全 文 ：波 谱 学 杂 志第 20卷第 2期
2003年 6月　 Chinese Journal of M agnetic Resonance
Vol.20 No.2
　 Jun.2003
文章编号:1000-4556(2003)02-0129-07
雪胆素 C的1H 和13C NM R化学
位移完全归属
邱明华 , 陈剑超
(中国科学院昆明植物研究所 植物化学和西部植物资源持续利用国家重点实验室 , 云南昆明 650204)
摘　要:雪胆素 C 是一个雪胆素甲在碱性条件下 , 乙酰基转移产生的同分异构体.文中报道
了应用13C NM R-DEPT 、 1H-1H COSY , NOESY , 13C-1H COSY等多种 NMR技术 , 对雪胆素 C
的 NM R碳氢化学位移完全指定.
关键词:NMR;归属;HMQC;园果雪胆;雪胆素 C
中图分类号:O482.53　　文献标识码:A
引言
园果雪胆(Hemsleya amabi lis)属葫芦科雪胆属 , 主要分布在云南和广西的中西部.
圆果雪胆的块茎在云南是一个著名民间草药 , 用于治疗杆菌性痢疾 , 支气管炎 , 肺结核
等疾病[ 1 , 2] .20世纪 70年代起开始了圆果雪胆的块茎中化学成分的研究 , 分离出一些
主要以雪胆甲素(雪胆素 A , Hemslecin A), 为代表的葫芦素类三萜化合物和一系列三萜
皂甙;限于当时技术水平 , 为了确定雪胆甲素结构 , 试图通过碱水解乙酸酯 , 得到去乙
酰的雪胆乙素 , 但事与愿违 , 经多种方式碱水解 , 均未得到目标化合物 , 乙酰基没水解
掉 , 雪胆甲素却变成了另外一个异构体.后来经王方材等深入研究确定了该化合物的结
构(图 1)[ 3] , 认为发生了分子内亲核取代反应 , 生成了 23-乙酰雪胆乙素———即本文讨论
的雪胆素 C(Hemslecin C).由于当时 NMR技术水平还不高 , 虽然雪胆甲素因其抗菌活
性 ,而被收载入1977年版《中华人民共和国药典》 ,但对我国发现的这类抗菌物质的
　　收稿日期:2002-12-16;收修改稿日期:2003-01-27
　　基金项目:中国科学院创新方向领域基金 , 国家自然科学基金(39970086)和云南省自然科学基金(98C089M)资
助项目
　　作者简介:邱明华(1963-),男 ,云南丽江人 , 理学博士 , 研究员, 从事天然活性有机化合物的结构和植物资源应
用开发和产业化研究.
NMR还没有进行深入研究 , 缺乏完整的指定解析.本文试图通过讨论雪胆素C 的 NMR
数据的完全解析 , 了解雪胆素 C 的结构特点 , 同时为这类抗菌物质的结构研究奠定基
础.
雪胆素 A 雪胆素 C
图 1　雪胆素 A和雪胆素 C的化学结构
Fig.1　The chemical structures of Hemslecins A and C
雪胆素 C 的结构为 23-乙酰-23(24)-二氢葫芦素 F , 系较少见的 β-二酮三萜类化合
物 , 而在溶液中主要以烯醇式形式存在(图 1), 经利用13C NMR-DEPT 、 1H-1H COSY ,
NOESY , HMQC , HMBC 等多种 NMR技术对其结构进行研究 , 对雪胆素 C的化学结构
和 NMR碳氢化学位移进行了详尽的研究.本文报道该化合物 NMR碳氢化学位移的完
全解析.
1　实验部分
本实验的全部核磁共振数据用 Bruker DRX-500 MHz 核磁共振仪测定 , 雪胆素 C用
C5D5N 为溶剂 , 雪胆素 A用 CDCl3为溶剂 , 样品浓度:约 25 g/L , 内标 TMS , 温度 20 ～
25 ℃, 1H 和13C 的观察频率分别为 500.13 MHz(1H)和125.76 MHz(13C), 用 Υ5 mm反
转探头(BBI)测定.采用正交检测 , 数据如下:
1
H-1H COSY和 HMQC:Z-梯度场实验 , 采样数据矩阵 256×1 024 , 把 F 1 维和 F 2
维均取不相移的正弦窗函数 , 零填充至 512×1 024后进行 FT 变换.HMBC:NS 为 4 ,
Z-梯度场选择实验 , 采样数据矩阵为256×2 048 , 取62.5 ms延迟时间以获得远程的H 、
C 偶合相关 , F1 维 、F 2维均取不相移的正弦窗函数 , 零填充至512×2 048后进行FT 变
换.NOESY:NS 为8 , TPPI相敏型 , 采样数据矩阵为256×2 048 , 混合时间为 300 ms ,
F 1维和 F2 维均取相移 90°的正弦窗函数 , 零填充至 512×2 048后进行 FT 变换.
2　结果与讨论
2.1　雪胆素 C的化学结构
雪胆素C , C32H50O8;无色针晶 , mp 163 ～ 170 ℃.雪胆素 C为雪胆素A 的同分异构
体 , 系在碱性条件下 , 可以由雪胆素 A发生分子内的亲核取代反应 , 定量转化生成.雪
胆素 C的13C NMR-DEPT 谱给出该化合物具有包括 9个甲基 , 5个亚甲基 , 7个次甲基
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图 2　雪胆素 C的1H-1H COSY谱　　　　　　　　图 3　雪胆素C的 HMQC谱
Fig.2　1H-1H COSY spect rum of Hemslecin C　　 Fig.3　HMQC spect rum of Hemslecin C
图 4　雪胆素C的 HMBC谱
Fig.4　HMBC spectrum of Hemslecin C
和 11个季碳的 32个碳信号 , 结合质谱和同分异构体的特点 , 可推出雪胆素 C的分子式
为C32H50O8.通过比较雪胆素 C和雪胆素 A 的13C NMR数据 , 表明雪胆素 C 中有 9个
甲基碳信号 , δC 20.42q , 20.19q , 19.02q , 25.48q , 29.28q , 22.47q , 30.60q , 22.37q和
15.52q , 为较为典型的雪胆素 A类物质;雪胆素 C 中有 3个与次甲基碳相联结的 OH 取
代基(δC 71.05d , 81.47d , 70.23d), 2 个与季碳相连结的 OH 取代基(δC 89.46s ,
131第 2期　　　　邱明华等:雪胆素 C 的1H 和 13C NMR化学位移完全归属
71.44s), 并可分别指定为 C-2 , C-3 , C-16和 C-20 , C-25的信号;雪胆素 C中有 2个酮基
的碳信号 δC 212.9s , 207.4s , 很容易将其指定为 C-11和 C-22.分析它们的13C NMR数
据 , 可以发现:雪胆素 C 和雪胆素 A的四个环的母核骨架的化学位移数据基本一致 , 所
不同的是侧链的13C NMR数据有很大的差异 , 雪胆素 C中没有出现雪胆素 A 的 C-23位
碳信号δC 32.25t , 也没有出现明显的 β-二酮结构中的另一个酮基碳信号 , 而是出现了一
个明显的烯碳信号 δC 112.2s , 一个烯醇式碳的强信号 δC 180.8s;说明雪胆素 C 中的 β-
二酮结构在溶液中基本上是以烯醇式形式存在的 , 而且主要与侧链上乙酰取代基形成烯
醇结构 , 而不与C-22位酮基转换为烯醇式.这里 NMR数据进一步确证雪胆素 C的化学
结构可以表述为图 1所示.
雪胆素 C 的结构曾由王方材等在文献[ 3]中做过报道 , 利用红外和氢谱推定了化学
结构 , 并用 Feigl方法证明了该化合物中具有 β-二酮烯醇式部分结构的存在.但由于当
时波谱技术和条件的限制 , 没有能够对雪胆素 C的核磁共振谱进行深入的研究 , 对化合
物的构型构象及存在形式的了解就有一定的局限性.
2.2　雪胆素 C的 NMR完全解析
雪胆素A 类天然产物属于葫芦烷三萜类物质 , 由于这类物质在植物中分布有一定局
限性 , 而葫芦素类物质研究在 20世纪 70年代末形成热潮 , 因而对 NMR谱数据 , 特别是
1
H NMR化学位移的完全指定研究很少 , 13C NMR数据指定也难免有一些混淆.对葫芦
素类物质的 NMR谱 , Vincent Vande Velde 等对13C NMR数据指定作了较为详尽研究 ,
但报道的多是葫芦素 B类型的化合物[ 4] , 葫芦素 F 类的物质还很少有深入研究报道 , 而
雪胆素C 和雪胆素 A 属于二氢葫芦素 F 类衍生物 , 对这类化合物 NMR谱的完全指定 ,
将扩大葫芦素类物质 NMR谱的研究范围 , 扩充这类化合物的 NMR数据.
雪胆素 C 的13C NMR谱中 , 有许多碳信号是很特征的 , 可以结合 DEPT 指定:羰基
信号 δC 212.9s , 207.4s 分别为 C-11 , C-22的羰基;母核骨架上的季碳信号 δC 42.8s ,
48.2s , 48.2s , 50.1s分别与 C-4 , C-9 , C-13和C-14相对应;一对烯碳信号 δC 142.5s和
118.6d为 C-5和 C-6双键的特征化学位移;而烯碳信号 δC 112.2s , 没找到另一个烯碳信
号与之对应 , 就可以推断该信号为 β-二酮烯醇式结构中的 C-23 位碳.有了这些化学位
移肯定的13C NMR数据后 , 通过解析雪胆素 C的 HMQC , HMBC , 1H-1H COSY就可以
对其13C NMR和1H NMR数据作完全指定:与 C-23(δC 112.2s)相联的 COCH3 的烯醇式
碳信号为 δC 180.8 , 与之相连的甲基信号在 δH 2.27(3H , s), 与该乙酰甲基相应的甲基
碳信号在 δC 15.5q;而与 C-23(δC 112.2s)相联的 C-24上的氢信号较为复杂 , 出现在δH
2.41(1H ,d , J =14.0), 2.641(1H , d , J =14.0)为典型的AB系统 , 对应的 C-24碳信号δC
35.98t 就比较清楚了;而从 24-H 的信号的相关点 , 可以指定出邻位季碳 C-25的信号为
δC 71.44s , 与之相连的 26-CH3 和 27-CH3 就很容易指定出来 , 其信号分别为 δC 30.60q ,
29.28q和 δH 1.44(3H , s), 1.33(3H , s);而另一端与 C-23(δC 112.2s)相邻的 C-22位
羰基碳信号为 δC 207.4s , 与之相邻的 C-21的羟基碳信号为 δC 89.46s , 与 C-21相连的
21-CH3 信号 δC 19.02q和 δH 1.44(3H , s)就清楚了.而雪胆素 C的母核骨架上碳信号的
指定 , 可以参考原有这类一些已知物的13C NMR数据确定 , 也可以结合其 HMQC , HM-
BC , 1H-1H COSY等核磁共振技术 , 从一些特征的碳信号出发 , 对1H NMR数据加以完
全指定.如从 C-11特征的羰基信号(δC 212.9s)出发 , 可以依次指认 C-9 、C-12 和 C-8 、
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C-13 、C-14等碳氢信号 , 也可以推定 18-CH3 、 19-CH3 和 30-CH3 的碳氢信号;而从 C-5 、
C-6的烯碳和烯氢信号出发 , 很容易指出 C-7 、C-10的碳氢信号 , 同时可以证实 B 、C环
并环位置的化学位移和碳氢信号;从特征季碳 C-4的碳信号出发 , 可以依次指定 C-3 、C-
2和 C-1的碳氢化学位移数据 , 同时印证 C-5和 C-10这些A 环上的数据;从特征的四级
羟基 C-20的碳信号 , 可以依次推定 D环上 C-17 、C-16和 C-15的碳氢核磁共振信号 , 并
互证 D环上 C-13 、C-14的 D环碳信号.通过上述的详尽解析雪胆素 C 的 NMR谱 , 其
13C NMR和1H NMR数据 , 就可以得到如表 2的完全指定.
表 1　雪胆素 A 和 C 的13C NMR数据(125 MHz , 溶剂 CDCl3 , C5D5N , δ)
Table 1　13C NM R data of Hemslecin A and C(125 MHz , in CDCl3 , C5D5N , δ)
No. Hemslecin C Hemslecin A No. Hemslecin C Hem slecin A
1 34.73 t 34.49 t 18 19.02 q 20.51 q
2 71.05 d 71.08 d 19 20.19 q 20.51 q
3 81.47 d 81.46 d 20 89.46 s 81.69 s
4 42.86 s 42.87 d 21 20.42 q 19.25 q
5 142.5 s 142.5 s 22 207.4 s 215.2 s
6 118.6 d 118.8 d 23 112.2 d 32.35 t
7 24.12 t 24.24 t 24 35.98 t 35.46 t
8 34.41 d 34.49 d 25 71.44 s 80.25 s
9 48.15 s 48.77 s 26 30.60 q 26.13 q
10 43.31 d 43.11 d 27 29.28 q 26.03 q
11 212.9 s 213.3 s 28 22.47 q 22.49 q
12 48.91 t 49.33 t 29 25.48 q 25.53 q
13 48.15 s 48.90 s 30 22.37 q 22.49 q
14 50.10 s 51.15 s
15 46.23 t 46.47 t COCH3 180.8 s 170.2 s
16 70.23 d 70.48 d 15.52 q 24.32 q
17 59.56 d 59.09 d
表 2　雪胆素 C 的1H 和13C NMR归属
Table 2　1H and 13C NM R assignments of Hemslecin C
No. δC HM BC δH(HMQC) J/Hz COSY
1 34.73 t 2-H , 10-H 2.37 m;2.29 m 2-H.10-H
2 71.05 d 3-H , 1-H 4.07 m 3-H , 1-H
3 81.47 d 2-H , 1-H , 28-CH3 , 29-CH3 3.39 d 9.1 2-H
4 42.86 s 28-CH3 , 29-CH3
5 142.5 s 28-CH3 , 29-CH 3 , 10-H , 1-H
6 118.6 d 7-H , 1-H 5.69 brs 7-H
133第 2期　　　　邱明华等:雪胆素 C 的1H 和 13C NMR化学位移完全归属
　　续表 2
　　Continuation of the Table 2
No. δC HM BC δH(HMQC) J/Hz COSY
7 24.12 t 6-H , 8-H 1.91 m 6-H
8 34.41 d 10-H , 7-H 1.48 m 7-H
9 48.15 s 19-CH3 , 8-H , 10-H
10 43.31 d 1-H 1.92 m 1-H
11 212.9 s 12-H , 19-CH3 , 8-H
12 48.91 t 18-CH3 , 3.22 d;2.64 d 14.3;14.3 α,β-H
13 48.15 s 18-CH3 , 30-CH3 , 12-H , 17-H
14 50.10 s 30-CH3 , 18-CH3 , 8-H
15 46.23 t 16-H , 1.73 d;1.97 m 13.0 16-H
16 70.23 d 17-H , 15-H 4.63 brdd 7.3;7.3 17-H , 15-H
17 59.56 d 18-CH3 , 21-CH3 , 16-H 2.94 dd 7.3;0.5 16-H
18 19.02 q 12-H , 1.22 s
19 20.19 q 10-H , 1.06 s
20 89.46 s 21-CH3 , 17-H , 16-H
21 20.42 q 1.44s
22 207.4 s 24-Hα, Hβ , 21-CH3 , 17-H
23 112.2 s 24-Hα, Hβ , COCH3
24 35.98 t 26-CH3 , 27-CH3 , 2.41 d;2.64 d 14.0;14.0 26, 27-CH3
25 71.44 s 24-Hα, 26-CH3 , 27-CH3
26 30.60 q 24-H , 1.44 s 24-H
27 29.28 q 24-H , 1.33 s 24-H
28 22.47 q 3-H , 1.26 s
29 25.48 q 3-H , 1.57 s
30 22.37 q 1.44 s
COCH3 180.8 s 24-Hα, Hβ , COCH3
15.52 q 2.27 s
从雪胆素 C 的1H NMR中发现 C-24上的两个氢的典型的 AB系统信号出现在 δH
2.41(1H ,d , J =14.0 , β-H), 2.64(1H , d , J =14.0 , α-H), 侧链上与同一个碳相连的两个
氢的化学位移的差别较大 , 从分子模型或优化构象可以看出 , 24α-H 与C-22位的羰基处
在五员平面的位置上 , 可能形成氢键 , 而使化学位移向低场移动 , 而 24β-H 则与临近的
吸电子基团均较远 , 处于孤立的位置 , 化学位移出现在较高场.加上空间位阻使侧链的
空间相对稳定 , 使 C-26和 C-27甲基的碳氢信号就有了一点差别.以前由于高场的碳氢
信号比较密集 , 有些重叠 , 可能会产生一些信号指定可以交换的情况 , 但本文报道的雪
胆素 C的 NMR数据的完全指定 , 归属了所有的碳氢信号 , 是目前葫芦素类的 NMR谱
解析报道中最为完整的 , 为葫芦素三萜的结构确定 , 提供了参考依据.
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参考文献:
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ASSIGNMENTOF
1
H AND
13
C NMR CHEMICAL
SHIFTSOF HEMSLECIM C
QIU Ming-hua , CHEN J ian-chao
(S tate Key Laboratory of Phytochemist ry and Plant Resource in West China , Kunming Institute of Botany ,
The Chinese Academy of S ciences , Kunming 650204 , China)
Abstract:Under alkali t reatment , Hemslecin A becomes its isomer Hemslecin C by acetyl
mig ration.In this paper , the chemical structure of Hemslecin C w as elucidated unambigu-
ously by NMR spect roscopy , including 2D 1H-1H COSY , HMQC and HMBC.The 13C and
1H chemical shif ts of the compound w ere assigned.
Key words:NMR , assignments , HMQC , Hemsleya amabi lis , Hemslecin C
135第 2期　　　　邱明华等:雪胆素 C 的1H 和 13C NMR化学位移完全归属