利塞膦酸钠的波谱学数据和结构确证

利塞膦酸钠的波谱学数据和结构确证

目的确证利塞膦酸钠的结构。方法采用红外（IR）、紫外（UV）、氢谱（1HNMR）、碳谱（13CNMR，DEPT）等进行结构解析。结果根据氢-氢相关谱（1H-1H COSY）、碳氢相关谱（HMQC）、碳氢远程相关谱（HMBC）对所有的1HNMR和13CNMR谱信号进行了归属；讨论了红外特征吸收峰所对应的官能团的振动形式。结论确证了利塞膦酸钠的结构。

标签：利塞膦酸钠；核磁共振；归属；红外；紫外

利塞膦酸钠是双膦酸盐类药物，化学名为[1-羟基-2-（3-吡啶基）乙叉基]双膦酸单钠盐，其结构式见图1。在临床研究中显现出其对变形性骨炎及骨质疏松症具有优异的疗效[1-4]。文献对利塞膦酸钠的制备与药理方面的报道较多，波谱学方面报道较少。本研究报道了该化合物的红外、紫外、氢氢相关谱、碳谱、碳氢相关谱、碳氢远程相关谱并予以解析，对所有的1HNMR和13CNMR谱信号进行了归属；同时讨论了红外特征吸收峰所对应的官能团的振动形式，并对样品进行热差和热重分析。现报道如下：

1 资料与方法

1.1 仪器和测定条件

1HNMR、13CNMR、HMQC 和HMBC均在超导核磁共振波谱仪（德国Bruker DPX-400M）核磁共振仪上完成。以D2O为溶剂，二维谱采用反相检测探头，1HNMR的观测频率为400.144 MHz；13CNMR的观测频率为100.625 MHz；PE-2400型元素分析仪；PERKIN-ELMER LAMBDA17紫外可见分光光度计；美国BIO-RAD FTS-40型傅立叶变换红外分光光度仪，KBr压片；日本岛津DT-40型热分析仪。

1.2 样品制备

以3-吡啶乙酸盐酸盐为起始原料，与亚磷酸和PCl3缩合、水解得利塞膦酸钠。以异丙醇、水精制[4]。对样品进行HPLC分析，结果表明纯度为99.5%，符合结构鉴定所需纯度。样品的元素分析测定值（m%）为：C 23.98，H 4.29，N 3.98，P 17.6，与理论值基本符合。

2 结果

2.1 利塞膦酸钠的核磁共振谱

利塞膦酸钠分子结构中有7个碳原子，10个质子，1个氮原子，2个磷原子和7个氧原子， 2.5个结晶水。其13CNMR谱上出现7组碳原子信号。利用一维13CDEPT谱可以确定：无伯碳峰，1组仲碳峰，4组叔碳峰，2组季碳峰，与利塞膦酸钠的分子结构相符。

1HNMR谱显示有5组氢，由低场到高场的积分比例为1∶1∶1∶1∶2，与利塞膦酸钠的结构相符。δ3.33的三重峰，相当于2个氢，为7位亚甲基上的两个H。δ7.79的三重峰，相当于1个氢，为5位氢与4位氢和6位氢发生偶合裂分为三重峰，COSY谱（见图2）显示这两组氢相关。δ8.45的双重峰，相当于1个氢，为4位氢与5位氢发生偶合裂分为双重峰，COSY谱显示这两组氢相关。δ8.47的单峰，相当于1个氢，为6位氢。δ8.61的单峰，相当于1个氢，为2位氢。结构中有一个亚甲基，化学位移在最高场，四个吡啶环上的氢，化学位移在低场，其中2位氢由于受N原子和3位上取代基的影响，化学位移在最低场。6位氢受N原子影响移向低场。

由于用氘代水作溶剂，一些活泼氢如磷酸羟基氢和结晶水中的氢与氘发生快速交换而在氢谱中不出现吸收峰。HMBC谱（见图3）显示无伯碳峰存在。利塞膦酸钠结构中共有1个仲碳，4个叔碳，2个季碳，碳谱、HMQC（见图4）和HMBC 也显示出这几个不同类型的碳的特征。δ36.03的碳为仲碳，化学位移在最高场，为7位碳，HMQC显示该碳与7位氢相关。HMBC显示该碳与δ8.45、δ8.61氢远程相关。δ73.52的碳为季碳，为8位碳，HMBC也显示该碳无相关氢。HMBC显示该碳与δ3.33氢远程相关。δ125.95为吡啶环上的叔碳，HMQC显示该碳与5位氢相关，HMBC显示该碳与δ8.45、δ8.47两组氢远程相关，归属为5位碳。δ138.68为吡啶环上的叔碳，为6位碳，HMQC显示该碳与δ8.47氢相关。δ138.50为吡啶环上的叔碳，为4 位碳，HMQC显示该碳与δ8.45氢相关。δ142.33为吡啶环上的叔碳，为2位碳，HMQC显示该碳与δ8.61氢相关。δ149.08为吡啶环上的季碳，为3位碳，HMQC显示该碳无相关氢。HMBC显示该碳与δ8.61，δ8.45，δ7.79远程相关。结构中有两个季碳，8位碳为饱和季碳，化学位移在次高场；3位碳为吡啶环上不饱和季碳，化学位移在最低场。吡啶环上另外四个叔碳，其中2位碳由于受N原子和3位上取代基的影响，化学位移在次低场[5-8]。

2.2 利塞膦酸钠的红外吸收光谱

3 368 cm-1为羟基的O-H伸缩振动吸收峰，该峰比较强且宽证明分子中有多个羟基和结晶水。1 662 cm-1，1 569 cm-1为吡啶环上的C=C、C=N伸缩振动吸收，说明结构中有吡啶环。1 479 cm-1，1 387 cm-1为亚甲基的变形振动吸收，说明结构中含有亚甲基。936 cm-1为P-O 的伸缩振动峰，强度中等，537 cm-1，476 cm-1为磷酸基团的骨架振动，说明分子中含有磷酸基团。890 cm-1，802 cm-1，688 cm-1，630 cm-1为C=C的振动吸收峰（见图5）。各官能团吸收峰符合该化合物结构特征[5-8]。

2.3 利塞膦酸钠的紫外吸收光谱

样品在水、0.1 mol/L NaOH溶液中的最大吸收波长一致，均为262 nm。

2.4 热分析性质

热差和热重分析结果显示，在200℃以下有3个强吸热峰，63.5℃峰为失去1个结晶水时的吸热峰；150.6℃的峰为又失去1个结晶水时的吸热峰；198.0℃峰为失去剩余结晶水时的吸热峰，说明样品中结晶水比较稳定不易失去。本品在50～200℃区域发生明显的失重，其质量损失大约为13.0%，与利塞膦酸钠样品失去2.5分子结晶水（质量损失为：12.8%）相一致。

3 讨论

本研究对利塞膦酸钠进行了比较全面的波谱表征，1HNMR和13CNMR谱实验结果与其结构式一致，红外吸收光谱中显示出各基团的特征吸收峰，各图谱归属合理，根据以上分析结果确证了利塞膦酸钠的化学结构，对该类产品的进一步研究有一定的指导意义。

[参考文献]

[1] Rosen CJ，Kessenich CR. Comparative clinical pgamacology and therapeutic use of bishosphonates in metabolic bone diseases[J]. Drugs，1996，51（4）：537-551.

[2] Wood J，Bonjean K，Ruetz S，et al. Novel antiangiogenic effects of the bisphosphonate compound zoledronic acid[J]. J Pharmacol Exp Ther，2002，302：1055-1061.

[3] 郭郡浩，姚茹冰，赵智明，等. 利塞膦酸钠胶囊治疗绝经后骨质疏松症