全 文 ：波 谱 学 杂 志第 15卷第 5期
1998年 10月　 Chinese Journal of M agnetic Resonance
Vol.15 No.5
　Oct.1998
核磁共振研究大叶蛇葡萄提取物蛇葡萄素
张汉萍
(同济医科大学药学院 ,武汉 430030)
阎江丽　毛希安　沈联芳
(中国科学院武汉物理与数学研究所　波谱与原子分子物理国家重点实验室 ,武汉 430071)
摘　要　通过质子检测的13C-1H 异核多键化学位移相关谱 、13C-1H 异核多量子化学位移相
关谱和质子相敏交换谱等 NMR二维方法确定了传统中草药大叶蛇葡萄提取物的结构为蛇葡
萄素(3 , 3 , 4 , 5 , 5 , 7-六羟基双氢黄酮醇), 得到了更加准确的1H 和13C 化学位移归属 , 并观
测和讨论了这一体系中溶剂二甲亚砜的质子化现象.
关键词　大叶蛇葡萄 ,蛇葡萄素 , 化学位移 ,HMBC ,溶剂质子化
1　前言
大叶蛇葡萄(ampelopsis megalophylla diels et gilg)为葡萄科蛇葡萄属植物 ,是一种传
统中草药 ,具有显著的降高血压 、降胆固醇的生物活性 ,临床上用于治疗原发性高血压病.
但对其活性成分的研究还未见报道.我们通过化学分离 ,从其有效部位分得一淡黄色结
晶 ,经质子检测的13C-1H 异核多键化学位移相关谱(HMBC)、13C-1H 异核多量子化学
位移相关谱(HMQC)和质子相敏交换谱(EXSY)等核磁共振二维方法分析确认为是蛇葡
萄素(ampeloptin),也即 3 , 3 ,4 ,5 ,5 ,7-六羟基双氢黄酮醇(3 ,3 ,4 ,5 ,5 ,7-hexa-
hydoxy dihydroflavonol).该化合物虽然在其它同科植物中发现过[ 1～ 4] ,但在大叶葡萄中
还是首次被分离.
3 ,3 ,4 ,5 ,5 , 7-六羟基双氢黄酮醇结构虽然已有NMR研究报道[ 1 , 2] ,但其化学位
移相差很小的 6位和 8位1H 和13C 信号的归属却一直被混淆.本文完全归属了该化合
物1H和13C化学位移 ,并较详细地探讨了观测到的溶剂氘代二甲亚砜 d6 -DMSO 质子化
作用 ,这一现象在通常情况下很难被观测到.
收稿日期　1998-07-10　　收修改稿日期　1998-07-30　　　张汉萍 ,女 , 48岁 ,副教授
2　实验与方法
大叶蛇葡萄全草经浸泡 、萃取 、色谱柱分离和浓缩 、结晶可得淡黄色晶体[ 4] .结晶样
品在 5 mm 核磁管中溶入 0.5 mL 氘代二甲亚砜中 ,配成约 0.05 mol/L 的溶液.全部
NMR实验均在 ARX-500(Bruker)谱仪上完成 ,实验用 5 mm 反式探头进行 , 1H 共振频
率为 500.13 MHz , 13C共振频率 125.77 MHz ,实验全部采用 Bruker 标准脉冲序列.探头
温度恒定为 298.2 K ,由Bruker V T-2000温控器控制 ,控温精度为 ±0.1 K.质子检测的
13C-1H 异核多键化学位移相关谱(HMBC):一键耦合延迟 3.45 ms ,多键耦合延迟 67
ms ,脉冲间隔 2 s ,累加 32次 ,采样数据距阵 1024×512.质子检测的13C-1H 异核多量子
化学位移相关谱(HMQC):脉冲间隔 2 s ,多量子延迟 4 ms ,累加 32次 ,采样数据距阵
1024×512.质子同核交换谱(EXSY):混合时间 1.5 s ,脉冲间隔 2 s ,累加 16次 ,采样数据
距阵 1024×512.质子自旋晶格弛豫时间的测定采用常规反转恢复的方法.
3　结果
3.1　1H 和13C化学位移的全归属
　　蛇葡萄素的结构如图 1所示 ,大多数的
质子峰都很容易根据其化学位移和峰形完
成归属 ,但 H-2 、H-3和 H-6 、H-8之间
的区分及碳谱的完全归属还需要借助于质
子检测的异核多键化学位移相关谱(HM-
BC)和质子检测的异核多量子化学位移相
关谱(HMQC).HMBC 谱如图 2所示 ,在其
上方和左边分别显示了该化合物的质子谱
和碳谱.由于 3位OH 质子参与快速的化学
交换中 ,H-2 和 H -3 形成完全相同的峰
形.从图 1所示的结构示意图并不容易区分
　　
5
O
H
6
HO
7
8
9
10
O
1
4
O
H
2
OHH
3
2′1′
6′
OH
5′ OH　
4′
OH3′
A　　　　　　　
B
图 1　蛇葡萄素的结构示意图
Fig.1　Chemical structure of ampeloptin
H-2和 H-3 ,因为从化学环境看 C-2(与氧原子和苯环相连)、C-3(与氧原子和羰基相
连)间并没有明显的区别.但在该化合物的 HMBC 谱上 ,这两个质子除都与 C-4(羰基 ,
197.3 ppm)和 C-1 (128.1 ppm)形成相关峰外 ,其中之一还与C-2 /6 (107.1 ppm)形
成了相关峰 ,这一质子显然就是 H-2.H-2的化学位移较 H-3的化学位移大了约 0.3
ppm ,与 C-2相比 C-3的共振峰在高场.
环A 只有 2个非交换质子 H-6 、H-8 ,二者化学位移相差不到 0.1 ppm ,C-6 、C-8
的化学位移也相差很小(约 1 ppm),区分它们是环 A 归属的关键.如果不用化学修饰 ,其
他的谱学方法是很难解决这一问题的.在 HMBC谱我们观测到了与 5位羟基质子有关的
3个相关峰 ,在13C 维上从低场至高场分别表明该质子与 C-9(164.2 ppm)、C-10(100.8
ppm)和C-6(96.3 ppm)相关 ,这 3个相关峰已为我们提供了归属A环的足够信息.C-6
和C-8的区分也变得一目了然 ,后者的化学位移为 95.3 ppm ,H -6 和 H-8的化学位
移分别为 5.9和 5.8 ppm.
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图 2　蛇葡萄素 d6-DMSO 溶液中的13C-1H HM BC谱
Fig.2　13C-1H HMBC spect rum of ampeloptin in d6-DMSO
图 3 　蛇葡萄素 d6-DMSO溶液中的质子交换谱
Fig.3　Proton EXSY spectrum of ampelopt in in d6-DMSO
397第 5期　　　　　张汉萍等:核磁共振研究大叶蛇葡萄提取物蛇葡萄素
在此基础上很容易区分化学位移也非常接近的 C-5和 C-9 ,全部1H 与13C的化学位移
如表 1所示.由于 H-6和 H-8的化学位移非常接近 ,其归属曾经被混淆[ 1] .
表 1　蛇葡萄素13C 和1H 化学位移 , 化学位移以 TMS 为标
Tab.1　13C and 1H chemical shifts of ampeloptin Chemical
shifts are referenced to TMS
Posi tion δ(13C) δ(1H)
2 84.2 4.4
3 72.7 4.1 , 5.7(OH)
4 197.3
5 163.4 11.8(OH)
6 96.3 5.9
7 167.7 10.7(OH)
8 95.3 5.8
9 164.2
10 100.8
1 128.1
2 / 6 107.1 6.4
3 / 5 145.8 8.9(OH)
4 133.9 8.2(OH)
在此化合物的质子谱上 ,谱峰的耦合裂分并不复杂.H-2和 H-3之间有着很强的 J
耦合作用 ,测得耦合常数为 11.4 Hz ,说明二质子呈反式二直立键系统 ,C -2和 C-3的
绝对立体构型为 2R ,3R 型[ 7] .H-6和 H-8之间虽然相隔 4个化学键 ,但由于苯环环电
流的作用 ,二质子间有着较小的远程耦合(1.8 Hz),在质子谱上也表现出 AB 系统峰形.
在质子谱上我们测到了蛇葡萄素的全部可交换质子的信号 ,只是强度相对低得多.因此 ,
活泼质子的归属还需要 EXSY谱的印证.图 3 是蛇葡萄素的 EXSY 谱 ,显示了体系中多
个活泼质子间的交换网络.H2O 与活泼的 OH 质子间的交换交叉峰强度比 OH 质子之间
的交换交叉峰强度要大得多 ,说明蛇葡萄素分子内活泼质子之间的交换是通过溶液中的
残留水传递的.在蛇葡萄素的 6个(5组)羟基质子中 ,5位羟基质子具有比较特殊的性质:
它的化学位移最大(11.8 ppm);其共振峰的半峰宽只有约 2 Hz ,与非交换质子的半峰宽
差不多 ,而其它可交换质子峰的半峰宽则大得多(7 ～ 17 Hz);在 HMBC 谱上 ,它是唯一能
被测到相关峰的可交换质子;如表 2所示 ,它的自旋晶格弛豫时间 T 1 也较其它可交换质
子的 T1 长一些;在二维 EXSY谱(图 3)上 ,与之有关的交换峰强度相对于其它可交换质
子的交换峰要弱得多 ,显示出这一质子与体系中其它可交换质子间的交换速率较小.显
然 ,5位羟基质子是与 4位的羰基氧核形成了分子内氢键.以上分析表明 ,从传统中草药
大叶蛇葡萄中分离出来的这一有效成分的确是蛇葡萄素 ,也即 3 , 3 ,4 ,5 , 5 , 7-六羟基
双氢黄酮醇 ,其结构如图 1所示.
398 波　　谱　　学　　杂　　志　　　　　　　　　第 15卷
表 2　蛇葡萄素 、水和质子化溶剂 DMSO 中可交换质子的自旋-
晶格弛豫时间 T 1/ s
Tab.2　Spin relax ation time T 1/ s of mobile protons in ampeloptin ,
H2O and pro tonized DMSO
Pro ton T 1 from IR
3-OH 1.60
5-OH 1.99
7-OH 1.48
3 /5 -OH 1.38
4 -OH 1.16
H2O 1.56
(CD3)2S+-OH 1.47
3.2　溶剂 d6-DMSO的质子化
图4是蛇葡萄素13C谱的高场部分 ,显示出溶剂 d6-DMSO 在碳谱上有两组残留溶
剂峰 ,两组峰都为清晰可辨的对称七重峰 ,谱线裂分是由于氘的耦合作用产生的.在质子
谱上也可观测到 DMSO 的两组成对称分布的五重峰 ,有关的化学位移和耦合常数列入表
3中.实验表明 ,在蛇葡萄素的 DMSO 溶液中 ,溶剂 DMSO 以两种不同的形式共存.两种
形式的溶剂的1H 和13C 化学位移都相差较大 , 1H 化学位移相差约 0.6 ppm , 13C的化学位
移相差达 8.5 ppm ,大的化学位移差异说明二者的结构差异是比较大的.但表 3的数据还
表明 ,无论是13C 还是1H 受2H 作用的耦合常数在实验误差范围内是吻合的 ,并且13C 和1H
的共振峰形也是完全相同 ,这又表明结构的差异并不在两个甲基上 ,但却对甲基有着很大
的影响.
图 4　蛇葡萄素 d6-DMSO 溶液中的13C谱(高场部分 , 38.0-49.5 ppm)
Fig.4　13C spect rum of ampeloptin in d6-DMSO , in the range of 38.0 to 49.5 ppm
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表 3　游离的和质子化的溶剂二甲亚砜的化学位移和耦合常数 ,化学位移以 TMS 为标
Tab.3　 Chemical shifts and coupling constants of solvent DMSO in free and pro tonized fo rms ,
chemical shifts are referenced with TMS
DMSO in f ree DMSO in protonized
δ(1H)/ ppm 2.5 3.1
J(1H-2H)/Hz 1.7 1.6
δ(13C)/ ppm 39.5 48.0
J(13C-2H)/Hz 21.0 21.4
从其结构(图 1)看 ,蛇葡萄素与DMSO在常温下形成复合物的可能性很小 ,溶液中另
一组分H2O也不能与 DMSO反应.在实验中我们曾观测到一个很特别的现象 ,就是蛇葡
萄素中所有活泼质子的信号强度都比预期小得多 ,虽然可交换质子的积分峰强度与它们
的质子数比是吻合的 ,但可交换质子峰信号只有非交换质子相应信号强度的 1/9(见图 2
上方的质子谱).实验测得可交换质子的自旋晶格弛豫时间相差并不大(如表 2所示),实
验中脉冲间隔设为 2.0s ,因而自旋弛豫的影响不会这么大 ,并且水峰在质子谱上强度依
然较大.我们认为这一实验现象与溶剂形成了两种不同的形态有关.
DMSO 是一种很容易极化的化合物:
S
CH3
CH3
O S+
CH3
CH3
O-
Ⅰ　　　　　　　　 Ⅱ
极化态Ⅱ在通常情况下不稳定 ,因而只能观测到稳态 Ⅰ的存在 ,但当溶液中含有氢离子
时 ,
S
CH3
CH3
O S
+
CH3
CH3
O
- H+
S
+
CH3
CH3
OH
Ⅰ 　　　　　　　Ⅱ　　　　　　Ⅲ
则可形成质子化的形态Ⅲ.我们在实验中观测到的两组 DMSO信号就分别为Ⅰ和 Ⅲ ,其
中共振信号出现在高场的为Ⅰ ,其化学位移[ δ(1H)2.5 , δ(13C)39.5]与常规情况一致;
由于受强电子诱导基 S+—OH 的影响 , Ⅲ中甲基质子和碳的吸收都向低场移动[ δ(1H)
3.1 , δ(13C)48.0] .在我们所观测的这一体系中 , Ⅲ具有很高的稳定性 ,这与蛇葡萄素中
含有丰富的活泼质子是分不开的.当这些质子在溶液中进行交换时 ,游离的质子(氢离子)
与瞬态的 Ⅱ结合 ,形成了稳定的质子化的Ⅲ.在质子谱上我们还观测到Ⅲ的羟基信号 ,峰
形宽而平坦 ,其吸收峰在 3.8 ppm 处(图 2质子谱),与 H2O 信号(4.1 ppm)很近 ,并且这
一羟基质子的 T 1 与水质子的 T 1接近.在 EXSY谱上也观测到了这一质子与包括 H2O 在
内的其它可交换质子间的交换交叉峰 ,由于其共振峰与水峰很近 ,峰又很宽 ,与之有关的
交换峰与水的交换峰部分重叠.
另外 ,溶剂 DMSO的质子化过程与样品放置时间和样品浓度有关.对于新配置的溶
　　
400 波　　谱　　学　　杂　　志　　　　　　　　　第 15卷
液 ,质子化的 DMSO峰强度很弱 ,并且蛇葡萄素中可交换质子的峰强度也较大 ,接近其它
非交换质子的峰强.而在加热促溶后的饱和溶液中 ,游离 DMSO 和蛇葡萄素可交换质子
的信号都显著减弱.本文所示 NMR谱图均以常温配制 、放置一月左右再测试的样品记录
的.
4　讨论
这一体系中同时存在着两类质子交换过程.一类是蛇葡萄素活泼质子间的交换 ,这是
分子内部活泼质子间的交换 ,其化学交换方程式与磁化矢量交换方程式是一致的 ,并且正
逆向交换速率相等.另一类是分子间的质子交换 ,如蛇葡萄素羟基质子与水质子或质子化
DMSO 羟基质子间的交换 ,其磁化矢量交换方程式为一级反应 ,正逆向交换速率不等;而
化学交换方程式则为二级反应 ,化学平衡常数恒等于 1 ,正逆向交换速率相等.对于分子
间的质子交换 ,化学反应速率常数也可以从磁化强度交换速率常数通过简单的浓度转换
求得[ 6] .对于这一体系中的多位的 、多分子的 、复杂的交换过程 ,适合于用二维交换谱来
处理[ 7 , 8] ,交换过程的动态定量分析已在进行 ,不同浓度或不同放置时间后体系中质子间
的交换速率对溶剂 DMSO质子化的研究也将提供一定的信息.
5　结论
经质子检测的13C-1H 异核多键化学位移相关谱(HMBC)、质子检测的13C-1H 异核
多量子化学位移相关谱(HMQC)和质子相敏交换谱(EXSY)分析表明 ,从传统中草药大
叶蛇葡萄中分离的这一有效成分为蛇葡萄素 ,也即 3 , 3 , 4 , 5 , 5 , 7-六羟基双氢黄酮
醇 ,这种化合物在大叶蛇葡萄中是首次被分离.在结构的 NMR研究中还修正了双氢黄酮
醇中化学位移非常接近的 6位和 8位质子和13C化学位移的归属.蛇葡萄素具有丰富的可
交换质子 ,其中形成分子内氢键的 5位羟基质子不仅具有谱线窄 、化学位移大等谱学特
征 ,并且与之有关的质子交换速率也比其它可交换质子小.丰富的可交换质子还使部分溶
剂 d6-DMSO质子化 ,因而在质子和碳谱上都观测到了溶液中残留 DMSO的两组共振信
号.溶剂由于质子化在溶液中形成两种不同的形态 ,这一现象还未见用 NMR的方法研究
过.
参 考 文 献
1　Ruangrungsi N , De-Eknamkul W , Lange G L.Planta Medica , 1984 , 50:432
2　Gellert M , Szendrei K , Reisch J.Phytochemist ry , 1981 , 20:1759
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6　Yan J L , Mao X A.Submit ted to J Phys Chem ,
7　Ernst R R , BodenhausenG , Wokaun A.Principle of Nuclear Magnet ic Resonance in One and Two Dim ensions , Oxford:
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8　Zolnai Z , Juranic N , Macura S.J Phys Chem A , 1997 , 101:3707
401第 5期　　　　　张汉萍等:核磁共振研究大叶蛇葡萄提取物蛇葡萄素
NMR STUDIES OF AMPELOPTIN SEPARATED FROM
AMPELOPSIS MEGALOPHYLLA DIELS ET GILG
Zhang Hanping
(Pharmaceutical School , Medical University of Tongji , Wuhan 430030)
Y an Jiangli , Mao X i′an and Shen Lianfang
(S tate Key Laboratory of Magnet ic Resonance and Atomic and Molecular Physics,
Wuhan Ins titu te of Physics and Mathemat ics , The Chinese Academy of Sciences , Wuhan 430071)
Abstract
An ef fective component w as separated f rom traditional Chinese medicine ampelopsis
megalophylla diels et gilg and studied by 2D
1
H -13C heteronuclear multibond coherence
spectroscopy (HMBC), 1H -13 C heteronuclear multiquantum coherence spectroscopy
(HMQC)and proton exchange spectroscopy (EXSY).It is suggested that the compound is
ampeloptin(3 , 3 , 4 , 5 , 5 , 7 -hexa-hydoxy dihydrof lavonol), which is first obtained
from ampelopsis megalophy lla diels et gilg .Chemical shif ts of proton and 13C were assigned
more accurately .Protonation of solvent DMSO was also invest ig ated and discussed in detail.
Key words　Ampelopsis megalophylla diels et gilg , Ampeloptin , Chemical shif t , HMBC , Solvent proto-
nation
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