全 文 ：第 43 卷 第 6 期 四 川 大 学 学 报 (工 程 科 学 版 ) Vol． 43 No． 6
2011 年 11 月 JOURNAL OF SICHUAN UNIVERSITY (ENGINEERING SCIENCE EDITION)
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Nov． 2011
文章编号:1009-3087(2011)06-0203-03
盐酸柳叶水甘草碱晶体结构解析
刘海峰，王佳黎，郭 萍，杨建华，李 晖*
(四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065)
摘 要:从非洲伏康树籽提取出盐酸柳叶水甘草碱，经纯化、重结晶，获得其多晶粉末。利用其粉末 X 射线衍射数
据，采用直接空间搜索法解析其晶体结构，结果表明:该晶体属单斜晶系，P21 空间群，晶胞参数 a = 1． 253 9 nm，b =
0． 737 1nm，c = 1． 229 6 nm，α = γ = 90°，β = 106． 192°，Z = 2，V = 113． 649 7 nm3。
关键词:盐酸柳叶水甘草碱;X射线粉末衍射;晶体结构
中图分类号:O76 文献标志码:A
Crystal Structure Determination of Hydrochloride Tabersonine from Powder X-ray Diffraction Data
LIU Hai-feng，WANG Jia-li，GUO Ping，YANG Jian-hua，LI Hui*
(School of Chem． Eng．，Sichuan Univ．，Chengdu 610065，China)
Abstract:After extracted from Voacanga africana Staph．，the crude sample was purified and recrystallized to get polycrystalline pow-
der． The crystal structure of Hydrochloride Tabersonine was determined from its X-ray powder diffraction pattern through calculational
crystallography methods． The results showed that the the caystal structure of hydrochloride tabersonine is monoclinic，space group P21
with unit cell dimensions a = 1． 253 9 nm，b = 0． 737 1 nm，c = 1． 229 6 nm，α = γ = 90°，β = 106． 192°，Z = 2，V = 113． 649 7 nm3 ．
Key words:hydrochloride tabersonine;X-ray powder diffraction;crystal structure
单晶 X 射线衍射是测定物质晶体结构的常用
工具，但部分天然产物晶体的尺寸和质量难以符合
单晶衍射要求，制约了其对该类物质的结构表征。
近年来，随着仪器、算法及计算机技术的发展，粉末
X射线衍射在解析物质晶体结构上有了很大发展。
本实验室曾利用粉末 X 射线衍射数据及直接空间
法，成功解析出 7 －氨基 － 3 －去乙酰氧基头孢烷酸
(7 － ADCA)的晶体结构［1］。作者以进一步验证该
方法的准确性，拓展其应用领域，对通过提取、纯化
获得的盐酸柳叶水甘草碱多晶粉末进行结构解析，
并确定其晶体结构模型。
1 实验部分
1． 1 仪器及试剂
伏康树籽(非洲加纳);X射线衍射仪(PANalytical，
收稿日期:2011 － 11 － 20
作者简介:刘海峰(1974 －) ，男，博士生．研究方向:天然产物化
学． E-mail:lihuilab@ sina． com
* 通讯联系人
Netherlands) ;半制备高效液相色谱(Alltech，USA) ;
除甲醇为色谱纯外，所用试剂均为分析纯。
1． 2 盐酸柳叶水甘草碱提取纯化工艺
粉碎伏康树籽并经乙醇 － 3%盐酸(7 ∶ 3)水溶
液冷浸搅拌提取 3 次，浓缩粗提液，调 pH 值，石油
醚和氯仿萃取，碱化氧化铝层析，氯仿萃取液所得浸
膏，重结晶得到盐酸柳叶水甘草碱粉晶。
1． 3 X射线粉末衍射测定条件
CuKα辐射，管电压 40 kV ，管电流 40 mA ，X’
celerator 超能检测器，扫描范围(2θ)5° ～ 50°，步长
0． 008 36°，每步时间 8． 255 ms。
1． 4 分子结构与晶体结构计算
分子结构优化与晶体结构计算分别采用 Accel-
ery Co．，Ltd的 Material Studio 4． 0［2］软件包(四川大
学高分子材料科学与工程国家重点实验室提供)中
Dmol3 和 Reflex Plus模块。
2 结果与讨论
2． 1 结构基元
植物中柳叶水甘草碱是由色氨酸转化而来，因
此柳叶水甘草碱应具有手性碳原子。结合实验数据
和 CA数据库，确定 C11、C12 和 C27 为手性碳原子，
N30 与 C31 形成双键，Cl － 游离在 C O 键附近。
据此构建盐酸柳叶水甘草碱的立体构型，采用
Dmol3 模块对其进行几何优化，得到稳定的低能量
构象。
2． 2 指标化
实验 X射线衍射谱图经背底扣除、衍射线平滑
及 Kα2 衍射扣除等预处理操作后，采用 Savitsky －
Golay函数在自动寻峰，手动添加遗漏的峰。采用
Dicvol91 和 X-cell 方法对处理后的谱图进行指标
化，以品质优化因子 FOM值为评估因子，取 FOM值
前 8 的结果用于后续计算，结果见表 1。
表 1 指标化结果
Tab． 1 Possible crystal structure after indexing
序号FOM晶系 a /nm b /nm c /nm α /(°) β /(°) γ /(°)
1 529 三斜 1．280 3 1．246 0 0．628 0 81．929 0 101．070 107．359
2 508 三斜 1．260 0 1．249 2 0．614 4 99．785 95．470 104．888
3 494 三斜 1．262 2 1．246 7 0．642 2 99．081 95．951 104．895
4 477 三斜 1．307 4 1．268 9 0．569 8 76．128 106．173 109．116
5 453 三斜 1．257 8 1．230 8 0．526 1 91．459 93．885 105．980
6 212 单斜 1．258 6 0．734 3 1．231 9 90．000 106．216 90．000
7 194 三斜 1．208 5 0．997 9 0．591 4 85．933 90．469 93．699
8 190 三斜 1．222 9 1．001 9 0．627 3 96．963 99．423 91．329
2． 3 Pawley精修
分别对表 1 中候选结构构建空晶胞模型，以晶
胞参数、背景参数、布拉格积分强度和晶格畸变参数
为精修变量，对各个晶胞进行 Pawley 精修［3 － 5］，以
Rwp值作为评估标准。结果表明:三斜晶系的 Rwp
值均大于 12%，后续的结构精修计算困难，单斜晶
系 Rwp值为 6． 70%，可进行下步计算。故初步确定
盐酸柳叶水甘草碱为单斜晶系，P21 空间群。将用
量子化学方法 Dmol3 优化的分子结构填充进空晶
胞。结合有机物密度范围(通常在 1． 1 ～ 1． 9 g·
cm3 之间)与模拟计算密度相比较情况，根据 Rwp值
及密度排除法，进一步确定该样品为单斜晶系，P21
空间群。
2． 4 晶体结构确定
将优化后的盐酸柳叶水甘草碱分子置入空晶胞
模型中，定义运动组和自由度，运用蒙特卡洛模拟退
火法搜索结构，通过运动组平移和自由度转动，得到
全局优化和最佳解决方案的晶体结构模型，用全参
数 Rietveld 方 法 精 修 所 得 结 构 ，其 Rwp 值 为
6 ． 99%［2］。模拟XRD谱图与实验XRD谱图对比见
图 1。结果表明:该样品的晶体结构属于单斜晶系，
P21 空间群，晶胞参数 a = 1． 253 9 nm，b = 0． 737 1
nm，c = 1． 229 6 nm，α = γ = 90°，β = 106． 192°，Z =
2，单胞体积 V = 113． 649 7 nm3。盐酸柳叶水甘草碱
的 3 维晶体结构、各原子编号、原子间部分键长与键
角、原子分数坐标分别见图 2、3、表 3、4 和表 5。
图 1 精修后的模拟 XRD图谱与实验图谱对比
Fig． 1 Simulated XRD pattern versus experimental
pattern
图 2 3 维晶体结构
Fig． 2 Three-dimensional structure of crystal
图 3 各原子编号
Fig． 3 Atomic number
402 四川大学学报(工程科学版) 第 43 卷
表 2 原子间部分键长
Tab． 2 Parts of bond length
键 键长 /nm 键 键长 /nm
C7 － N13 0． 160 6 C27 － C33 0． 154 0
N13 － C12 0． 144 6 C14 － C15 0． 153 0
C12 － C14 0． 132 4 C32 － C31 0． 152 4
C8 － C10 0． 138 6 C31 － N30 0． 124 4
C16 － O17 0． 121 4 N30 － C26 0． 144 6
C16 － O18 0． 141 0 N13 － H 0． 102 8
表 3 原子间部分键角
Tab． 3 Parts of bond angle
键角 /(°) 键角 /(°)
C7 － N13 － H 133． 030 C12 － C11 － C6 104． 000
N13 － C12 － C14 128． 998 C33 － C32 － C31 115． 828
C12 － C14 － C16 119． 590 C29 － N30 － C26 110． 999
C15 － C27 － C34 109． 500 C14 － C16 － C17 119． 999
C27 － C33 － C32 120． 000 C33 － C32 － H 141． 368
C31 － N30 － C29 128． 998 C32 － C31 － H 139． 684
表 4 原子分数坐标
Tab． 4 The fractional coordinates of non-hydrogen atoms in the unit cell
Name x y z
C2 1． 191 19 ± 0． 000 36 0． 776 80 ± 0． 014 46 0． 860 85 ± 0． 000 16
C4 1． 099 69 ± 0． 000 32 0． 846 01 ± 0． 014 44 0． 777 20 ± 0． 000 14
C6 0． 994 06 ± 0． 000 34 0． 812 63 ± 0． 014 43 0． 785 06 ± 0． 000 15
C7 0． 979 48 ± 0． 000 39 0． 709 32 ± 0． 014 43 0． 875 28 ± 0． 000 19
C8 1． 069 31 ± 0． 000 42 0． 638 40 ± 0． 014 45 0． 958 26 ± 0． 000 21
C10 1． 175 56 ± 0． 000 41 0． 674 24 ± 0． 014 47 0． 949 69 ± 0． 000 20
C11 0． 880 68 ± 0． 000 32 0． 854 44 ± 0． 014 41 0． 706 01 ± 0． 000 14
C12 0． 807 35 ± 0． 000 35 0． 803 26 ± 0． 014 40 0． 777 95 ± 0． 000 16
N13 0． 866 39 ± 0． 000 40 0． 697 15 ± 0． 014 42 0． 864 78 ± 0． 000 20
C14 0． 702 85 ± 0． 000 32 0． 871 44 ± 0． 014 39 0． 762 64 ± 0． 000 14
C15 0． 667 21 ± 0． 000 26 1． 020 99 ± 0． 014 38 0． 678 26 ± 0． 000 11
C16 0． 646 44 ± 0． 000 34 0． 822 14 ± 0． 014 39 0． 844 55 ± 0． 000 16
O5 0． 652 71 ± 0． 000 65 0． 906 33 ± 0． 014 42 0． 933 63 ± 0． 000 38
O18 0． 580 82 ± 0． 000 58 0． 673 22 ± 0． 014 39 0． 815 73 ± 0． 000 31
C19 0． 465 68 ± 0． 000 48 0． 710 42 ± 0． 014 46 0． 791 64 ± 0． 000 24
C26 0． 857 04 ± 0． 000 24 1． 046 30 ± 0． 014 40 0． 655 11 ± 0． 000 11
C27 0． 765 96 ± 0． 000 21 1． 150 10 ± 0． 014 39 0． 688 43 ± 0． 000 12
C28 0． 858 69 ± 0． 000 37 0． 729 47 ± 0． 014 39 0． 598 98 ± 0． 000 18
C29 0． 877 15 ± 0． 000 32 0． 854 34 ± 0． 014 39 0． 508 86 ± 0． 000 14
N30 0． 823 52 ± 0． 000 25 1． 014 82 ± 0． 014 39 0． 533 04 ± 0． 000 11
C31 0． 808 80 ± 0． 000 20 1． 166 75 ± 0． 014 38 0． 462 56 ± 0． 000 13
C32 0． 755 62 ± 0． 000 18 1． 316 66 ± 0． 014 38 0． 508 40 ± 0． 000 17
C33 0． 732 23 ± 0． 000 18 1． 305 00 ± 0． 014 38 0． 607 78 ± 0． 000 17
C34 0． 813 28 ± 0． 000 19 1． 224 04 ± 0． 014 41 0． 809 89 ± 0． 000 14
C35 0． 769 59 ± 0． 000 87 1． 408 53 ± 0． 014 39 0． 829 17 ± 0． 000 16
Cl41 0． 428 59 ± 0． 002 15 0． 041 00 ± 0． 000 00 0． 657 31 ± 0． 001 78
3 结 论
1)成功构建出柳叶水甘草碱盐酸盐分子模型，
并采用粉末 X 射线衍射晶体解析方法确定其粉晶
晶体结构。Rwp 值 6． 99% 表明解析结果准确、可
靠。柳叶水甘草碱盐酸盐晶体结构的解析对研究其
制备工艺和药效具有很高的经济、医用价值。
2)基于粉末X射线衍射数据，所建立解析方法可行
性高，尤其对难以采用单晶衍射的天然产物晶体结构解析
具有重要的应用价值。 (下转第 219 页)
502第 6 期 刘海峰，等:盐酸柳叶水甘草碱晶体结构解析
ical，2008，282:136 － 143．
［12］Wang Baojin，Wu Changjiu，Zhang Weixiang，et al． Study
on reactive aldehydes group content in dialdehyde starch
［J］． Liaoning Chemical Industry，2005，34(1) :17 － 19．［王
保金，吴长俊，张伟祥，等． 双醛淀粉中有反应活性醛基
含量的研究［J］．辽宁化工，2005，34(1) :17 － 19．］
［13］Nagy L，Szorcsik A． Equilibrum and structural studies on
metal complexes of carbohydrates and their derivatives［J］．
Inorganic Biochemistry，2002，89(1) :1 － 12．
［14］布里特梅尔 E，沃尔特 N． 碳 － 13 核磁共振波谱学
［M］．大连:大连理工出版社，1986:218 － 220．
［15］He Lirong，Li Hongli，Zhang Kai，et al． Preparation of dial-
dehyde starch and improvement thermal stability of collagen
［J］． China Leather，2009，38(15) :23 － 27．［贺丽蓉，李宏
利，张凯，等．双醛淀粉的制备及其提高胶原的热稳定性
研究［J］．中国皮革，2009，38(15) :23 － 27．］
［16］Lv Shenghua，Ma Jianzhong，Yang Zongsui，et al． Synthesis
and application of modified starch tanning agent［J］． Leather
Science and Engineering，2000，10(3) :6 － 10．［吕生华，马
建中，杨宗邃，等．改性淀粉鞣剂的制备及应用［J］．皮革
科学与工程，2000，10(3) :6 － 10．］
［17］刘玉鑫．波谱分析［M］．成都:四川大学出版社，2005:22
－ 25．
［18］Zheng Wenhua，Xu Xu． Research progress on Maillard re-
action［J］． Progress in Chemistry，2005，17(1) :122 － 129．
［郑文华，许旭．美拉德反应的研究进展［J］．化学进展，
2005，17(1) :122 － 129．］
［19］Jing H，Kitts D D． Chemical and biochemical properties of
casein-sugar Maillard reaction products［J］． Food and Chem-
ical Toxicology，2002，40:1007 － 1015．
［20］Wu Song，Qin Jun． Study on the mechanism for Maillard re-
action［J］． Journal of Guizhou University of Technology:Nat-
ural Science Edition，2005，34(4) :17 － 20．［吴松，秦军．
Maillard反应的机理研究［J］． 贵州工业大学学报:自然
科学版，2005，34(4) :17 － 20．］
［21］Shen Szuchuan，Tseng Kouchan，James Swibea Wu． An a-
nalysis of Maillard reaction products in ethanolic glucose-
glycine solution［J］． Food Chemistry，2007，102:281 － 287．
(编辑 黄小川)
(上接第 205 页)
参考文献:
［1］Yang Jianhua，Ma Hongqiong，Dai Qin，et al． Improvement of
7-ADCA crystal structure determination based on X-ray pow-
der diffraction［J］． Journal of Sichuan University :Engineer-
ing Science Edition，2010，42(4) :181 － 184．［杨建华，马
红琼，戴琴，等． 基于粉末 X 射线衍射的 7 － ADCA 晶体
结构解析改进［J］．四川大学学报:工程科学版，2010，42
(4) :181 － 184．］
［2］陈小明，蔡继文．单晶结构分析原理与实践［M］．第 2 版．
北京:科学出版社，2007．
［3］Neumann M A． X-cell:a novel indexing algorithm for routine
tasks and difficult cases［J］． J Appl Cryst，2003，36:356 －
365．
［4］Visser J W． A fully automatic program for finding the unit
cell from powder data［J］． J Appl Cryst，1969，2:89 － 95．
［5］Boultif A，Louer D． Indexing of powder diffraction patterns for
low-symmetry lattices by the successive dichotomy method
［J］． J Appl Cryst，1991，24:987 － 993．
［6］Paul V Tan，Veronique B Penlap，Barthelemy Nyasse，et al．
Nguemo Antiulcer actions of the bark methanol extract of
Voacanga africana in different experimental ulcer models in
rats［J］． Journal of Ethnopharmacology，2000，73(3) :423 －
428．
［7］Maurice M． Handbook of African medicinal plants［M］． Boca
Raton，Florida:Corporate Blvd N W CRC Press Inc． 2000．
(编辑 黄小川)
912第 6 期 王亚娟，等:醛基淀粉的制备及对明胶理化性的影响