環(huán)氧黃體酮結(jié)構(gòu)的光譜學(xué)分析

環(huán)氧黃體酮結(jié)構(gòu)的光譜學(xué)分析

0有機(jī)化合物分子的結(jié)構(gòu)式和構(gòu)象黃酮環(huán)氧化是一種16c和17c，通常被稱為黃酮沃氏氧化物和黃酮環(huán)氧化。化學(xué)名稱為16c、17cc-生態(tài)環(huán)羥基-4-烯-3、20-二羥基（16，17，e-proem，e-3，20-deone）。它是由甘薯素、環(huán)氧化、反應(yīng)、環(huán)氧化和氧化組成的。它也是由環(huán)磷酰氯、環(huán)磷酰胺、環(huán)磷酰胺、環(huán)磷酰胺和其他環(huán)磷酰氯磺酸鹽合成的重要單體。在合成過(guò)程中，有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、異構(gòu)化和異構(gòu)化的現(xiàn)象。環(huán)磷酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。圖1顯示了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。有機(jī)化合物分子的構(gòu)型和構(gòu)象直接決定著該分子的生物活性,有特殊生物活性的分子必然具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu),人們常常利用核磁二維圖譜來(lái)確定有機(jī)化合物分子的構(gòu)型和構(gòu)象,但有不確定性和模糊性,且儀器檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng),圖譜解析要求有較高的專業(yè)知識(shí),可用X射線單晶衍射技術(shù)來(lái)確定有機(jī)化合物分子的構(gòu)型和構(gòu)象。晶體能對(duì)波長(zhǎng)與晶格間距相近的射線相互作用,產(chǎn)生相干現(xiàn)象,X射線照射到晶體上,就會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng),其衍射方向和強(qiáng)度即為衍射花樣,取決于晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其周期性,每個(gè)晶格點(diǎn)均對(duì)入射X射線起彈性散射,發(fā)射波長(zhǎng)不變的圓形波,產(chǎn)生相干即衍射現(xiàn)象。通過(guò)改變衍射線波長(zhǎng)及最大衍射角來(lái)獲得較高的分辨率,在不同分辨率情況下得到電子密度等高線圖,以此來(lái)確定原子的種類,結(jié)合核磁、紅外、質(zhì)譜和元素分析可準(zhǔn)確地確定出有機(jī)化合物分子的構(gòu)型和構(gòu)象。本文首次利用X射線單晶衍射技術(shù)分析甾體激素藥物中間體環(huán)氧黃體酮的構(gòu)型和構(gòu)象,確定環(huán)氧黃體酮的晶體結(jié)構(gòu),對(duì)明確環(huán)氧黃體酮的理化性質(zhì)有著至關(guān)重要的作用,可為環(huán)氧黃體酮的合成和下游產(chǎn)品的合成提供一些理論依據(jù)。1材料和方法1.1材料、試劑和機(jī)器1.1.1選擇07-1333的抗靜電分子c1h28o3環(huán)氧黃體酮購(gòu)置于城固縣振華生物科技有限責(zé)任公司,CASNO:1097-51-4,分子式C21H28O3,分子量328.45,熔點(diǎn)199.5~201.2℃,含量≥98.5%,干燥失重≤0.5%,白色或類白色結(jié)晶性粉末,無(wú)臭,微溶于乙醇、甲醇、甲苯。1.1.2試劑與儀器乙酸乙酯(AR,成都市科龍化工試劑廠),石油醚(AR,天津市富宇精細(xì)化工有限公司),丙酮(AR,西安市新城區(qū)醫(yī)藥化工廠),濃硫酸(化學(xué)純,西安化學(xué)試劑廠),氯仿(AR,天津化學(xué)試劑六廠),氘代氯仿試劑(色譜純,進(jìn)口分裝),水為蒸餾水。1.1.3紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)BrukerAM-300超導(dǎo)核磁共振儀(瑞士Bruker公司);Nicolet170SXFT-IR紅外光譜儀(日本島津公司);UV-6300PC型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司);高分辨質(zhì)譜儀(EIMS和FABMS用VG.ZAM-HS);BrukerSmart-1000CCD型單晶衍射儀(瑞士Bruker公司);2400型元素分析儀(美國(guó)Perkin-Elmer公司);X-6顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(北京泰克儀器有限公司)。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1棱柱狀“五水”結(jié)晶取環(huán)氧黃體酮粉末少許用乙酸乙酯-石油醚按體積比2∶8混合溶劑進(jìn)行溶解,靜置揮發(fā)得到四棱柱狀無(wú)色晶體。將環(huán)氧黃體酮晶體用少許氯仿溶解,薄層色譜法檢測(cè)其Rf值。1.2.2紅外光譜檢測(cè)碳譜13C-NMR用超導(dǎo)核磁共振儀,TMS作為內(nèi)標(biāo),氘代氯仿為溶劑進(jìn)行檢測(cè);紅外光譜儀測(cè)定用KBr壓片法;用乙醇為溶劑溶解環(huán)氧黃體酮檢測(cè)紫外光譜;通過(guò)質(zhì)譜和元素分析等來(lái)確定分子離子峰和元素組成比例,進(jìn)行綜合解析,表征環(huán)氧黃體酮的結(jié)構(gòu),采用熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定熔點(diǎn)。1.2.3結(jié)構(gòu)解析和最小二乘法修正選用一粒0.35mm×0.27mm×0.16mm的環(huán)氧黃體酮晶體,在單晶衍射儀中進(jìn)行測(cè)定。石墨單色化的Mo/Kα射線波長(zhǎng)λ=0.071073nm為入射輻射,在1.88°~25.09°掃描范圍內(nèi)用φ-ω掃描方式,在296(2)K下收集了3160個(gè)獨(dú)立衍射點(diǎn),2916個(gè)I>2δ(I)的可觀察點(diǎn)用于結(jié)構(gòu)解析和最小二乘法修正,參與精確修正的參數(shù)為221個(gè),由可觀察點(diǎn)計(jì)算最終偏差因子R=0.0333,ωR=0.0824。數(shù)據(jù)處理用SHELXTL軟件包,強(qiáng)度數(shù)據(jù)經(jīng)LP校正和經(jīng)驗(yàn)吸收校正。用直接法確定非氫原子的坐標(biāo),并對(duì)非氫原子及各向異性熱參數(shù)進(jìn)行全矩陣最小二乘法修正,其中氫原子的坐標(biāo)由幾何學(xué)理論計(jì)算確定。2結(jié)果與討論2.1硫酸乙醇溶液和石油醚水溶液的相互作用用不同體積比的乙酸乙酯和石油醚混合溶液作為展開(kāi)劑,進(jìn)行展開(kāi)劑的選擇,質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硫酸乙醇溶液為顯色劑,在105℃下烘烤呈現(xiàn)紫紅色斑點(diǎn),薄層分析結(jié)果如表1所示,用乙酸乙酯和石油醚按體積比8∶2的溶液作展開(kāi)劑效果較佳,其Rf值為0.46。2.2環(huán)已烷氧基的基碳結(jié)構(gòu)環(huán)氧黃體酮的熔點(diǎn)為199.5~201.2℃;紫外光譜(乙醇為溶劑,λmax):241.2nm處有最大吸收峰;質(zhì)譜分析(70eV)m/z:328.23;理論計(jì)算值C21H28O3(%):C76.79,H8.59,元素分析測(cè)量值(%):C76.68,H8.53。紅外光譜采用Nicolet170SXFT-IR紅外光譜儀測(cè)定用KBr壓片,環(huán)氧黃體酮的IR譜如圖2所示,IRν(KBr/max)cm-1:3024,2976,2948,2928,2891,2853,1699,1667,1613,1454,1445,1436,1421,1379,1364,1331,1301,1272,1267,1248,1236,1229,1212,1191,1186,1077,977,946,923,897,865,864,696,620,614,表明分子是甾族碳骨架結(jié)構(gòu),存在羰基、碳碳雙鍵和環(huán)氧環(huán)。環(huán)氧黃體酮的13C-NMR圖譜如圖3所示,δ(ppm):35.7(C—1),33.9(C—2),199.2(C—3),124.1(C—4),170.4(C—5),32.67(C—6),31.61(C—7),33.4(C—8),53.9(C—9),38.7(C—10),20.5(C—11),31.2(C—12),41.6(C—13),44.9(C—14),27.4(C—15),60.4(C—16),70.7(C—17),15.21(C—18),17.3(C—19),204.6(C—20),25.9(C—21)。經(jīng)13C-NMR譜,結(jié)合IR譜、UV譜、MS譜以及元素分析確定為環(huán)氧黃體酮,分子式為C21H28O3,這些數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)報(bào)道的環(huán)氧黃體酮波譜數(shù)據(jù)一致。2.3結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)環(huán)氧黃體酮具有甾族環(huán)的基本特征其分子結(jié)構(gòu)式如圖1所示,它由五個(gè)環(huán)、兩個(gè)羰基、三個(gè)甲基組成,在環(huán)氧黃體酮的五個(gè)環(huán)中一個(gè)環(huán)是環(huán)氧環(huán),A環(huán)、B環(huán)、C環(huán)是六碳環(huán),D環(huán)是五碳環(huán),其中A環(huán)呈船式構(gòu)象,C1和C4是船頭兩個(gè)碳;B環(huán)呈椅式構(gòu)象,C6、C7、C9和C10四個(gè)碳原子在一個(gè)平面內(nèi),C5和C8分別在這個(gè)平面的兩側(cè),C環(huán)呈椅式構(gòu)象,C8、C11、C12和C14四個(gè)碳原子在一個(gè)平面內(nèi),C9和C13分別在這個(gè)平面的兩側(cè),D環(huán)呈信封式構(gòu)象,C15、C16、C17和C13四個(gè)碳原子在一個(gè)平面內(nèi),C14是信封式構(gòu)象的封口。環(huán)氧黃體酮為手性化合物,其晶系為正交P212121,為非中心對(duì)稱空間群(222)。分子結(jié)構(gòu)中有六個(gè)手性碳原子分別為C8、C9、C10、C13、C14和C16,六個(gè)手性碳原子的相對(duì)構(gòu)型從其晶體結(jié)構(gòu)中很容易確定出來(lái),C8和C16上的氫原子處于β位,C9和C14上的氫原子處于α位,C10和C13上的甲基處于β位。用X射線單晶衍射技術(shù)確定環(huán)氧黃體酮的構(gòu)型和構(gòu)象,和利用核磁共振技術(shù)二維圖譜來(lái)分析環(huán)氧黃體酮的構(gòu)型和構(gòu)象,兩者的結(jié)果是相同的,可以相互印證,其絕對(duì)構(gòu)型還有待進(jìn)一步研究。環(huán)氧黃體酮晶體結(jié)構(gòu)如圖4所示,環(huán)氧黃體酮晶體空間堆積結(jié)構(gòu)如圖5所示。環(huán)氧黃體酮的晶體數(shù)據(jù)及修正參數(shù)列于表2,鍵長(zhǎng)和鍵角參數(shù)列于表3,其原子坐標(biāo)和等效溫度因子等相關(guān)環(huán)氧黃體酮的晶體數(shù)據(jù)以CIF-file的形式存放于TheCambridgecrystallographicDataCenter(No.CCDC769549)。環(huán)氧黃體酮晶體結(jié)構(gòu)中的存在著兩種氫鍵,晶體中一個(gè)分子通過(guò)兩種氫鍵和另外四個(gè)分子鏈接形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),分子間依靠分子間氫鍵結(jié)合在一起,一個(gè)分子C3上羰基和另一個(gè)分子的C21甲基上的氫原子間形成氫鍵,其鍵參數(shù)為:鍵長(zhǎng)為O1…C21(-x,-0.5+y,1.5-z):3.664ue425;H…O2:2.718ue425和鍵角為O1-H…C21:168.14°;這個(gè)分子C20上的羰基氧O3和第二個(gè)分子的C15上氫形成氫鍵,其鍵參數(shù)為:鍵長(zhǎng)為O3…C15:3.453ue425;H…O2:2.649ue425和鍵角為O3-H…C15:140.58°;同時(shí)這個(gè)分子C15上氫原子和第三個(gè)分子的C20上羰基氧形成氫鍵,C21上氫原子和第四個(gè)分子C3上的羰基氧形成氫鍵,就這樣不斷延伸形成了如圖6所示的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。3結(jié)構(gòu)的晶胞參數(shù)利用現(xiàn)代光譜技術(shù)如NMR譜、IR譜、UV譜、MS譜以及元素分析等對(duì)環(huán)氧黃體酮的結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合解析,同時(shí)利用X射線單晶衍射技術(shù)對(duì)環(huán)氧黃體酮的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析,準(zhǔn)確地確定了環(huán)氧黃體酮分子的構(gòu)型和構(gòu)象,能夠相互印證。環(huán)氧黃體酮晶體屬于orthorhombic晶系,P212121空間群,晶胞參數(shù)a=0.741345(14)nm,b=1.3845(3)nm,c=1.7276(3)nm,α=β=γ=90.00°,V=1.7732(6)nm3,Dc=1.230mg/m3,Z=4,F(000)=712。環(huán)氧黃體酮分子結(jié)構(gòu)中存在著五個(gè)環(huán)