波谱学杂志, 2021, 38(2): 268-276 doi: 10.11938/cjmr20202855

研究简报

德拉沙星葡甲胺波谱学数据解析

赵心怡1,3, 韩冬2, 罗红军2, 沈文斌,3, 杨功俊,1

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

Spectroscopic Studies of Delafloxacin Meglumine

ZHAO Xin-yi1,3, HAN Dong2, LUO Hong-jun2, SHEN Wen-bin,3, YANG Gong-jun,1

1. Department of Pharmaceutical Analysis, China Pharmaceutical University, Nanjing 211100, China

2. Yangtze River Pharmaceutical Group Co., Ltd., Taizhou 225321, China

3. Pharmaceutical Research Institute, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China

通讯作者:

沈文斌, Tel: 025-83271233, E-mail: 13851645091@163.com

SHEN Wen-bin, Tel: 025-83271233, E-mail: 13851645091@163.com

杨功俊, Tel: 13814026568, E-mail: yanggongjun888@163.com

YANG Gong-jun, Tel: 13814026568, E-mail: yanggongjun888@163.com


收稿日期: 2020-09-21  

Received: 2020-09-21  

摘要

本文采用元素分析、紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱和核磁共振（NMR）波谱（包含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进行了结构分析，确证了德拉沙星葡甲胺的结构，分析了其IR谱图特征吸收峰对应的基团，对其1H和13C NMR信号进行了完整归属.并通过差示扫描量热法、热重分析及粉末X-射线衍射分析对德拉沙星葡甲胺的晶型进行了初步研究.

关键词： 德拉沙星葡甲胺 ; 核磁共振(NMR) ; 红外吸收光谱 ; 结构确证 ; 晶型

Abstract

The structure of delafloxacin meglumine was analyzed by infrared absorption (IR), ultraviolet absorption (UV), nuclear magnetic resonance (1H NMR, 13C NMR, DEPT, 1H-1H COSY, 1H-13C HSQC and 1H-13C HMBC) spectroscopy, mass spectrometry and elemental analysis. The characteristic absorption peaks in the IR spectra were discussed. The 1H and 13C NMR signals of delafloxacin meglumine were assigned, and the two-dimensional signals were used to elucidate its structure. The crystal structure of delafloxacin meglumine was studied by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) and powder X-ray diffraction (PXRD).

Keywords： delafloxacin meglumine ; nuclear magnetic resonance (NMR) ; infrared absorption spectroscopy ; structural elucidation ; crystal structure

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本文引用格式

赵心怡, 韩冬, 罗红军, 沈文斌, 杨功俊. 德拉沙星葡甲胺波谱学数据解析. 波谱学杂志[J], 2021, 38(2): 268-276 doi:10.11938/cjmr20202855

ZHAO Xin-yi. Spectroscopic Studies of Delafloxacin Meglumine. Chinese Journal of Magnetic Resonance[J], 2021, 38(2): 268-276 doi:10.11938/cjmr20202855

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

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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（δH 0.00，δC 0.0）.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.

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

吸收峰波数/cm-1振动类型基团
3484, 3311, 3183O-H伸缩振动醇（-OH）
N-H伸缩振动伯胺（Ar-NH2）
3080=C-H伸缩振动=C-H
2992, 2937, 2872C-H伸缩振动烷基
2872-NH2+对称、不对称伸缩振动铵盐（R1R2NH2+）
1631, 1586, 1552C=O伸缩振动共轭酮羰基
C=N、C=C伸缩振动烯键、吡啶环
1631N-H弯曲振动伯胺（Ar-NH2），铵盐（R1R2NH2+）
1586, 1491苯环骨架C=C伸缩振动苯环
1586, 1395-CO2-对称、不对称伸缩振动羧酸盐（ArCOO-）
1458, 1425C-H弯曲振动亚甲基，环丁基
1425O-H弯曲振动醇（-OH）
1395C-H弯曲振动N-甲基
1325C-N伸缩振动伯胺（Ar-NH2）
1228C-F伸缩振动氟代杂芳环（Ar-F）
1172, 1076C-O伸缩振动醇（-OH）
1110C-Cl伸缩振动氯代苯（Ar-Cl）
821=C-H面外弯曲振动取代芳环

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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）.

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）δH 3.89（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δH 3.61和3.42、δH 2.94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：δH 2.94/2.85↔3.89↔3.69↔3.47↔3.52↔3.61/3.42，其中，δH 2.94/2.85的质子与δC 34.1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）δH 4.64（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δH 4.64和4.12为同碳不等价质子，为H-17，δH 4.46为H-18；（3）δH 8.36（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.

图2

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图2   德拉沙星葡甲胺的1H NMR谱

Fig.2   1H NMR spectrum of delafloxacin meglumine


图3

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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

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图4   德拉沙星葡甲胺的1H-13C HSQC谱

Fig.4   1H-13C HSQC spectrum of delafloxacin meglumine


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（δC 34.1）、3种4个仲碳[δC 66.5(d)、63.5、52.0]、5个饱和叔碳[δC 71.3、70.7、70.3、69.4、61.2(d)]和3个不饱和叔碳[δC 148.3、113.6(t)、110.2(d)]进行归属.

图5

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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


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δC 150.87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δC 145.70、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，δC 143.64、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δC 145.70、145.66、143.69和143.64的4个信号还与δH 6.64的伯氨基（NH2）远程相关，为C-14，δC 143.64、143.61、141.71和141.68的4个信号则为C-12；δC 145.6(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δC 134.4的碳原子还与H-2远程相关，为C-11，δC 145.6则为C-15；δC 174.1(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δC 174.1(d)和166.9为2个羰基碳，它们均与H-2远程相关，其中δC 174.1还与H-5远程相关，为C-4，δC 166.9则为C-16；δC 135.7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；δC 141.6(d)与H-17远程相关，为C-7；剩下的2个季碳[δC 118.7(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.

图6

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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

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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


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

PositionδC(J/Hz)δH (J/Hz)1H -1H COSYHMBC
2148.38.36 (1H, s)//
3115.2//H-2
4174.1 (d, 4JCF=1.4 Hz)//H-2, H-5
5110.2 (d, 2JCF =22.6 Hz)7.76 (1H, d, 3JHF =14.0 Hz)//
6149.9 (d, 1JCF =246.8 Hz)//H-5
7141.6 (d, 2JCF =11.8 Hz)//H-5, H-17, H-18
8118.7 (d, 3JCF =6.7 Hz)//H-2, H-5
9135.7//H-2, H-5
10104.9 (d, 3JCF =5.4 Hz)//H-2, H-5
11134.4 (dd, J=4.2/13.1 Hz)//H-5, H-13, NH2
12142.7 (dd, J=4.5/242.0 Hz)//H-13
13113.6 (t, 2JCF =22.3 Hz)7.88 (1H, t, 3JHF=9.4 Hz)//
14144.7 (dd, J=5.2/253.1 Hz)//H-13, NH2
15145.6 (d, 2JCF =14.3 Hz)//H-13
16166.9//H-2
1766.5 (d, 4JCF =4.5 Hz)4.64 (2H, m)H-18/
4.12 (2H, m)
1861.2 (d, 5JCF =4.5 Hz)4.46 (1H, quint, J=6.2 Hz)H-17H-17
1963.53.61 (1H, dd, J=3.3/10.9 Hz)H-20H-20, H-21
3.42 (1H, dd, J=5.6/10.9 Hz)
2071.33.52 (1H, m)H-19, H-21H-19, H-21, H-22
2170.73.47 (1H, dd, J=1.0/8.0 Hz)H-20, H-22H-19, H-20, H-23
2270.33.69 (1H, d, J=4.0 Hz)H-21, H-23H-20, H-23, H-24
2369.43.89 (1H, quint, J=3.5 Hz)H-22, H-24H-21, H-22, H-24
2452.02.94 (1H, dd, J=3.4/12.4 Hz)H-23H-22, H-23, H-25
2.85 (1H, dd, J=7.9/12.4 Hz)
2534.12.49 (3H, s)/H-24
NH2/6.64 (2H, s, br)//

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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【-逻*辑*与-】#160;【-逻*辑*与-】#160;无

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WANG Y L , WANG X J , WANG Z W .

Spectral analyses and structural elucidation of azilsartan

[J]. Chinese J Magn Reson, 2019, 36 (3): 350- 358.

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王亚兰, 王晓静, 王志伟.

阿齐沙坦的波谱学数据及结构确证

[J]. 波谱学杂志, 2019, 36 (3): 350- 358.

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