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1、核磁共振(NMR)在体内药物分析中的应用,李和刚,目录,1 前言2 NMR基本原理3 核磁共振波谱仪4 NMR谱的信息5 NMR技术在体内药物分析中的应用6 展望,1 前言,核磁共振是1946年由美国斯坦福大学F.Bloch和哈佛大学EMPurcell各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多年来，核磁共振不仅形成为一门有完整理论的新兴学科核磁共振波谱学，而且，在这50年间已有12位科学家因对核磁共振的杰出贡献而获得诺贝尔奖。,核磁共振的作用定位,紫外和红外给出官能团，质谱给出分子式，核磁和质谱共同确定分子骨架。,核磁共振波谱仪(美国),台式核磁共振,核磁共振波谱仪(德国),
2、实验室型核磁共振分析仪,2 NMR基本原理,1.1 核磁共振现象低能级的原子核吸收了电磁波的能量跃迁到高能级上。 1.2 核磁共振波谱法利用自旋原子核在外磁场作用下的核自旋能级间跃迁所吸收的电磁波谱来研究化合物结构与组成的分析方法。,3 核磁共振波谱仪,按扫描方式分为:连续扫描仪(CW-NMR)脉冲傅立叶变换谱仪(PFT-NMR)前者单位时间内获得的信息量很少，目前使用的仪器多为PFT-NMR仪。,射频振荡器,扫描发生器,检测器,记录器,磁铁,磁铁,样品管,核磁共振波谱仪示意图,NMR的检测方法完全不同于吸收光谱和发射光谱：吸收光谱和发射光谱：研究有多少能量被吸收、多少能量被反射或散射。NMR
3、检测的是：磁化矢量在线圈中的磁通量发生变化而产生的电动势。,NMR谱仪的灵敏度和分辨率都取决于磁场强度,磁场强度越大,谱仪的灵敏度和分辨率越高。,4 NMR谱的信息,应用NMR谱进行定性定量以及结构分析主要依据的信息是化学位移、偶合常数、核磁共振吸收峰的面积等。 4.1 化学位移共振吸收峰的位置随着自旋核的化学环境不同而变化，这种变化称为化学位移。,4.2 自旋偶合,化学位移不同的自旋核的核磁矩产生的附加磁场通过化学键中成键电子而作用于其它核，这种作用称自旋偶合。自旋偶合导致吸收峰进一步裂分成多重峰。,化学位移与自旋偶合示例,4.3 峰面积,峰强度可用峰面积表示，峰面积大小与该峰自旋核数成正比
4、。这是NMR可进行定量分析的基础。,5 NMR技术在体内药物分析中的应用,5.1 与其它分析方法相比，NMR具有以下优点： （1）简便性无需对样品进行繁杂的提取或衍生化，减少由此带来的误差。 （2）无损伤性对取样量有限的生物样品经NMR分析后还可用于其它处理，甚至可对生物整体进行无损伤分析。,（3）连续性NMR可对整体生物系统进行动态监测而不扰乱生物体内的各种平衡，实现药物的在体分析。 （4）高分辨性NMR谱线为Hz量级，能提供分子水平的结构信息。（5）多目标性无需进行分析条件摸索，可在同一物理条件下检测药物及其多种代谢物。,5.2 应用范围,药物及其代谢物的结构鉴定代谢途径归属定量分析药物与
5、内源性物质相互作用,5.3 几种NMR模式在体内药 物分析中的应用,1HNMR19FNMR13CNMR31PNMR,5.3.1 1HNMR,难题：体液主要成分是水，水的质子浓度远高于待测物浓度，使待测信号难检出。解决办法：水峰压制技术、冷冻干燥技术。,1HNMR主要用于含有孤立甲基、乙基、乙酰基的药物及其代谢物的分析，检测限为10mol/ml。 已报道的有：氨苄青霉素、布洛芬、硝苯地平、阿司匹林、美西律等的体内样品分析。,Connor 用高分辨 1HNMR(400MHz)研究了大鼠静注羟氨苄青霉素后24h内尿样中药物的代谢情况。该项研究首次发现了羟氨苄青霉素与内源性碳酸氢盐存在着相互作用。,5
6、.3.2 19FNMR,19FNMR在体内药物分析中可检测浓度高于10mol/ml、化学位移范围在20ppm50ppm的含氟药物及其代谢物。对于单氟原子药物谱图每组峰即代表一种含氟物质。,19F-NMR对传统生物样品中药物的研究已有许多报道，如尿样中氟氯西林代谢研究；尿样、肝脏、肿瘤中5一氟尿嘧啶(5-FU)代谢及5-FU灌流心脏的心脏毒性研究；尿样中氟比洛芬代谢途径归属等。,19F-NMR可对活体中的药物进行在体分析,Why?因为内源性氟含量极低,5.3.3 13C-NMR,难题：灵敏度低。 解决办法：信号累加平均(CAT)、质子噪声去偶、偏共振去偶、PFT、 NOE、DEPT等新技术。 D
7、EPT ：Distortionless Enhanced by Polarization Transfer，无畸变极化转移增强DEPT谱是目前最理想的鉴别碳上连氢数目的常规技术，采用图谱编辑法能得到把CH/CH2/CH3信号显示出来的DEPT谱。 NOE：奥氏核效应差光谱,13C-NMR特别适用于分析混合物中其基本骨架相同而官能团稍有不同的化合物，在定量分析中更具潜力。,优点：化学位移范围很宽，相当于氢谱化学位移范围的20倍。因此不同化学环境的13C共振峰重叠机会甚少，分辨率优于氢谱，实践中常将二者互补使用。已报道过用13C-NMR研究布洛芬 、雷尼替丁、枸橼酸铋 、脱氧青蒿素的体内过程。,O
8、giso等用13C-NMR探讨了脂肪酸对普萘洛尔透皮吸收的影响。实验结果表明：与月桂酸酰胺及甲酯化合物相比，月桂酸对普萘洛尔透皮吸收的增强作用显著。,Copeland等用13C-NMR和1HNMR共同确认了免疫抑制剂环孢霉素G的两种代谢途径：羟基化和去甲基化。其代谢物药理活性均低于原型药。,5.3.4 31P-NMR,含P的药物较少，因此31P-NMR在体内药物分析中应用不多。对环磷酰胺(CP)代谢研究：体内的酶活性，药物的水合作用及合用地塞米松皆影响CP的分布。,Bishop等用 31P-NMR研究了醚酯类抗肿瘤药物十六烷基磷酰胆盐(HPC)在小鼠肝脏中的代谢，结果表明：HPC在体内被磷脂酶D分解代谢，酶的作用位点在烷基磷酯和胆盐之间。,6 展望,综上所述，NMR技术在体内药物分析中具有简便、无损伤、动态等特点，但进一步提高其灵敏度仍是一个有待解决的问题。但是可以预见，该技术所存在的优势将促使其日益广泛地应用于体内药物分析。,
