δC71.3、70.7、70.3、69.4、61.2(d)]和 3 个不饱和叔碳[δC148.3、113.6(t)、110.2(d)]进行归属.

图2 德拉沙星葡甲胺的1H NMR谱Fig. 2 1H NMR spectrum of delafloxacin meglumine

图3 德拉沙星葡甲胺的1H-1H COSY谱图Fig. 3 1H-1H COSY spectrum of delafloxacin meglumine

图4 德拉沙星葡甲胺的1H-13C HSQC谱Fig. 4 1H-13C HSQC spectrum of delafloxacin meglumine

图5 德拉沙星葡甲胺的13C NMR和DEPT谱Fig. 5 13C NMR and DEPT spectra of delafloxacin meglumine

图6 德拉沙星葡甲胺的1H-13C HMBC谱图Fig. 6 1H-13C HMBC spectrum of delafloxacin meglumine

图7 德拉沙星葡甲胺局部放大的1H-13C HMBC谱图Fig. 7 The partial enlarged 1H-13C HMBC spectra of delafloxacin meglumine

德拉沙星葡甲胺结构中共有12个不饱和季碳，其归属可结合其峰形、偶合常数值和HMBC谱（图6）得到.首先确定3个与氟原子直接相连的季碳的位置，1JCF约为250 Hz，在500 MHz仪器上（C的共振频率约125 MHz）2个裂分峰相差约2 ppm，而在本品的13C NMR谱中，低场区碳原子在2 ppm范围内有多个信号，须仔细确认，确认方法包括2个峰之间的化学位移值差值及HMBC谱中相关峰的情况，由此可判断出δC150.87和148.91的2个信号为C-6，它们与H-5均有远程相关关系；同样可判断出δC145.70、145.66、143.69和143.64的4个信号为吡啶环上的一个与氟原子直接相连的季碳，δC143.64、143.61、141.71和141.68的4个信号为吡啶环上另一个与氟原子直接相连的季碳（图7），它们均与H-13远程相关，其中δC145.70、145.66、143.69和143.64的4个信号还与δH6.64的伯氨基（NH2）远程相关，为 C-14，δC143.64、143.61、141.71和141.68的4个信号则为C-12；δC145.6(d)和134.4(dd)也均与H-13远程相关，为吡啶环上的另外2个季碳，其中δC134.4的碳原子还与H-2远程相关，为 C-11，δC145.6 则为 C-15；δC174.1(d)、166.9、141.6(d)、135.7、118.7(d)、115.2和104.9(d)为喹啉环上的另外7个季碳，由化学位移值可确定δC174.1(d)和166.9为2个羰基碳，它们均与H-2远程相关，其中δC174.1还与H-5远程相关，为C-4，δC166.9则为C-16；δC135.7和115.2为另外2个不受氟原子偶合的碳原子，结合其化学位移，分别为C-9和C-3；δC141.6(d)与H-17远程相关，为C-7；剩下的2个季碳[δC118.7(d)和104.9(d)]均与H-2和H-5有弱的远程相关关系，结合其化学位移值，它们分别为C-8和C-10.详细的1H和13C NMR数据及归属见表2.

表2 德拉沙星葡甲胺样品的1H和13C NMR测定结果Table 2 1H和13C NMR data of delafloxacin meglumine

2.6 晶型分析

由德拉沙星葡甲胺样品的DSC和TGA结果可知，本品不含结晶水，熔点为173.5 ℃（onset），在约 190 ℃开始熔融分解；由 PXRD结果可知，本品为结晶性粉末，其主要吸收峰的 2θ分别为6.3°±0.2°、8.1°±0.2°、9.8°±0.2°、12.7°±0.2°、14.9°±0.2°、17.7°±0.2°、19.1°±0.2°、20.5°±0.2°、24.2°±0.2°、26.9°±0.2°和 38.3°±0.2°.

3 结论

本文通过元素分析、IR光谱、UV光谱、MS和NMR波谱等方法对德拉沙星葡甲胺的结构进行了全面的分析，确证德拉沙星葡甲胺由德拉沙星和葡甲胺二部分组成，二者的摩尔比为 1:1；德拉沙星结构中含三个氟原子，13C NMR谱信号复杂，通过1D和2D NMR技术对德拉沙星葡甲胺的1H和13C NMR信号进行了完整归属，确证了它的化学结构；通过DSC、TGA和PXRD分析，确证了德拉沙星葡甲胺不含结晶水，其为结晶性粉末.

利益冲突

无