头孢菌素是β-内酰胺类抗生素中的7-氨基头孢烷酸(7-ACA)的衍生物,7-ACA是头孢菌素的母核,因此他们具有相似的杀菌机制。尽管头孢菌素类化合物是一类比较成熟的抗生素,但由于7-ACA上的酰胺键存在异构化现象,同一个头孢菌素会具有不同的空间结构,而目前对这种空间结构的研究相对较少,因此有必要对头孢菌素类化合物中酰胺键的异构化进行研究。在本文中,我们主要研究了头孢硫脒、头孢哌酮、头孢他啶、头孢噻肟和头孢噻吩五种头孢菌素,发现了酰胺键异构导致的不同的空间结构,模拟了Z/E两种构型跟蛋白质结合的空间结构,对工业生产过程中,如何获得高活性空间结构的药物具有一定的借鉴意义。首先,我们用紫外(UV)测试了头孢类化合物在不同溶剂中UV光谱的变化,发现随着加入三氟乙酸量的增加,最大吸收波长逐渐消失,之后加入一定量的三乙胺时,最大吸收波长又逐渐恢复,表明头孢类化合物的这种变化是可逆的。接着,我们用高效液相色谱(HPLC)测定了两种异构体在不同溶剂中的分布情况,以及流动相的p H值对两种构型的影响,发现溶剂和流动相的p H值对两种异构体的量有显著影响,并且发现两种构型在一定条件下能够相互转化。然后用13C NMR光谱证明头孢类化合物在氘代三氟乙酸和乙腈/氘代乙酸和乙腈的溶液中确实存在两种异构体,在13C NMR光谱中我们发现酰胺键周围的碳原子发生了裂分,这是由于酰胺键中p-?共轭使得相关的碳原子周围的化学环境发生了变化,从而产生裂分,证明头孢菌素类化合物在混合溶液中存在异构体,接着用二维NOESY验证了头孢菌素在不同溶液中的空间结构,发现头孢硫脒、头孢哌酮、头孢他啶、头孢噻肟和头孢噻吩在水中以E构型的形式存在,在乙酸/三氟乙酸和乙腈中存在Z构型,只有Z构型存在时,酰胺键侧链上的氢原子才可能与6位、7位上的氢原子相关。最后,通过分子对接,测试了Z/E两种构型跟蛋白质结合的空间情况,通过打分函数可以确定不同构型跟蛋白质相互作用的强弱,进而确定不同构型生物活性的大小。