环氧化酶-2选择性抑制剂塞来昔布的光谱表征及结构分析
2022-04-20赵振芳谢亚雄
赵振芳 , 宋 寒 , 朱 雁 , 张 祥 , 谢亚雄
(河南省科学院高新技术研究中心 , 河南 郑州 450000)
塞来昔布(celecoxib)是美国 Searle 公司研制的新型高选择性COX-2型非甾体抗炎药,可用于骨关节炎、类风湿性关节炎等疾病的治疗,且胃肠道副作用明显低于传统非甾体抗炎药。此外,由于对COX-2具有高度的选择抑制性,在治疗肿瘤和抑郁症方面也有较好的疗效[1-5]。鉴于塞来昔布在药物化学领域的重要应用,对其合成方法和临床药理的研究近年来不断被报道,但是对其结构的全面分析却鲜见报道,难以在实际生产中对该类药物的质量控制提供根本性的参考[6-8]。本文综合运用IR、MS、NMR等多种现代分析手段对塞来昔布进行结构表征,探究其光谱特性和结构特征,解析质谱裂解途径,对特征谱峰归属,准确推断塞来昔布结构,为该类药物的生产和鉴定提供了科学依据。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
VarioEL cubeV4.0.4型元素分析仪,德国Elementar公司;Smart Lab 3KV型X射线衍射仪,日本理学公司;STA 449C型差热分析仪,德国NETSCH公司;NICOLET 6700型红外光谱仪,美国赛默飞世尔科技公司,波数扫描范围4 000~400 cm-1;TRACE DSQ Ⅱ 质谱联用仪,美国赛默飞世尔科技公司,配备EI源,电离电压为70 eV;Agilent Technologies 400MR超导NMR谱仪,美国安捷伦公司。
氘代二甲基亚砜(DMSO-d6,Sigma-Aldrich公司),其他试剂为分析纯,实验用水为超纯水。塞来昔布样品为类白色结晶性粉末,溶于乙醇、甲醇、二甲亚砜等有机溶剂。
1.2 方法
所有的NMR实验均在Agilent Technologies 400MR超导NMR谱仪上完成,以四甲基硅烷(δH0.00,δC0.00)为内标,DMSO-d6为溶剂,实验温度为25 ℃。1H NMR的工作频率和谱宽分别为399.79 MHz和6 410.3 Hz,13C NMR的工作频率和谱宽分别为100.52 MHz和25 000.0 Hz,DEPT的谱宽与13C NMR相同。二维核磁谱(1H-1H COSY,1H-13C HMQC,1H-13C HMBC)均用标准脉冲程序,1H-1H COSY谱的F2维(1H)及F1维(1H)谱宽均为5 186.7 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×256;1H-13C HMBC的F2维(1H)及F1维(13C)谱宽分别为5 186.7 Hz和24 125.5 Hz,1H-13CHSQC的F2维(1H)及F1维(13C)谱宽分别为5 186.7 Hz和20 105.6 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×256。
2 结果与讨论
2.1 元素分析
采用CHNS模式,对样品中C、H、N、S元素进行分析测试,各元素测量值平行性好,与理论值基本一致,结果见表1。
表1 塞来昔布元素分析数据 %
2.2 TG-DSC综合热分析
以N2气氛、10 ℃/min升温速度为实验条件,测试温度范围为50~550 ℃,进行热重分析(TG)和差示扫描量热分析(DSC),结果见图1。
图1 塞来昔布TG-DSC曲线
DSC曲线表明,156.5 ℃处有一吸热峰,峰顶温度为161.8 ℃,推测156.5 ℃为塞来昔布的熔点。TG曲线表明,从350.5 ℃开始样品快速失重,推测该温度为塞来昔布分解温度。
2.3 X射线衍射分析(XRD)
将塞来昔布样品充分研磨后,取适量粉末进行XRD测试,测试条件为:管压40 kV,管流35 mA,扫描速度6°/min,步长0.02°,辐射靶材为Cu靶,衍射图谱见图2。
图2 塞来昔布的XRD谱图
由图2分析可知,主要衍射峰有5.35°、14.82°、16.08°、19.64°、21.50°、22.37°、23.45°、25.36°等,表明该样品以结晶态存在。
2.4 红外光谱分析(IR)
图3 塞来昔布的红外吸收光谱
表2 塞来昔布红外光谱数据及归属
2.5 质谱分析(GC-MS)
使用TRACE DSQ Ⅱ 质谱联用仪,EI电离方式对塞来昔布样品进行测定。质谱图有多个特征碎片离子,m/z分别为381.4、300.7、231.6、140.6、115.3、91.3、69.1,其中m/z(381.4)为分子离子峰,与塞来昔布相对分子质量相符,m/z(115.3)为基峰,结合离子丰度,对样品可能的裂解方式进行合理推断(图4),特征性碎片离子均可得到合理解释,符合塞来昔布化合物结构特征。
图4 塞来昔布的主要裂解机理
2.6 核磁共振分析(NMR)
综合分析塞来昔布的1H NMR(图5)谱、13C NMR 谱(图6)、DEPT 谱(图10),可知δH2.32为单峰,质子数为3,归属为H-11;在HSQC 谱(图8)中,δC20.79与H-11相关,归属为C-11;在1H NMR谱中,δH7.19~7.24范围内有5个质子,呈现多重峰,结合HMBC谱(图9),δH7.20~7.24与C-11相关,而δH7.19与C-11无相关性,因此将δH7.20~7.24归属为苯环上H-6/7和H-8/9,δH7.19归属为H-3。 由于甲基对位取代苯环上的芳香氢信号基本重叠,在HSQC对应碳信号(δC128.80、129.45)出现在一个区域,结合HMBC谱,δC129.45与H-11具有明显相关性,因此将δC128.80、129.45分别归属为C-6/7和C-8/9。在HSQC谱中,δC106.13与H-3相关,将其归属为C-3。在HMBC谱中,δC145.28与δH(7.20~7.24)和δH7.19均有相关性,将其归属为C-5,δC125.40与δH(7.20~7.24)相关,与H-3无相关性,将其归属为C-4,δC139.14与H-6/7、H-8/9和 H-11均相关,归属为C-10。根据13C NMR 谱,结合DEPT 谱和HMBC谱,δC142.26与H-3相关,谱峰裂分成四重峰,且与其他氢无相关性,将其归属为C-1,δC121.33与C-1峰形一致,在HSQC谱中无相关性,将其归属为C-2。在1H NMR谱中,δH7.52质子数为2,归属为活泼氢,δH(7.53~7.55)归属为H-15/16。 在1H-1H COSY谱中(图7),δH(7.86~7.88)与H-15/16相关,将其归属为H-13/14。 在HSQC谱中,δC125.99与H-15/16相关,归属为C-15/16,δC126.86与H-13/14相关,归属为C-13/14。在HMBC中,δC141.17与H-13/14相关,归属为C-12,δC144.04与H-15/16相关,归属为C-17。具体的1H NMR、13C NMR及二维谱图数据及归属见表3。
图5 塞来昔布的1H NMR谱
图6 塞来昔布的13C NMR谱
图7 塞来昔布的1H-1H COSY谱
图8 塞来昔布的HSQC谱
图9 塞来昔布的HMBC谱
3 结论
元素分析测定样品C、H、N、S元素含量与塞来昔布相符,X射线衍射分析确定该样品以结晶态存在,热分析表明该样品熔点是156.5 ℃,分解温度为350.5 ℃,红外光谱显示了与塞来昔布相符合的特征峰,质谱测得分子离子峰与塞来昔布相对分子质量一致,结合特征碎片离子峰,对样品可能的裂解机理进行合理推断,核磁共振图谱对碳、氢进行合理归属。综合以上分析,确定样品结构为(4-[5-(4-甲基苯基)-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-1-基]苯磺酰胺,为塞来昔布的质量控制及同类化合物的分析提供了参考依据。
表3 塞来昔布的1H NMR和13C NMR数据及归属