头孢唑啉杂质B的波谱特征及结构确证研究

康艳晶

摘 要：头孢唑啉杂质B是头孢唑啉钠的一个重要杂质。本文采用紫外吸收光谱（UV）、红外吸收光谱（IR）、核磁共振谱（NMR）以及质谱（MS）等波谱分析方法对待测样品进行化学结构确证，通过实验数据和图谱解析证实样品结构与头孢唑啉杂质B结构一致。

关键词：头孢唑啉杂质B，结构确证

Abstract：Cefazolin Impurity B which is an important impurity of Cefazolin Sodium. In this study， the structure of the sample was consistent with Cefazolin Impurity B， which conformed by UV， IR， NMR， MS， etc.

引言

頭孢唑啉杂质B是头孢唑啉钠的一个重要杂质。其化学结构见图1。注射用头孢唑啉钠适用于治疗革兰氏阳性菌，革兰氏阴性菌如葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎杆菌变形杆菌等引起的感染。尿道感染：肾盂炎、膀胱炎。胆道感染：胆管炎、胆囊炎。呼吸道感染：支气管炎、细菌性肺炎。妇产科感染：子宫感染、盆腔和乳房脓肿。耳鼻喉科感染：中耳炎、乳窦炎、咽炎、窦炎。外伤、皮肤和软组织感染，严重感染和败血症等。我们对头孢唑啉杂质B进行了比较全面的波谱表征，测定了头孢唑啉杂质B的紫外（UV）、红外（IR）、质谱（MS）、1H-NMR，分析了各个波谱的特征，并对谱峰进行了准确的归属，上述工作对头孢唑啉钠杂质研究重要意义[1]。

1.仪器与材料

Thermo Scientific NICOLET iS10型红外光谱仪，UV-2450紫外可见分光光度计（日本岛津公司生产），Bruker 400MHz脉冲傅里叶核磁共振谱仪，Agilent G6520A单级四级杆-飞行时间质谱仪。

头孢唑啉杂质B由哈药集团制药总厂合成，乙腈（色谱纯，TEDIA），甲醇（色谱纯，TEDIA），超纯水（色谱纯，TEDIA），氘代DMSO。

紫外吸收光谱，红外吸收光谱，质谱测试均由哈药集团制药总厂科研开发中心测试；核磁共振谱由哈尔滨工业大学生命科学与技术学院公共仪器设备管理中心测试。

2.方法与结果

2.1紫外吸收光谱 （UV）

在自制品中性水溶液中，λ272.0nm（～104）处的强吸收属于K带吸收，证明自制品结构中存在双键共轭体系。

在自制品酸性溶液中，λ206.0nm（～104）处的强吸收属于杂芳香环的特征吸收E带吸收，而K带吸收则向短波移动，摩尔吸收吸收降低。这表明，自制品结构中存在碱性基团和芳香杂环结构，且在强酸性条件下，自制品的结构发生了变化。

在自制品碱性溶液中，λ209.0nm（～104）处的强吸收属于杂芳香环的特征吸收E带吸收，除λ278.0nm（～104）处的K带强吸收外，λ227.0nm（～104）处还存在一个K带强吸收。以上紫外光谱的变化表明，在强碱性条件下，自制品结构发生了变化。

结论：

自制品的紫外光谱信息表明它的结构中含有碱性基团及杂芳香环，且含有双键共轭体系，这些信息符合头孢唑林钠杂质B的化学结构。

2.2红外吸收光谱 （IR）

采用溴化钾压片法制备头孢唑啉杂质B样片，进行IR扫描，红外特征吸收如下：3380.67 cm-1是仲酰胺（-CONH-）N-H伸缩振动峰；1774.51cm-1是β-内酰胺（β-lactam）的羰基C=O伸缩振动峰，因受四元环张力及比邻的六元杂环影响，故羰基峰左移；1663.26cm-1是仲酰胺羰基C=O伸缩振动峰；1096.37、1063.22cm-1是β-内酰胺、仲酰胺的多组C-N伸缩振动峰。

2968.19cm-1是甲基（-CH3）的不对称C-H伸缩振动峰。1713.00cm-1是两个羧酸羰基（-COOH）的C=O伸缩振动峰；1208.39 cm-1是羧酸的C-O伸缩振动峰。1518.89～1369.12cm-1是C=C，C=N键的伸缩振动峰。

通过红外吸收光谱解析，验证了自制品分子中存在以下单元结构：仲酰胺、β-内酰胺、羧酸羰基、甲基基团等。

结论：

自制品的红外光谱信息符合头孢唑林钠杂质B的化学结构

2.3NMR结构解析及信号归属

使用氘代DMSO溶解试样，四甲基硅烷（TMS）作内标，测定头孢唑啉杂质B的1H-NMR谱，13C-NMR谱。

自制品1H-NMR谱中，除溶剂以外，共给出11组共振峰，其中2组为低场，9组为高场，共对应20个质子，对以上共振峰归属解析如下：

（1）δ1.113， 1.127ppm：两组单峰，总积分为9，孤立甲基特征峰，归属于14， 15， 16位甲基上的质子。

（2）δ2.685ppm：一组单峰，积分为3，孤立甲基特征峰，从化学位移可以看出，它应与sp2杂化碳相连，将其归属为结构中与芳香杂环上碳相连的10位甲基质子。

（3）δ3.556～3.601，3.710～3.755ppm：两组双重峰，积分均为1，偶合常数相同，均为18.0Hz，偶合常数及裂分方式证明这两组氢为亚甲基同碳氢，且无邻位氢，构成AB系统，将这两组氢归属为1位亚甲基质子。

（4）δ4.199～4.232，4.459～4.492ppm：两组双二重峰，积分为1，偶合常数相同，均为13.2Hz，偶合常数及裂分方式证明这两组氢为亚甲基同碳氢，且无邻位氢，构成AB系统，将这两组氢归属为7位亚甲基质子。

（5）δ5.059～5.070ppm：一组双重峰，积分为1，J=4.4Hz，它对应结构中6位次甲基上的饱和叔碳氢，它受到邻位叔碳氢的邻偶影响，故呈双重裂分。

（6）δ5.569～5.601ppm：一组单峰，积分为1，J=4.8、8.0Hz，偶合常数证明它与6位次甲基氢具有邻偶关系，故将其归属为结构中另一饱和叔碳氢5-CH，它同时受到6-CH及邻位仲酰胺基氢17-NH的邻偶影响，故裂分为dd峰。

（7）δ8.409～8.429ppm：一组双重峰，积分为1，J=8.0Hz，偶合常数证明它与5位次甲基氢具有邻偶关系，故将其归属于17位仲酰胺基质子。

（8）δ12.741ppm：一组宽单峰，积分为1，将其归属于11位羧酸羟基质子。

从自制品1HNMR谱的信息中可以看出，自制品结构中含有：四组甲基氢、二组构成AB系统的饱和亚甲基氢、二组饱和叔碳氢、一组仲酰胺基氢、一组羧酸羟基氢。以上结构信息符合头孢唑林钠杂质B的化学结构。

结论：

自制品氢核磁共振行为符合头孢唑林钠杂质B的化学结构。

2.4质谱（MS）

取待测样品，加水溶解。在正电离模式下，进行全扫描质谱分析。

测试条件：电喷雾质谱，毛细管电压4.00kV，毛细管出口电压135V，喷雾气及干燥气均为氮气，干气温度350℃，雾化器45psi。

解析：

在自制品的正离子扫描一级质谱中，准分子离子峰的质荷比为429.0713，是头孢唑林钠杂质B分子加合一个质子的准分子离子峰，质荷比为451.0539的离子为一个头孢唑林钠杂质B分子加合一个钠离子的离子峰，故所得自制品质谱数据与头孢唑林钠杂质B的分子结构相符。

3. 结论

本文运用UV，IR，NMR，MS技术对头孢唑啉杂质B的结构进行了详细的解析，可以准确鉴定目标化合物的结构为头孢唑啉杂质B，并对样品的1H-NMR谱进行了归属，该方法为此类化合物的结构解析提供了客观依据和理论分析方法，为该类化合物的定性分析提供了科学依据。