波谱学杂志, 2026, 43(2): 164-174   doi: 10.11938/cjmr20253184   cstr: 32225.14.cjmr20253184

研究论文

顺/反-1,2,4-噁二唑衍生物的结构确证

高源1,#, 刘心月1,#, 王思宏,2,*, 胡伟,3,§

1 长白山天然药物研究教育部重点实验室， 延边大学， 吉林 延吉 133002

2 延边大学分析测试中心， 吉林 延吉 133002

3 松山湖材料实验室, 广东 东莞 523008

Structure Elucidation of cis- and trans-1,2,4-Oxadiazol Derivatives

GAO Yuan1,#, LIU Xinyue1,#, WANG Sihong,2,*, HU Wei,3,§

1 Key Laboratory of Natural Medicines of the Changbai Mountain, Ministry of Education, Yanbian University, Yanji 133002, China

2 21. Analysis and Inspection Center, Yanbian University, Yanji 133002, China

3 Songshan Lake Materials Laboratory, Dongguan 523008, China

通讯作者: Tel: 0433-2733063, E-mail:shwang@ybu.edu.cn;§ Tel: 0769-89136118 E-mail:276193238@qq.com.

第一联系人:

#共同第一作者

收稿日期: 2025-10-20   网络出版日期: 2026-01-27

基金资助: 国家自然科学基金资助项目(22567024)

Corresponding authors: Tel: 0433-2733063, E-mail:shwang@ybu.edu.cn;§ Tel: 0769-89136118 E-mail:276193238@qq.com.

Received: 2025-10-20   Online: 2026-01-27

摘要

顺反异构体的几何构型差异可导致其生物活性显著不同，对异构体进行分离与构型鉴定是评估其药效的关键．本研究合成了一对顺/反-1,2,4-噁二唑衍生物异构体即顺/反-4-[2-(3-((1H-吲哚-3-基)甲基)-1,2,4-噁二唑-5-基)乙烯基]-N,N-二甲基苯胺，并综合利用核磁共振（NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、高分辨质谱（HRMS）及理论计算，成功实现了这一对异构体的明确指认与区分．抗弓形虫活性评价表明，顺式异构体（化合物2，选择性指数SI = 1.50）的活性优于其反式异构体（化合物1，SI = 0.92）及阳性对照药螺旋霉素（SI = 0.98），充分体现了构型分离与鉴定在药物研究中的价值．本研究深化了对构型-活性关系的理解，为高选择性抗弓形虫药物的开发提供了新思路．

关键词： 1,2,4-噁二唑; 抗寄生虫药; 结构解析; 顺式构型; 核磁共振

Abstract

The geometric configuration of cis-trans isomers critically influences their biological activities, making the separation and configurational identification essential for efficacy evaluation. In this study, cis/trans-1,2,4-oxadiazole derivatives were synthesized and comprehensively characterized by nuclear magnetic resonance (NMR), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), high-resolution mass spectrometry (HRMS), and theoretical calculations. This approach enabled unambiguous identification and distinction of a pair of isomers, including cis-4-[2-(3-((1H-indol-3-yl)methyl)-1,2,4-oxadiazol-5-yl)vinyl]-N,N-dimethylaniline and its trans-configuration analogue. Anti-Toxoplasma gondii activity assessment revealed that the cis-isomer (compound 2, selectivity index SI = 1.50) exhibited higher activity than the trans-isomer (compound 1, SI = 0.92) and the positive control spiramycin (SI = 0.98), highlighting the value of configurational separation and identification in pharmaceutical research. This study deepens the understanding of configuration-activity relationships and provides new insights for developing highly selective anti-Toxoplasma agents.

Keywords： 1,2,4-oxadiazole; antiparasitic agents; structural elucidation; cis-configuration; NMR

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高源, 刘心月, 王思宏, 胡伟. 顺/反-1,2,4-噁二唑衍生物的结构确证[J]. 波谱学杂志, 2026, 43(2): 164-174 doi:10.11938/cjmr20253184

GAO Yuan, LIU Xinyue, WANG Sihong, HU Wei. Structure Elucidation of cis- and trans-1,2,4-Oxadiazol Derivatives[J]. Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2026, 43(2): 164-174 doi:10.11938/cjmr20253184

引言

顺反异构现象作为决定分子空间构型的关键因素，直接影响化合物与生物靶标的相互作用模式及其药理活性[1].在农药科学研究中，立体化学特性对药物效能的调控作用日益凸显.例如，3-(苄亚基)吲哚-2-酮衍生物的Z,E异构体与α-突触核蛋白的结合活性显著高于E,E异构体，体现了立体构型对生物活性的关键影响[2]；天然橡胶载体中的顺-5-反-7-十二碳二烯基信息素一旦发生构型转变，其生物活性即丧失，也充分证明了立体化学与材料相互作用的紧密关联.此外，番茄红素、β-胡萝卜素的顺式异构体以及2-氯-5-甲基吡啶衍生物[3]往往表现出更优的生物活性，进一步提示微小的几何构型差异可能对化合物功能产生决定性作用.

在顺反异构体的结构鉴定中，核磁共振（NMR）技术发挥着不可替代的核心作用[4,5].相较于其他分析手段，NMR能够直接提供分子在溶液状态下的结构信息，并可在无损条件下提供由构型差异导致的关键谱学特征.对于含双键的顺反异构体，其在NMR谱图中呈现规律性差异：由于反式构型通常具有更高的对称性和更小的空间位阻，其烯烃质子的化学位移往往较顺式构型处于更高场；同时，反式异构体中烯烃质子间的邻位耦合常数（J = 12~18 Hz）也显著大于顺式异构体（J = 6~12 Hz）[6].此外，基于核奥弗豪泽效应（NOE）的NOESY实验，能够通过观测空间邻近原子核间的信号增强，为相对构型的指认提供直接、可靠的实验证据，从而实现对难分离顺反异构体的鉴别与结构解析.

在抗寄生虫药物研发领域，立体化学调控策略展现出重要价值.例如，茴香醛肟酯[7]与丁烯邻苯二甲酯[8]的顺式异构体均显示出相较于其反式构型增强的杀虫与杀螨活性；同时，具有构象限制的查尔酮类和3-蒈烯-5-酮肟酯类化合物[9]也通过刚性的立体结构提升了抗疟原虫活性.然而，目前在抗寄生虫药物体系中，针对几何构型效应的研究依然有限，这制约了人们对立体选择性靶标相互作用（例如与幼年激素生物合成相关的机制）的深入理解与进一步应用.

在此研究背景下，本研究聚焦于一类具有潜在药理活性的1,2,4-噁二唑衍生物，并考察其顺反异构现象.该骨架的几何构型可能对其生物活性产生影响.本研究依托NMR技术的解析优势，结合理论计算，实现了对未见报道的目标化合物——顺/反-4-[2-(3-((1H-吲哚-3-基)甲基)-1,2,4-噁二唑-5-基)乙烯基]-N,N-二甲基苯胺——的结构解析，为后续研究不同构型异构体（包括但不限于抗寄生虫活性）的生物活性差异提供了研究基础.这种将构效关系与立体化学控制相结合的研究范式，进一步彰显了立体化学在药物研发策略方面的潜力[10,11].

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

NMR测试参数参照文献 [12,13].化合物溶于CDCl3-d1（Cambridge Isotope Laboratories，Inc.，D>99.9%），以四甲基硅烷（δH 0.00，δC 0.0）为内标.所有的NMR实验均在Bruker NEO 300 MHz全数字化超导NMR谱仪上完成，使用PA BBO 300S1 BBF-H-D-05 Z探头，室温（25 ℃）条件下测试.1H、13C核的工作频率分别为 300.13、75.04 MHz.1H NMR、13C NMR脉冲序列采用Topspin 4.2标准参数组，谱宽分别为5 882.4 Hz、17 857.1 Hz.2D NMR（1H-1H COSY、1H-1H NOESY、1H-13C HMQC、1H-13C HMBC）均采用标准脉冲程序.1H-1H COSY的F2维（1H）和F1维（1H）谱宽均为2 500.0 Hz，采样数据点阵t2×t1=1 024×128，累加次数为4；1H-1H NOESY的F2维（1H）和F1维（1H）谱宽均为2 688.2 Hz，采样数据点阵t2×t1=1 024×256，累加次数为8；1H-13C HMQC的F2维（1H）和F1维（13C）谱宽分别为2 688.2 Hz和12 453.3 Hz，采样数据点阵t2×t1=512×128，累加次数为8；1H-13C HMBC的F2维（1H）和F1维（13C）谱宽分别为2 890.2 Hz和 16 604.4 Hz，采样数据点阵t2×t1=1 024×128，累加次数为16.

官能团分析采用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR650）进行.质谱数据采用电喷雾离子源（ESI）的Waters G2-XS QTOF高分辨质谱仪采集.合成所用试剂3-吲哚乙腈、无水乙醇、盐酸羟胺、碳酸氢钠、乙酸乙酯、二氯甲烷、N,N-二异丙基乙胺（DIPEA）、3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酸、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯（HATU）、乙酸钠、石油醚、氯化钠和硫酸镁均为分析纯，购自上海毕得医药科技有限公司.

1.2 化合物的合成

将3-吲哚乙腈（2.34 g, 15.0 mmol）溶于无水乙醇（50 mL），依次加入盐酸羟胺（1.56 g, 22.5 mmol）与碳酸氢钠（3.78 g, 45.0 mmol），65 ℃搅拌反应4 h.反应液经乙酸乙酯稀释并过滤，减压浓缩.滤渣用水（25 mL）和乙酸乙酯（3 × 25 mL）萃取，合并有机相，以饱和氯化钠水溶液（25 mL）洗涤，无水硫酸镁干燥，浓缩后得胺肟中间体（2.40 g）.将3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酸（2.0 mmol）溶于二氯甲烷（5 mL），加入DIPEA (0.77 g, 6.0 mmol）与HATU（0.76 g, 2.0 mmol），搅拌30 min后，滴加胺肟中间体（0.38 g, 2.0 mmol）的二氯甲烷溶液（2 mL），继续搅拌 2 h后与乙酸钠（0.33 g, 4.0 mmol）一起溶于30%乙醇水溶液（5 mL），回流过夜.减压蒸去乙醇，滤渣用水（5 mL）和乙酸乙酯（3 × 5 mL）萃取，合并有机相，饱和氯化钠水溶液（5 mL）洗涤，无水硫酸镁干燥，浓缩后经硅胶柱色谱（石油醚/乙酸乙酯，4 : 1）纯化[14].根据比移值差异分离得到目标化合物即顺/反-4-[2-(3-((1H-吲哚-3-基)甲基)-1,2,4-噁二唑-5-基)乙烯基]-N,N-二甲基苯胺[化合物1（反）和化合物2（顺），如图1].

图1

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图1   化合物1（反）、化合物2（顺）的化学结构和对应原子编号

Fig. 1   Chemical structures and corresponding atom numbering of Compound 1 (trans) and Compound 2 (cis)


1.3 理论计算

分子构象搜索采用Molclus程序完成[15].采用B3LYP杂化泛函和6-31G(d)基组对化合物1和2的几何结构进行优化.在相同理论水平下进行频率计算，结果显示无虚频，确认优化所得结构稳定可靠.为进一步指认实验数据，基于优化构型，分别采用6-31G(d)和6-311+G(2d,p)基组在B3LYP密度泛函水平下通过标度法计算化学位移.具体方法为：1H和13C化学位移采用B3LYP/6-31G(d) em=GD3BJ方法计算.考虑溶剂对化学位移的影响，引入隐式SMD溶剂化模型，以氯仿作为溶剂进行模拟.采用Multiwfn程序，基于DFT计算所得的磁屏蔽常数数据，生成模拟的NMR化学位移数据[16].使用Shermo程序计算玻尔兹曼分布、坐标信息以及构象/构型权重的各种热力学量（附件材料1）[17].

2 结果与讨论

2.1 顺反异构体的谱学表征

本研究以3-吲哚乙腈为起始原料，在乙醇中与盐酸羟胺和碳酸氢钠反应，将腈基顺利转化为胺肟中间体.该中间体随后与3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酸发生酯化反应，生成相应的O-肉桂酰基羟肟酸酯中间体.后者在回流条件下经分子内环合反应，构建1,2,4-噁二唑环，最终得到化合物1/2.基于极性差异，采用柱色谱成功分离得到顺/反两个组分.

化合物1比移值0.14 (石油醚/乙酸乙酯, 3 : 1).收率, 46.2%. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 8.08 (s, 1H, H-1), 7.70 (d, J = 7.80 Hz, 1H, H-7), 7.68 (d, J = 16.14 Hz, 1H, H-14), 7.43 (d, J = 8.79 Hz, 2H, H-16), 7.36 (d, J = 7.80 Hz, 1H, H-4), 7.21 (s,1H, H-2), 7.20 (dd, J = 1.44, 7.80 Hz, 1H, H-5), 7.13 (dd, J = 1.44, 7.80 Hz, 1H, H-6), 6.71 (d, J = 16.14 Hz, 1H, H-13), 6.57 (d, J = 8.79 Hz, 2H, H-17), 4.24 (d, J = 0.90 Hz, 2H, H-10), 3.03 (s, 6H, H-19)（图2）.13C NMR (75 MHz, CDCl3): δ 176.3 (C-12), 169.9 (C-11), 151.9 (C-18), 143.0 (C-14), 136.4 (C-8), 129.7 (C-16), 127.3 (C-9), 123.0 (C-2), 122.4 (C-15), 122.4 (C-5), 119.8 (C-6), 119.2 (C-7), 112.0 (C-17), 111.3 (C-4), 110.4 (C-3), 104.9 (C-13), 40.3 (C-19), 22.9 (C-10)（图3）.FT-IR (cm-1, KBr): 3361.6, 3226.4, 2915.5, 2849.1, 1636.6, 1596.2, 1548.8, 1522.7, 1423.1, 1361.3, 1264.1, 1218.9, 1173.8, 1055.2, 941.3, 803.7, 734.9, 640.1（附件材料2图S1）. HRMS:[M+H]+: m/z 345.1719, 理论值m/z 345.1715 (附件材料2图S2).

图2

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图2   化合物1与2的1H NMR谱对比图

Fig. 2   Comparison of the 1H NMR compounds 1 and 2


图3

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图3   化合物1与2的13C NMR谱对比图

Fig. 3   Comparison of the 13C NMR spectra of compounds 1 and 2


化合物2比移值0.21 (石油醚/乙酸乙酯, 3 : 1). 收率, 39.2%. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 8.07 (s, 1H, H-1), 7.79 (d, J = 8.70 Hz, 2H, H-16), 7.76 (d, J = 7.56 Hz, 1H, H-7), 7.37 (d, J = 7.56 Hz, 1H, H-4), 7.21 (s, 1H, H-2), 7.20 (dd, J = 1.44, 7.56 Hz, 1H, H-6), 7.15 (dd, J = 1.44, 7.56 Hz, 1H, H-5), 6.88 (d, J = 12.99 Hz, 1H, H-14), 6.57 (d, J = 9.00 Hz, 2H, H-17), 6.17(d, J = 12.99 Hz, 1H, H-13), 4.26(d, J = 0.90 Hz, 2H, H-10), 3.02 (s, 6H, H-19)（图2）.13C NMR (75 MHz, CDCl3): δ 175.2 (C-12), 169.8 (C-11), 151.4 (C-18), 142.4 (C-14), 136.4 (C-8), 132.7 (C-16), 127.4 (C-9), 123.1 (C-2), 122.6 (C-15), 122.3 (C-5), 119.8 (C-6), 119.4 (C-7), 111.3 (C-17), 111.3 (C-4), 110.6 (C-13), 105.0 (C-3), 40.3 (C-19), 22.8 (C-10)（图3）. FT-IR(cm-1, KBr): 3257.2, 3055.5, 2903.7, 2811.1, 1631.8, 1676.9, 1598.6, 1548.8, 1520.3, 1423.1, 1361.3, 1178.6, 1221.3, 1264.1, 1095.5, 1005.4, 943.7, 806.1, 723.1, 644.7（附件材料2图S3）. HRMS: [M+H]+:m/z 345.1716, 理论值m/z 345.1715（附件材料2 图S4）.

2.2 顺反异构体的结构解析

如图2所示，低比移值组分的1H NMR谱中出现特征信号δ 7.68（d, J = 16.14 Hz, 1H, H-14）和δ 6.71（d, J = 16.14 Hz, 1H, H-13），这是一组典型的反式双键质子信号，较大的耦合常数（J = 16.14 Hz）与反式烯烃相符，表明H-13与H-14之间呈反式构型（化合物1）.δ 7.68与δ 6.71之间存在1H-1H COSY相关（附件材料2图S5）也证实一组反式双键质子信号的存在.此外，δ 6.57（H-17）与δ 7.68之间的NOESY相关支持将δ 7.68指认为H-14，δ 6.71为H-13（附件材料2图S6）.HRMS分析显示其[M+H]+离子峰为m/z =345.1719，与理论值345.1715吻合，证实其分子式为C21H21N4O.相比之下，高比移值组分的1H NMR信号出现在δ 6.88（d, J = 12.99 Hz, 1H, H-14）和δ 6.17（d, J = 12.99 Hz, 1H, H-13）处，表明这个组分为顺式构型（化合物2）.

如图3所示，两种异构体的13C NMR谱也有明显差异，主要集中于烯及1,2,4-噁二唑芳杂环碳的化学位移，这反映了顺/反异构引起的电子环境差异.低比移值组分（反式异构体，化合物1）在δ 176.3、151.9、143.0和129.7处出现信号，而高比移值组分（顺式异构体，化合物2）相应信号位于δ 175.2、151.4、142.4和127.4.

在化合物1的HMBC谱中，与H-14相关的1,2,4-噁二唑环碳原子，其化学位移为175.2，因与氧原子（-O-）相连而处于较低场，故指认为C-12；而化学位移为169.8的碳原子与氮原子（=N-）相连，故指认为C-11（图3，附件材料2图S7）.反式异构体中C-12（δ 176.3）化学位移比顺式异构体中C-12（δ 175.2）化学位移向低场移动1.1，表明其周围电子密度降低，可能与邻近不饱和结构增强的吸电子效应有关.两种构型中烯碳C-13位移差异出现在δ 104. 9（反式）与110.6（顺式）之间，顺式构型下该碳原子向低场移动5.7，提示其双键周边共轭体系或空间压缩作用发生变化（图3）.芳香碳也存在差异（如C-16 δ 129.7 vs. 132.7）.上述化学位移差异与其极性特征一致：顺式异构体表现出较高的比移值；反式异构体极性较小，具有较低的比移值.脂肪碳区信号（δ 40.3 vs. 40.3和22.8 vs. 22.9）在两种构型中基本一致.下面以化合物2为例，进行信号全归属.

化合物2中δ 8.07处的信号出现在低场，且谱峰较宽，结合其在HMQC谱[图4(a)]中无相关峰，符合活泼氢特征，故指认为H-1（NH）.在化合物2的1H NMR谱中，位于最高场（δ 3.02）的单峰归属于H-19. NOESY谱中δ 6.57与δ 3.02的相关表明δ 6.57为H-17(附件材料2图S8).δ 7.21与δ 4.28（H-10）的NOESY相关表明δ 7.21为H-2.根据¹H-¹H COSY谱（附件材料2图S9）中δ 7.79与δ 6.57的相关性将δ 7.79指认为H-16.δ 6.88信号呈双峰（J = 12.99 Hz），符合烯烃质子特征，其耦合常数（J = 12.99 Hz）为典型的顺式构型（J通常为11~14 Hz）特征（图2），因此δ 6.88为化合物2中H-14吸收峰.δ 7.37和7.76处信号显示为双峰，提示偏高场的信号δ 7.37来源于H-4.δ 7.15信号呈现双二重峰（dd, J = 1.44, 7.53 Hz），基于其与δ 7.37（H-4）以及δ 7.20之间的¹H-¹H COSY相关，将δ 7.15指认为H-5，δ 7.20为H-6.δ 7.20（H-6）与δ 7.76之间的¹H-¹H COSY相关确认δ 7.76为H-7.化学位移δ 4.28处的单峰可指认为H-10的信号.该氢原子位于连接噁二唑环与吲哚甲基的亚甲基上，其较高的场位移及单峰特征，符合该结构片段中氢原子的化学环境与耦合关系.化合物2的¹H-¹³C直接相关通过HMQC谱[图4(a)]得以明确归属，具体归属如下：δ 7.79 / δ 132.7（C-16）、δ 7.76 / δ 119.4（C-7）、δ 7.37 / δ 111.3（C-4）、δ 7.21 / δ 123.1（C-2）、δ 7.20 / δ 119.8（C-6）、δ 7.15 / δ 122.3（C-5）、δ 6.88 / δ 142.4（C-14）、δ 6.57 / δ 111.3（C-17）、δ 6.17 / δ 105.0（C-13）、δ 4.26 / δ 22.8（C-10）、δ 3.02 / δ 40.3（C-19）.在确定化合物2的季碳归属方面，HMBC谱提供了关键证据.如图4(b)所示，H-6（δ 7.20）与δ 136.4（C-8）的相关.位于δ 4.26的H-10信号同时与四个季碳相关：δ 169.8（C-11）、127.4（C-9）、123.1（C-2）和110.6（C-3），进一步验证了核心结构的连接关系.H-13（δ 6.17）与δ 142.2的相关确认了C-14的化学位移（δ 142.4）；H-6（δ 7.20）与δ 111.3的相关确认了C-4的化学位移（δ 111.3；）；H-19（δ 3.02）与δ 151.4的相关确认了C-18的化学位移（δ 151.4）；而H-14（δ 6.88）则同时与δ 132.7（C-16）和δ 176.2（C-12）相关，进一步验证了该烯烃-酯片段的构成. H-16（δ 7.79）与δ 151.4、122.6及142.4的相关，分别将这些碳信号指认为C-18、C-15和C-14.这一指认得到来自H-17（δ 6.57）与δ 122.6（C-15）相关的进一步支持.H-19（δ 3.02）与δ 111.3（C-17）的相关，最终完成了该化合物中季碳的归属.碳氢归属结果见表1和表2.

图4

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图4   化合物2的HMQC (a)和HMBC (b)谱（300 MHz, CDCl3）

Fig. 4   HMQC (a) and HMBC (b) spectrum of compound 2 (300 MHz, CDCl3)


表1   化合物1和2的1H NMR化学位移实验值与理论值

Table 1  Experimental and theoretical 1H NMR chemical shifts for compounds 1 and 2

PositionδH（化合物1实验值）δH（化合物1计算值）δH（化合物2实验值）δH（化合物2计算值）
1(NH)8.088.07
27.217.247.217.04
47.367.417.377.19
57.207.067.156.62
67.647.587.206.98
77.136.587.767.77
104.244.094.264.22
136.716.586.175.77
147.687.756.886.49
167.437.507.798.02
176.576.456.576.42
193.033.113.023.14

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表2   化合物1和2的13C NMR化学位移实验值与理论值

Table 2  Experimental and theoretical 13C NMR chemical shifts for compounds 1 and 2

PositionδC（化合物1实验值）δC（化合物1计算值）δC（化合物2实验值）δC（化合物2计算值）
2123.0125.8123.1122.5
3110.4109.9110.6108.6
4111.3111.1111.3109.3
5122.4120.7122.3120.6
6119.8120.4119.8118.6
7119.2117.7119.4117.8
8136.4134.9136.4137.9
9127.3126.1127.4126.2
1022.922.522.824.9
11169.9174.0169.8174.0
12176.3177.7176.2177.1
13104.9101.6105.0100.6
14143.0144.6142.4143.8
15122.4122.9122.6121.2
16129.7133.0132.7130.8
17112.0117.1111.3110.6
18151.9148.8151.4148.2
1940.340.340.340.3

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FT-IR在顺反异构体的构型归属中能够提供关键信息.通过对比化合物1（反式）与化合物2（顺式）的红外光谱数据，可在=C-H面外弯曲振动区域观察到具有决定性的差异.化合物1在941.3 cm-1处呈现特征吸收，此峰位虽略低于典型的反式烯烃范围（965~980 cm-1），归属于反式构型（附件材料2图S1）；同时，其在690~710 cm-1范围内未出现顺式特征吸收，进一步支持该指认.相对应地，化合物2在723.1 cm-1处显示中强吸收带，该值略高于标准顺式烯烃范围（690~710 cm-1），并且在965~980 cm-1区间内未见反式特征峰，从而确认其顺式构型（附件材料2图S3）.综上所述，红外光谱中观测到的特征吸收为化合物1的反式构型与化合物2的顺式构型提供了可靠的光谱证据.

2.3 顺反异构体的量子化学计算

为验证基于实验数据的谱峰确证结果，本研究对化合物1和2的1H NMR谱和13C NMR谱化学位移进行了量子化学计算.采用标度法计算值与实验测定值进行线性回归分析，结果显示：化合物2的1H NMR谱化学位移的相关系数（R2）为0.989 19（拟合方程y = 0.96542x + 0.07591），13C NMR谱化学位移的R2为0.998 53（拟合方程y = 1.00281x - 1.01313）（图5）.化合物1的相应拟合曲线见附件材料2图S10和11.较高的相关系数表明实验谱峰的确证与标度法计算结果高度一致.化合物1与化合物2的实验及理论化学位移数据详见表1与表2.尽管实验值与理论计算值整体吻合良好，但对于H-5、H-13及H-14等特定位置的质子，计算值呈现系统性偏低趋势（例如H-5: 计算值δ 6.62 vs. 实验值δ 7.15；H-13: δ 5.77 vs. δ 6.17；H-14: δ 6.49 vs. δ 6.88）.这一偏差可能源于当前计算所采用的泛函与基组对复杂共轭体系（如吲哚、噁二唑与烯键相连的拓展π体系）中电子离域效应的描述存在局限.即使经过标度法校正，该方法仍可能未能完全捕捉该体系中真实的电子分布与屏蔽环境，从而导致对上述位点化学位移的理论预测出现一定偏差.基于量子化学计算优化得到的化合物1与化合物2的立体结构如图6所示.该优化结构直观呈现了二者在顺反构型上的空间差异.此外，前述基于NMR等光谱手段完成的谱学指认，通过量子化学计算获得了进一步验证与支持[18].

图5

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图5   化合物2的1H NMR（左）与13C NMR（右）化学位移实验值与理论值关系图

Fig. 5   Comparison between experimental and theoretical chemical shifts in the 1H (left) and 13C (right) NMR spectra of compound 2


图6

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图6   基于量子化学计算的化合物1（左）和2（右）优化构型立体视图

Fig. 6   Stereoviews of the optimized structures of compounds 1 (left) and 2 (right) from quantum-chemical calculations


结合化合物1与化合物2的一维及二维NMR谱图的综合分析，本研究完成了二者¹H NMR谱和¹³C NMR谱信号的全面归属.该指认结果进一步得到了密度泛函理论（DFT）计算的支持，从而最终确认化合物1为反式构型，化合物2为顺式构型.

2.4 顺反异构体的抗弓形虫活性差异

本文完成了反-4-[2-(3-((1H-吲哚-3-基)甲基)-1,2,4-噁二唑-5-基)乙烯基]-N,N-二甲基苯胺（化合物1）与其顺式异构体（化合物2）的结构解析.顺反异构现象本质上源于双键的拓扑结构限制，但由于取代基结构相似，二者的物理化学性质差异较小，且异构体之间在动力学上存在不稳定的相互转化趋势.弓形虫选择性指数（Selectivity Index，SI）是评价一个化合物能否成为安全抗寄生虫药物的核心指标.它衡量的是药物在杀灭病原体和损伤宿主细胞之间的窗口宽度.值得注意的是，尽管结构相近，分离得到的异构体在抗弓形虫活性上表现出差异，其选择性指数的不同很可能源自空间取向的差别.活性测试关联材料与方法详见附件材料3.这一结果进一步表明，在合成与药物设计中采用严格的立体化学控制策略具有重要意义，尤其对于生物活性分子而言，其药效特征往往由特定的几何构型所决定.

活性测试结果表明（附件材料3，表S1），化合物1（反式构型）的抗弓形虫选择性指数（SI）为0.92，低于阳性对照药螺旋霉素（SPY，SI = 0.98）；而化合物2（顺式构型）的选择性指数为1.50，高于螺旋霉素.这一结果说明，顺式构型对弓形虫具有更好的选择性抑制效果.在药物化学研究中，双键顺反结构的确定与分离至关重要.尽管顺反异构体具有相同的分子式，但由于空间构型不同，它们往往表现出截然不同的生物活性、代谢行为及毒性特征.本研究结果显示，顺式异构体（化合物2）相较于其反式异构体（化合物1）展现出更优的选择性指数，提示顺式构型可能更有利于与弓形虫靶标发生特异性结合.因此，在抗弓形虫药物研发中，对顺反异构体进行构型确证与分离纯化[19]，是评估各构型药效特性的必要前提，也为设计高选择性的抗虫药物提供了关键的结构依据.

3 结论

本研究合成并分离了选择性差异的反-4-[2-(3-((1H-吲哚-3-基)甲基)-1,2,4-噁二唑-5-基)乙烯基]-N,N-二甲基苯胺(化合物1)、顺-4-[2-(3-((1H-吲哚-3-基)甲基)-1,2,4-噁二唑-5-基)乙烯基]-N,N-二甲基苯胺(化合物2)，并通过NMR波谱、FT-IR光谱及HRMS对其结构进行了表征与归属.顺反异构体的抗弓形虫活性测试结果揭示了通过立体化学控制实现差异化调控生物活性的潜力，为后续提升选择性与成药性的先导化合物优化工作奠定了研究基础.

附件材料

附件材料（可在《波谱学杂志》期刊官网 http://magres.wipm.ac.cn获取）

1. 构象的能量、玻尔兹曼分布、坐标信息

2. 附图

图S1 化合物1的红外光谱（KBr）

图S2 化合物1的HRMS谱图

图S3 化合物2的红外光谱（KBr）

图S4 化合物2的HRMS谱图

图S5 化合物1的1H-1H COSY谱（300 MHz, CDCl3）

图S6 化合物1的NOESY谱（300 MHz，CDCl3）

图S7 化合物1的HMBC谱（300 MHz, CDCl3）

图S8 化合物2的NOESY谱（300 MHz, CDCl3）

图S9 化合物2的1H-1H COSY谱（300 MHz, CDCl3）

图S10 化合物1的1H NMR化学位移实验值与理论计算值的相关性（y = -0.01373 + 0.99032x）

图S11 化合物1的13C NMR化学位移与理论计算值的相关性（y = -1.07809 + 1.01182x）

3. 活性测试关联材料与方法

利益冲突

无

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