王 威，张宏森，郭世恩

（1．哈药集团制药总厂，哈尔滨 150080；2．黑龙江科技学院 现代分析测试研究中心，哈尔滨 150027）

0 引 言

去乙酰基头孢噻肟 （图1）为头孢噻肟 （图2）去乙酰基衍生物，是头孢噻肟的主要副产物，其定性定量分析结果是头孢噻肟生产工艺优化、生产贮运中的质量控制和药物代谢研究的重要依据，因此去乙酰基头孢噻肟一直是工业化生产、产品质量控制和临床领域研究的热点［1－2］。

伴随着分析测试技术的发展，质谱检测技术被广泛应用在原药和药物代谢物的定性定量分析、药物筛选、以及药品质量控制等诸多领域［3－4］。由于电喷雾质谱是在高真空气态离子状态下，以 “软电离”方式使化合物中相应化学键断裂，所以可以通过质谱检测结果推断其裂解方式，这为化合物的稳定性和构效关系的研究提供了有效的检测手段。

通过比较原药与衍生物电喷雾质谱裂解方式实验和理论方面研究，可以研究相应官能团对于化合物稳定性的影响，为通过结构修饰提高药品质量指明了方向。本文以去乙酰基头孢噻肟为研究对象，探讨了去乙酰基头孢噻肟的主要裂解方式，并以裂解方式为依据，分析了该化合物的化学结构对于稳定性的影响。为进一步研究乙酰基等官能团在头孢噻肟的构效关系奠定实验和理论基础。

图1 去乙酰基头孢噻肟结构式Fig．1 Molecular structure of deacetylcefotaxime

1 方 法

1．1 仪器与试剂

LCQ电喷雾质谱仪：美国Finnigan公司产品；农残级甲醇：美国Tedia公司产品；高纯水：美国Honeywell公司产品。

图2 头孢噻肟结构式Fig．2 Molecular structure of cefotaxime

1．2 质谱检测条件

离子源：电喷雾离子源；干燥气温度：325℃；雾化器压力：30．10psi；干燥气流量：8．98 L／min；碰撞气：氦气；加热气：氮气。正离子方式监测。

1．3 样品制备

2g头孢噻肟酸溶于1MHCl中，在50℃搅拌20min，冷却至室温，加入适量的0．5M NaOH，产生白色沉淀，过滤，将白色固体溶解在1MNa2CO3溶液中，滴入1MHCl至pH＝7．0，晶体析出，冷却，抽滤，洗涤。应用重结晶和色谱分离方法纯化。经过IR、NMR证实，生成物为去乙酰基头孢噻肟。

一级质谱检测 ［M＋H］＋为m／e：414，确认去乙酰基头孢噻肟分子离子峰。图3为去乙酰基头孢噻肟分子离子峰 （m／e：414）二级质谱图。

图3 乙酰基头孢噻肟离子 ［M＋H］＋电喷雾串联二级质谱图Fig．3 MS2spectra of ions of deacetylcefotaxime［M＋ H］＋

2 结 果

2．1 m／e 414→241裂解方式的研究

研究表明［5－6］β－内酰胺类化合物中四元环张力导致头孢类化合物主要裂解方式是代尔斯－奥尔德（Diels－Alder）反应的逆反应。碎片A （离子化后m／e：241）在离子碎片中含量最高，但是与其它同类化合物相比［1］，碎片B （离子化后m／e：174）没有成为主要裂解碎片。这主要是由于化合物中N原子数量增多，并且N1，N4空间位阻较小，易于与质子结合，大幅度降低了质子与N9的结合几率，导致碎片B主要以质谱检测不到的中性碎片形式存在。因此碎片B的相对含量可以在一定程度说明β－内酰胺环内N9与质子结合的程度。裂解方式如下：

2．2 m／e 414→380裂解方式的研究

根据荷质比变化，分子离子脱去H2O和CH4是较为合理的裂解方式。当质子和N4结合时，O5－C键断裂，脱去CH4，并不是甲氧基化合物通常脱去CH3OH的裂解方式，这主要是因为O5的孤对电子和N4＝C存在共轭作用，使得N4－O5键不易断裂。同时也没发现主要羧基脱去的－CO2的裂解方式，这是因为羟基与羧基发生酯化反应，以为脱水后生成五元环酯化合物，使得化合物难以生成CO2。裂解方式如下：

2．3 m／e 414→351裂解方式的研究

当质子进攻N1时，所形成的分子离子化合物中N1－C键会断裂，生成NH3离去。五元环酯化合物会进一步脱去CO。通过与m／e 414→380裂解方式的比较，当质子和N4结合后，失去CH4时，五元环酯化合物并没有脱去CO。N1、N4与五元环酯环尽管相隔 “遥远”，但依旧相互影响。裂解方式如下：

2．4 m／e 414→285裂解方式的研究

m／e 414→285裂解方式是较为特殊的一种裂解方式，m／e 414→285其裂解下的碎片的合计质量数为129，根据质谱解析奇偶互变规律可知，裂解下碎片中应当含有1个或3个N原子。满足以上条件理论上应有如图4所示的a、b、c、d 4种裂解方式，尽管a、b都是可能的裂解方式，但是都难以实现以合理的裂解路径生成m／e 285的碎片离子，此外c所标出的C＝N断裂方式是很难实现的。因此d的开环裂解方式是合理的裂解途径。这是β－内酰胺环非常的特殊的开环方式，它是因为五元环酯环进一步增加了四元环 （β－内酰胺环）和六元环 （氢化噻嗪环）的张力，导致出现较为特殊的开环裂解方式。裂解方式如下：

图4 乙酰基头孢噻肟离子 ［M＋H］＋裂解方式Fig．4 Fragmentation pathways of ions of deacetylcefotaxime［M＋ H］＋

2．5 m／e 414→197裂解方式的研究

当质子与N4结合，四元环开环，并脱去CH4，生成m／e：225的碎片离子。由于该碎片离子中三元环存在较大张力，容易脱去CO，生成具有更大的共轭体系，更为稳定的m／e：197的碎片离子。裂解方式如下：

3 结 论

1）在离子化过程中，质子主要与N1和N4结合，较难与β－内酰胺环中的N9结合。这表明在空间位阻更小的位置，引入N原子可以有效的避免质子对于β－内酰胺环的进攻，进而提高β－内酰胺环的稳定性。

2）由于O13－H的存在，导致β－内酰胺环上的羧基不易以CO2的形式脱去，这对于作为头孢菌素中重要官能团的羧基具有保护作用。但脱水后生成的五元环酯环进一步增加了四元环和六元环的张力，不利于该类化合物的稳定。

3）m／e：241为主要β－内酰胺环裂解碎片，且丰度最高；m／e：380反映头孢噻肟去乙酰后生成的－OH后进一步脱水的裂解方式；m／e：285碎片为β－内酰胺环较为特殊的开环方式。因此m／e：241、m／e：380和m／e：285碎片可以较好地反映其独特的化学结构，可作为特征碎片。

［1］Barbarin N，Tilquin B，DE Hoffmann E．Radiosterilization of cefotaxime：investigation of potential degradation compounds by liquid chromatography－electrospray mass spectrometry ［J］．J Chromatogr A，2001，929 （1－2）：51－61．

［2］Barbarin N，Tilquin B．Study of nonvolatile degradation compounds produced by radiosterilization of cefotaxime［J］．Radiation Physics and Chemistry，2001，60 （4－5），359－367．

［3］张宏森，周 扬．电喷雾串联质谱法研究阿莫西林的裂解方式 ［J］．中国药房．2010，29：2 762－2 764．

［4］Andreas Mendez，Pedro Chagastelles，Eduardo Palma，et al．Elfrides schapoval thermal and alkaline stability of meropenem：Degradation products and cytotoxicity［J］．International Journal of Pharmaceutics，2008，350（1－2），95－102．

［5］Case A．F．，Cryer C．，Ominde E．M．A．Mass spectrometry ofβ－lactam antibiotics with special reference to ionization by fast atom bombardment （FAB）［J］．Journal of Pharmaceutical ＆Biomedical Analysis．1989，7 （10）：1 121－1 157．

［6］张宏森，杨学舜，张 钢．青霉素和阿莫西林的电子结构及化学稳定性 ［J］．黑龙江科技学院学报，2012，22 （1）：17－22．