張一鳴，陳志雪，楊曉云

丁氟螨酯的波譜學(xué)數(shù)據(jù)解析與結(jié)構(gòu)確證

張一鳴，陳志雪，楊曉云*

華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 天然農(nóng)藥與化學(xué)生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642

丁氟螨酯是一種新型殺螨劑，具有高效、低殘留的特點(diǎn)．本文對其紅外吸收光譜（IR）、紫外吸收光譜（UV）、質(zhì)譜（MS）及核磁共振（NMR）波譜（包括1H NMR、13C NMR、DEPT、1H-1H COSY、1H-13C HSQC、1H-13C HMBC）進(jìn)行了測定，分析了其UV和IR譜圖特征吸收峰對應(yīng)的基團(tuán)，并對其1H和13C NMR信號進(jìn)行了歸屬，確證了丁氟螨酯的結(jié)構(gòu)．該研究將為丁氟螨酯的其他相關(guān)研究提供參考．

核磁共振（NMR）；結(jié)構(gòu)確證；丁氟螨酯；質(zhì)譜（MS）；紫外吸收光譜（UV）；紅外吸收光譜（IR）

引 言

丁氟螨酯（結(jié)構(gòu)如圖1所示），英文名為Cyflumetofen，商品名為Danisaraba（Otsuka），化學(xué)名為2-甲氧乙基(,)-2-(4-叔丁基苯基)-2-氰基-3-(,,-三氟鄰甲苯基)丙酸酯，CAS登錄號為400882-07-7，分子式為C24H24F3NO4，分子量為447.45．其原藥為白色或乳白色固體顆粒，純品為白色固體，為日本大冢化學(xué)公司開發(fā)的新型?；译骖悮Ⅱ齽》榉莾?nèi)吸性殺螨劑，主要是起到觸殺作用[1]．該藥劑對哺乳動物、水生植物、有益生物及紅蜘蛛的天敵等非靶標(biāo)生物均十分安全，且其在土壤和水中代謝迅速、殘留較少，是對環(huán)境十分友好的農(nóng)藥[2]．

圖1 丁氟螨酯結(jié)構(gòu)式

已有文獻(xiàn)報(bào)道丁氟螨酯的應(yīng)用研究、殘留問題及色譜分析方法：馮開陽等[3]研究了丁氟螨酯的抗性問題，喬巖等[4]介紹了丁氟螨酯防治草莓二斑葉螨的效果，Hayashi等[5]研究了丁氟螨酯的作用方式，李敏敏、劉新剛等[6-8]研究了丁氟螨酯的環(huán)境降解行為及色譜檢測方法；但尚未見到其波譜學(xué)數(shù)據(jù)的報(bào)道．而對化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，波譜學(xué)數(shù)據(jù)的歸納是必要的．近年來有很多關(guān)于化合物波譜學(xué)數(shù)據(jù)解析的研究：張明光等[9]確證了鹽酸貝西沙星的結(jié)構(gòu)，林云良等[10]對盧立康唑的波譜學(xué)數(shù)據(jù)做了全歸屬，梁向暉等[11]分析了阿伐他汀鈣的核磁共振（NMR）數(shù)據(jù)，吉小龍等[12]對依卡倍特鈉進(jìn)行了波譜學(xué)數(shù)據(jù)分析．對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的確證，NMR、質(zhì)譜、紅外吸收（IR）光譜、紫外吸收（UV）光譜這四類譜圖的數(shù)據(jù)尤為重要．

本文對丁氟螨酯的NMR波譜（包括1H NMR、13C NMR、DEPT、COSY、HSQC、HMBC）、UV光譜、IR光譜及高分辨質(zhì)譜（HR-MS）進(jìn)行了分析，測定了其分子量，討論了其紅外特征吸收峰所對應(yīng)的各官能團(tuán)的振動形式，對1H和13C NMR信號進(jìn)行了歸屬，并指認(rèn)了相關(guān)基團(tuán)在結(jié)構(gòu)中的位置及其連接順序，確證了該化合物的結(jié)構(gòu)．波譜學(xué)的信息及結(jié)構(gòu)的確證對于農(nóng)藥生產(chǎn)過程中的質(zhì)量管控有著非常重要的意義，并可為同類型物質(zhì)的合成以及其他雜質(zhì)的確認(rèn)提供參考，本文的工作將對丁氟螨酯和同類物的開發(fā)應(yīng)用，以及鑒定合成過程中的其他副產(chǎn)物提供參考．

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

MS譜圖通過配備電噴霧離子源的AB SCIEX Triple Quad 5500三重四級桿質(zhì)譜儀（美國AB SCIEX公司）獲得．UV光譜通過紫外可見分光光度計(jì)UV-2550（日本島津公司）獲得．IR光譜通過傅里葉變換紅外光譜儀NICOLET 6700（美國賽默飛世爾科技有限公司）獲得．NMR譜圖通過配備正相寬帶BBO探頭的Bruker Avance 600超導(dǎo)型傅里葉變換NMR譜儀（瑞士Bruker公司）獲得．

氘代甲醇（CD3OD）購自美國CIL公司，丁氟螨酯樣品由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥學(xué)系徐漢虹課題組提供，多次重結(jié)晶提純后，經(jīng)高效液相色譜（HPLC）-UV面積歸一化測得純度>99.5%，符合結(jié)構(gòu)鑒定要求．

1.2 NMR實(shí)驗(yàn)

樣品溶于CD3OD，以甲醇溶劑峰定標(biāo)（H3.31，C49.0），1H和13C NMR的工作頻率分別為600.13和150.95 MHz，實(shí)驗(yàn)溫度為25 ℃，譜寬分別為12 376.24和35 971.22 Hz，DEPT135譜的工作頻率為150.95 MHz，譜寬35 971.22 Hz．1H-1H COSY、1H-13C HSQC和1H-13C HMBC實(shí)驗(yàn)分別采用COSYGPMFSW、HSQCEDETGP和HMBCGPND標(biāo)準(zhǔn)脈沖程序．1H-1H COSY的2維（1H）和1維（1H）譜寬均為4 844.96 Hz，采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)陣2×1=2 048×128，累加次數(shù)為12；HSQC的2維（1H）和1維（13C）譜寬分別為4 844.96 Hz和24 997.29 Hz，采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)陣2×1=1 024×256，累加次數(shù)為24；HMBC的2維（1H）和1維（13C）譜寬分別為4 844.96 Hz和33 518.11 Hz，采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)陣2×1=4 096×128，累加次數(shù)為64．NMR譜圖處理通過Bruker Topspin 2.1及MestReNova 9.0.1上完成．

2 結(jié)果與分析

2.1 UV光譜分析

丁氟螨酯丙酮溶液的UV譜圖在200 nm附近有較強(qiáng)吸收帶，206 nm處吸收峰為K吸收帶；同時(shí)250~300 nm處存在較強(qiáng)吸收帶，261 nm吸收峰處為B吸收帶，說明結(jié)構(gòu)中存在苯環(huán)或者雜環(huán)結(jié)構(gòu)，這與丁氟螨酯的結(jié)構(gòu)相符．

2.2 IR光譜分析

IR光譜（圖2）中，1 128 cm-1和1 168 cm-1處有較強(qiáng)吸收峰，是C-O-C伸縮振動的特征吸收峰；1 225 cm-1和1 319 cm-1處吸收峰是由同一個(gè)碳原子連有多個(gè)氟原子C-F伸縮振動引起的，表明分子中可能含有-CF3基團(tuán)；1 734 cm-1處較強(qiáng)吸收峰表明分子中存在RCOR￠基團(tuán)；而1 764 cm-1處的強(qiáng)吸收峰為C=O振動，表明分子中存在RCOOR￠結(jié)構(gòu)；2 892 cm-1處的吸收峰為飽和碳原子-CH3上的C-H伸縮振動；2 821 cm-1處吸收峰是RCOOCH2中-CH2上的碳?xì)渖炜s振動；1 449 cm-1、1 506 cm-1、1 587 cm-1、1 607 cm-1的四個(gè)特征吸收峰為芳環(huán)上C=C的骨架振動，表明分子中含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)；2 972 cm-1處有較強(qiáng)的吸收峰，為C-H伸縮振動，說明結(jié)構(gòu)中含有-CH基團(tuán)．

圖2 丁氟螨酯的紅外吸收光譜

2.3 質(zhì)譜分析

丁氟螨酯的HR-MS譜圖（圖3）顯示在正離子檢測模式下，得到了質(zhì)荷比（/）為448.172 9的離子峰[M+H]+、470.153 2的離子峰[M+Na]+，及其他相應(yīng)碎片，這與丁氟螨酯（分子式為C24H24F3NO4，精確分子質(zhì)量447.166 0）一致．

圖3 正離子檢測模式下，丁氟螨酯的高分辨質(zhì)譜圖

2.4 NMR譜圖分析

丁氟螨酯的1H NMR譜圖（圖4）共給出10種質(zhì)子信號：H7.84（1H，d，=7.91 Hz）、7.71（1H，m）、7.61（1H，m）、7.56（2H，m）、7.53（2H，m）、7.27（1H，d，=7.74 Hz）、4.46（2H，m）、3.62（2H，t，=4.51 Hz）、3.33（3H，s）、1.35（9H，s），可對應(yīng)該化合物的24個(gè)質(zhì)子．

丁氟螨酯的13C NMR譜圖（圖5）共給出20種碳信號：C191.7、164.9、154.7、136.5（q，3CF=2.20 Hz）、133.1、133.0、129.4（q，2CF=32.86 Hz）、129.0、128.4（q，3CF=4.93 Hz）、128.2、128.0、127.4、124.7（q，1CF=272.64 Hz）、116.5、71.0、68.3、67.4、59.3、35.7、31.7．DEPT 是無畸變極化轉(zhuǎn)移增益法（Distortionless Enhancement by Polarization Transfer）的簡稱[13]．聯(lián)合DEPT和13C NMR譜可確定碳原子的級數(shù)．在DEPT135中，叔碳及伯碳為正峰，而仲碳為負(fù)峰[11]．結(jié)合13C NMR和DEPT135譜及HSQC譜可推斷其含有2種伯碳信號、2種仲碳信號、6種叔碳信號及10種季碳信號．其中C31.7含有三個(gè)伯碳，C129.0及C127.4均含有兩個(gè)叔碳；C124.7（q，1CF=272.64 Hz）、C129.4（q，2CF=32.86 Hz）、C136.5（q，3CF=2.20 Hz）、C128.4（q，3CF=4.93 Hz）均裂分為四重峰，是因?yàn)槭艿饺齻€(gè)氟原子的影響．

圖4 丁氟螨酯的1H NMR譜圖

圖5 丁氟螨酯的13C NMR和DEPT135譜圖

1H NMR譜中，根據(jù)積分面積、化學(xué)位移規(guī)律及DEPT135譜圖給出的信息，H3.33（3H，s）歸屬為末端甲基的質(zhì)子信號H-12；在HSQC譜（圖6）中，C59.3與H-12相關(guān)，歸屬為C-12．H3.62（2H，t，=4.51 Hz）與H4.46（2H，m）在COSY譜（圖7）中相關(guān)；在HMBC圖（圖8）中，H3.62與C-12相關(guān)，而H4.46與C164.9相關(guān)，結(jié)合化學(xué)位移規(guī)律、DEPT135譜圖和丁氟螨酯結(jié)構(gòu)，C164.9可歸屬為酯基的碳原子C-9，因此可認(rèn)為H3.62處于靠近末端甲氧基的位置，而H4.46處于靠近酯基的位置，分別歸屬為H-11和H-10；通過HSQC譜可歸屬C71.0為C-11，C68.3為C-10．

圖6 丁氟螨酯HSQC譜圖

圖7 丁氟螨酯的COSY(a)全譜和(b)局部放大圖

1H NMR譜中最高場的單峰H1.35（9H，s），結(jié)合積分面積、化學(xué)位移規(guī)律及DEPT135譜，可歸屬為叔丁基上9個(gè)化學(xué)環(huán)境相同的甲基質(zhì)子H-19，其對應(yīng)的碳原子C-19為C31.7．在HMBC譜中，C35.7、C154.7與H-19相關(guān)，可分別歸屬為C-18和C-17．H7.56（2H，m）與H7.53（2H，m）在COSY譜（圖6）中相關(guān)，由峰型和化學(xué)位移可判斷為苯對位取代后剩余質(zhì)子的信號；在HMBC譜中，H7.56與C-18和C-19均相關(guān)，歸屬為H-16，則H7.53歸屬為H-15；通過HSQC譜，可歸屬C127.4為C-16，C129.0為C-15．在HMBC譜中，季碳C128.0和C67.4與H-15、H-16相關(guān)，根據(jù)化學(xué)位移，可判定C128.0為C-14，C67.4為C-8．季碳C116.5在HMBC中無任何相關(guān)出現(xiàn)，結(jié)合化學(xué)位移規(guī)律和丁氟螨酯的結(jié)構(gòu)，可歸屬為C-13．

圖8 丁氟螨酯的HMBC(a)全譜和(b)局部放大圖

該化合物含氟原子，距離氟原子較近的碳原子，會受到氟原子的作用而在碳譜中產(chǎn)生裂分；且隨著相隔鍵數(shù)的增加，耦合常數(shù)會減小[11]．據(jù)此可歸屬C124.7（q，1CF=272.64 Hz）為C-20；C129.4 （q，2CF=32.86 Hz）為C-2；在HSQC譜中，H7.84（1H，d，=7.91 Hz）與C128.4（q，3CF=4.93 Hz）相關(guān)，分別歸屬為H-3和C-3；另一個(gè)受氟原子影響而產(chǎn)生裂分的季碳C136.5（q，3CF=2.20 Hz）則歸屬為C-1．在COSY譜中，H7.71（1H，m）與H-3相關(guān)，而且是3耦合，歸屬為H-4；在HSQC譜中，C133.0與H-4相關(guān)，歸屬為C-4．H7.61（1H，m）與H-4在COSY譜中相關(guān)，且為3耦合，歸屬為H-5；C133.1在HSQC譜中與H-5相關(guān)，歸屬為C-5．H7.27（1H，d，=7.74 Hz）與H-5在COSY譜中相關(guān)，且為3耦合，歸屬為H-6；C128.2在HSQC譜中與H-6相關(guān)，歸屬為C-6．季碳C191.7在HMBC譜中與H-6有相關(guān)，結(jié)合其化學(xué)位移數(shù)值，歸屬為C-7．HMBC譜中，H-3與C-1及C-5、H-4與C-6及C-2、H-6與C-2及C-4、H-5與C-3及C-1的相關(guān)可驗(yàn)證上述分析．

具體的1H和13C NMR信號歸屬見表1．

表1 丁氟螨酯的1H和13C NMR歸屬

續(xù)表1

* +表示正峰，-表示負(fù)峰．

3 結(jié)論

本文測定了丁氟螨酯的UV光譜、IR光譜、HR-MS譜圖，以及1H NMR、13C NMR、1H-1H COSY、1H-13C HSQC和1H-13C HMBC等NMR譜圖，分析了其UV和IR光譜的特征吸收峰與各官能團(tuán)之間的對應(yīng)關(guān)系，通過HR-MS譜圖確定了丁氟螨酯的精確分子量，并歸屬了其1H和13C NMR信號．上述波譜學(xué)數(shù)據(jù)證明了丁氟螨酯的結(jié)構(gòu)，并為今后關(guān)于丁氟螨酯及其同類物的其他研究提供了參考．

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Spectral Analyses and Structural Elucidation of Cyflumetofen

，，*

Key Laboratory of Natural Pesticide & Chemical Biology, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China

Cyflumetofen is a new type of acaricide with high efficiency and low residue. In this work, the compound was characterized by infrared absorption (IR), ultraviolet absorption (UV) and mass spectrometry, as well as nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR,13C NMR, DEPT,1H-1H COSY,1H-13C HSQC and1H-13C HMBC). The characteristic absorption peaks in the UV and IR spectra were discussed. The1H and13C NMR signals of cyflumetofen were assigned, and the two-dimensional signals were used to elucidate its structure.

nuclear magnetic resonance (NMR), structural elucidation, cyflumetofen, mass spectrometry (MS), ultraviolet absorption spectrum (UV), infrared absorption spectrum (IR)

A

10.11938/cjmr20192723

2019-03-20;

2019-05-30

華南及西南水稻化肥農(nóng)藥減施技術(shù)集成研究與示范(2018YFD0200300).

* Tel: 13380066141, E-mail: yxyhyxy@scau.edu.cn.