全 文 ：波 谱 学 杂 志第 15卷第 6期
1998年 12月　 Chinese Journal of M agnetic Resonance
Vol.15 No.6
　Dec.1998
对叶百部烯酮和对叶百部酮的
2D NMR研究
崔育新　林文翰
(北京医科大学药学院 ,天然药物及仿生药物国家重点实验室 ,北京 100083)
摘　要　从华北产对叶百部(Stemona tuberosa Tour)根部分离出两种生物碱 , 对叶百部烯酮 1
(tuberostemoenone)和对叶百部酮 2(tuberostemonone), 其中化合物 1 的结构未见报道.应用 2D
NMR 梯度反相实验 , GCOSY、GNOESY 、GHMQC 和 GHMBC 对其化学结构进行了深入研究 ,
归属了其1H 、13C NMR化学位移.计算机分子模拟与 NMR研究取得一致结论.
关键词　对叶百部烯酮 , 对叶百部酮 , 二维核磁共振 , 梯度场
对叶百部(Stemona tuberosa Tour)具有生理活性 ,民间主要用于内服治疗新久咳嗽 ,
肺劳咳嗽 、百日咳;外用治疗头虱 、体虱 、阴痒 、蛲虫病等症 ,具有润肺 、止咳 、杀虫等药
效[ 1] .对我国南方产对叶百部的生物碱化学成分研究已有报道[ 2 , 3] .本文对华北地区产对
叶百部根中分离出的两种生物碱进行了 2D NMR研究 ,确定了他们的化学结构 ,分别命
名为对叶百部烯酮 1(tuberostemoenone)和对叶百部酮 2(tuberostemonone).其中化合物 1
收稿日期　1998-08-17　　收修改稿日期　1998-09-15
　　　崔育新 ,男 , 47岁 ,博士 ,副教授
为一新颖结构的百部生物碱.应用 2D NMR梯度反相实验 ,GCOSY ,GNOESY ,GHMQC
和GHMBC 对其化学结构及相对构型进行了系统的研究 , 准确归属了它们的1H ,
13
C NMR化学位移 ,各相关质子间的偶合常数与其结构相符合 ,并且将 NMR研究得到的
结果与计算机分子模拟的结构相比较 ,取得了一致结论.
1　实验部分
NMR所用样品经重结晶或柱层析纯化.所有 NMR实验在 Varian INOVA 500 超导
核磁共振仪上于室温下进行.CDCl3 作溶剂 , TM S 为内标 , 5mm 样品管 ,使用反相1H ,
13
C , 15N , 31P四核探头.质子观察频率 499.89MHz , 13C 观察频率 125.71MHz ,GNOESY
的混合时间为 0.7s;GHMBC 中的 tau值选用 0.06;梯度场强度GCOSY 3.6×10-4T/cm ,
GNOESY 4.6 , 4.6 , 4.6×10-4T/cm , GHMQC 和 GHMBC 11.4 , 11.4 ,5.7×10-4T/cm ;
GCOSY和GNOESY均为一次采样 nt=1 , ni=256;GHMQC nt=32 ,ni=128;GHMBC nt
=128 ,ni=128.计算机分子模拟程序为 T ripos Alchemy Ⅲ软件.
2　结果与讨论
对叶百部烯酮 1和对叶百部酮 2的1H , 13C NMR及 DEPT 谱都表现出对叶百部生
物碱类化合物含氮杂奥化吡咯环状母核的结构特征 ,同时分子中存在有两个内酯 ,一个乙
基基团和两个仲甲基.结合 MS , IR等数据可认为化合物 1的分子组成为 C22H29O5N ,M+
m/ z 387.化合物 2为 C22H31O6N ,M+m/ z 405.根据 NMR提供的结构信息和计算机模拟
的分子结构表明这两个化合物的化学结构存在很多共性 ,同时也表现出各自具有不同的
个性 ,分别讨论如下.
2.1　对叶百部烯酮 1的结构及相对构型讨论
化合物 1中的 15-Me(1H δ=1.24 , 13C δ=14.19);22-Me (1H δ=1.28 , 13C δ=
14.69);17 ,16-Et (1H δ=0.88 ,1.65 ,1.11 , 13C δ=10.86 ,24.34);3-CH (1H δ=3.73 ,
13C δ=60.88);18-CH (1H δ=4.35 , 13C δ=78.65);10-CH (1H δ=2.62 , 13C δ=
55.20);11-CH (1H δ=4.90 , 13C δ=82.99)这些较易识别的特征信号与文献[ 3] 报道
的这类生物碱基本相符.其他质子特别是吡咯环上 5-8等 CH2 的化学位移峰型复杂 ,重
叠交叉 ,仅靠1H NMR无法指定.根据 GCOSY 和 GHMQC 的相关信息将它们准确归属
(图 1 ,2).吡咯环上 5-CH2 因 N 电负性的影响化学位移应处于较低场(1H δ=3.60),与
之相关的同碳质子(1H δ=2.84), GCOSY上表现出与 6-CH2 的相关 ,可确定(1H δ=
1.90 ,1.65)为 6-CH2 ,与此相同可根据 GCOSY 的相关信息指定 7-CH2(1H δ=2.11 ,
2.00),8-CH2(1H δ=1.83 , 1.18).3-H 与 2-CH2 , 18-H 与 19-CH2 分别相关 ,可认
定(1H δ=2.67 ,2.38)为 2-CH2 ,(1H δ=1.54 ,2.33)为 19-CH 2.由于 10-H 与 16-
CH2 的相关 ,又与 11-H 存在偶合 ,可指定(1H δ=2.62)为 10-H ,(1H δ=4.90)为 11-
H ,同时 10-H与 16-CH2 的相关 ,说明乙基处于10位碳上.由于γ-内酯环的影响 11-
H 同 18-H一样都处于较低场.GHMQC进一步证实了GCOSY的结果 ,相互印证确定了
其1H和13C NMR的化学位移 ,化合物 1的1H , 13C NMR化学位移及偶合常数见表 1.
516 波　　谱　　学　　杂　　志　　　　　　　　　第 15卷
表 1　化合物 1 , 2 的1H 和13C NMR数据
Tab.1　The 1H and 13C NM R data of compunds 1 , 2
Com pound 1 Compound 2
No.13Cδ/ ppm 1Hδ/ ppm J/Hz No.13Cδ/ ppm 1H δ/ ppm J/Hz
1 138.73 1 204.85
2 40.26 α 2.67 dd 1H 12.5 , 5.0 2 44.68 α 2.41 dd 1H 11.5 , 3.8
β 2.38 dd 1H 12.5 , 12.0 β 3.16 dd 1H 11.5 , 12.5
3 60.88 3.73 ddd 1H 12.0 , 5.0 , 6.5 3 55.78 5.39 ddd 1H 12.5 , 5.5 , 3.8
5 53.46 α 3.60 ddd 1H 13.5 , 5.5 , 2.5 5 39.63 α 3.84 ddd 1H 13.5 , 6.0 , 2.9
β 2.84 ddd 1H 13.5 , 9.0 , 2.5 β 3.51 br.d 1H 13.5
6 27.22 α 1.90 m 1H 6 23.31 α 1.93 m 1H
β 1.65 m 1H β 1.79 m 1H
7 31.25 α 2.00 ddd 1H 15.5 , 12.5 , 2.5 7 20.87 α 1.54 m 1H
β 2.11 ddd 1H 15.5 , 8.0 , 4.0 β 2.00 m 1H
8 25.42 α 1.18 m 1H 8 26.00 α 1.70 m 1H
β 1.83 m 1H β 1.54 m 1H
9 203.82 9 51.19 3.10 ddd 1H 2.0 , 10.5 , 10.5
9a 68.46 9a 176.54
10 55.20 2.62 m 1H 10 45.77 2.38 m 1H
11 82.99 4.90 d 1H 1.5 11 78.70 5.10 dd 1H 10.0 , 8.0
12 125.53 12 60.16 3.61 dd 1H 8.0 , 7.0
13 42.61 2.90 q 1H 7.0 13 39.09 2.91 ddd 1H 13.5 , 7.0 , 13.5
14 177.27 14 178.24
15 14.19 1.24 d 3H 7.0 15 15.11 1.25 d 3H 7.0
16 24.34 α 1.65 m 1H 16 18.63 α 1.79 m 1H
β 1.11 m 1H β 1.32 m 1H
17 10.86 0.88 t 3H 7.0 17 12.13 0.96 t 3H 7.0
18 78.65 4.35 ddd 1H 12.0 , 11.5 , 5.5 18 77.00 4.51 ddd 1H 11.0 , 6.0 , 6.0
19 33.54 α 1.54 dd 1H 15.0 , 11.5 19 33.75 α 1.79 m 1H
β 2.33 dd 1H 15.0 , 5.5 β 2.51 m 1H
20 35.12 2.65 m 1H 20 35.42 2.77 m 1H
21 178.06 21 178.11
22 14.69 1.28 d 3H 7.0 22 14.52 1.31 d 3H 7.0
517第 6期　　　　　崔育新等:对叶百部烯酮和对叶百部酮的 2D NM R研究
　　图 1　化合物 1的 GCOSY
　　Fig.1　The GCOSY of compound 1
图 2　化合物 1的GHMQC
Fig.2　The GHMQC of compound 1
由于化合物 1分子中有羰基 ,烯键等多个季碳 ,应用 GHMBC 将它们一一归属 ,并确
定了各取代基团的位置(图 3).酮羰基 9-C(13C δ=203.82)与 3 ,8 ,11-H 在 GHMBC上
有远程相关;9a-C(13C δ=68.46)与 N 相连并与 2 ,5-CH2 有远程相关;1-C(13C δ=
138.73)和 12-C(13C δ=125.53)是一对双键相连的季碳 , 1-C 与 2 ,3 , 10 , 11 ,13-H 分
别有远程13C-1H 相关 ,12-C 与 10 ,11-H 也存在13C -1H 远程相关 ,表明α-甲基-γ
内酯环取代在 N 的α位 ,烯键处在 1-C和 12-C 之间.10-C 与 9a-C 形成五员碳环 ,
酮羰基处于七元吡咯环上的 9-C 位置.根据 14-C(13C δ=177.27)与 11 , 13-H 和 15-
Me , 21-C(13C δ=178.06)与 20-H , 19-CH2 和 22-Me的远程相关信息 ,可确定这两
个内酯羰基与环上取代甲基的位置 ,另外由于 10-C 与 16-CH2 ,17-CH3 的远程相关 ,
进一步证明分子中的乙基处于 10位碳上.综合以上解析 ,应用 GNOESY(图 4)提供的空
间信息和各相关质子间的偶合常数 ,结合 Carplus经验公式 ,对化合物 1溶液中的相对构
型进行了解释讨论 ,11-Hβ 与 10-Hα表现出很弱的偶合常数 J=1.5Hz ,说明它们之间
的二面角接近 90°.11-H 与 13-H ,17-Me之间存在 NOE说明它们都以 β构型存在 , 3
-H与 18-H 之间无 NOE 表明它们处于反式 ,空间距离较远.计算机分子模拟优化测得
11-H 与 10-H 之间的二面角为 95°,它们之间的偶合常数很小 ,符合 Carplus经验公式.
测得 11-H 与 10 ,13-H 之间的距离为 0.2515nm ,0.2765nm ,11-H 与 17-Me 的间距
为 0.2108nm ,它们之间应该存在较弱的 NOE ,而 3-H 与 18-H 间距为 0.3918nm.没有
NOE也是合理的.分子能量为 197.46kJ/mol.化合物 1的计算机分子模拟结构(图 5)与
NMR得到一致结论.
518 波　　谱　　学　　杂　　志　　　　　　　　　第 15卷
　　图 3　化合物 1的 GHMBC
　　Fig.3　The GHMBC of compound 1
图 4　化合物 1的GNOESY
Fig.4　The GNOESY of compound 1
图 5　化合物 1和 2的计算机模拟结构
Fig.5　Stuctu res of compounds 1 , 2 by computer simulat ion
2.2　对叶百部酮 2的结构及相对构型讨论
化合物 2的1H , 13C NMR化学位移与文献[ 3]基本一致.同化合物 1一样 ,应用梯度
反相 2D NMR实验修正了文献中的一些1H , 13C 化学位移的指定 ,如 7-Hβ 与 7-Hα(1H δ
=2.00 ,1.54), 6-CH2 ,8-CH2 在GCOSY上都有相关 ,在 GHMQC表现出同属一个碳;
15-Me(1H δ=1.25),22-Me(1H δ=1.31);其他1H , 13C化学位移的指定与化合物 1相
同 , 1H 和13C 的 NMR数据见表 1.根据 GHMBC ,GNOESY ,相关质子间的偶合常数测定 ,
确定了化合物 2的溶液中的相对构型.(13C δ=178.11 , 178.24)应分别为 21-C 和 14-
C;13-C(13C δ=39.09).9 ,11 , 12 ,13 ,18-H均为 β质子 ,计算机模拟的结果证实只有这
种构型 ,分子能量最低 ,为 192.53kJ/mol.由于化合物 2与化合物1结构的不同 ,10-H与
11-H 的偶合常数较大 , J=10Hz ,从分子模型上测得它们之间的二面角为 165°, 10-H
与 9-H 的二面角为 145°, J=10.5Hz ,说明 10-H 与 11 ,9-H 处于反式 , 11 , 9-H 为 β
519第 6期　　　　　崔育新等:对叶百部烯酮和对叶百部酮的 2D NM R研究
构型 , 10-H 则为α构型 , 同时证明乙基为 β 构型.还测得 12-H 与 13 -H 间距为
0.2957nm , 11 -H 与 9 , 10 , 12 , 13 -H 之间的距离分别为 0.3851nm , 0.3979nm ,
0.5051nm ,0.3092nm ,所以 11-H 除与 13-H 有较弱的 NOE外 ,与其他质子无 NOE.化
合物 2的计算机分子模拟结构(图 5)与文献[ 2] X-衍射结构骨架一致.
参 考 文 献
1　江苏新医学院编 ,中药大词典(上).上海:上海科学技术出版社 , 1986 , 858p
2　Lin Wenhan , Xu Rensheng , Wang Ruji et al.Journal of C rystallog raphic and Spect roscopyic Research.1991 , 21(2):189
-194
3　Lin Wenhan , Ye Yang , Xu Rensheng.Journal of Natu ral Products.1992 , 55(5):571-576
2D NMR STUDIESON TUBEROSTEMOENONE
AND TUBEROSTEMONONE
Cui Y uxin and Lin Wenhan
(Nat ional Laboratory of Natural and Biomimetic Drugs , School of Pharmaceut ical Sciences ,
Beijing Medical University , Beijing , 100083)
Abstract
The Tuberostemoenone 1 and Tuberostemonone 2 were isolated from the roo ts of S te-
mona tuberosa Tour of the north part of China.In this paper , the 2D NMR gradient inverse
techniques(GCOSY , GNOESY ,GHMQC and GHMBC)were successfully applied to deter-
mine the structures of compounds 1 and 2.Tuberostemoenone 1 is a new alkaloid wi th novel
skeletone.All of the 1H and 13C NMR chemical shif ts of compounds 1 , 2 were assigned by
2D NMR , and their relative configurations w ere discussed.The st ructures of compounds 1 ,
2 were simulated by computer molecular modelling , thei r results were the same as 2D NMR.
Key words　Tuberostemoenone , Tuberostemonone , 2D NM R, Gradient field
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