4.22 Lycojaponicumin A

Wang 等[6]报道了一种结构新颖的生物碱Lycojaponicumin A（4.42），其具有独特的5/5/5/5/6 五环骨架，并包含两个稠合的四氢异噁唑环。该分子骨架通过一种新的C–C 键连接方式形成，这种连接方式在石松属生物碱中未见报道，体现了其结构的新颖性。此外，化合物4.42 中的氮原子通过氧原子与C3 相连，形成了1-氮杂-7-氧杂双环[2.2.1]庚烷结构单元，这一结构在天然产物中亦属首次发现。该结构的解析综合运用了波谱学方法和X 射线衍射分析。

通过高分辨电喷雾电离质谱（HRESIMS）分析，检测到m/z 292.1545（计算值：292.1543）的[M+H]⁺离子、m/z 314.1362（计算值：314.1363）的[M+Na]⁺离子以及m/z 330.1099（计算值：330.1102）的[M+K]⁺离子，确定其分子式为C₁₆H₂₁NO₄，表明其具有7 个不饱和度。红外光谱（IR）在3371 cm⁻¹处显示出OH 或NH 基团的吸收峰，而在1736 cm⁻¹和1697 cm⁻¹处分别显示出羰基的特征吸收峰，为功能基团的鉴定提供了重要依据。

文献^[6]中提供了从HSQC 数据中提取的¹H 和¹³C NMR 化学位移值，同时关键COSY 和HMBC 相关信号在结构4.42 中以图示形式展示。完整的NMR 波谱数据汇总于表4.22。

从波谱学角度来看，该生物碱结构中包含两个季碳原子——C(75.00)和C(66.60)，其化学位移特征表明这些碳原子可能与杂原子相连，而非仅与碳原子相连^[11]。此外，化学位移为78.9 ppm 的次甲基碳（δH 4.9 ppm）更可能是与氧原子直接相连的碳原子。如果采用手动解析方法，这些碳原子的所有可能化学环境都需要逐一验证。

程序生成的MCD 如图4.52 所示。由于红外光谱中未观察到与三键相关的特征峰，因此关闭了“Allow sp carbons”选项。

MCD 概述：如图4.52 显示，化学位移为66.6、75.0、77.5 和88.00 ppm 的碳原子被标记为浅蓝色，表明其杂化状态可能为sp³或sp²，且是否与杂原子相邻尚不明确。

在首次结构生成过程中，杂原子间的化学键被设定为禁止连接，因为这种键合模式在天然产物中相对罕见。经验表明，当允许杂原子间形成化学键时，生成的结构数量会显著增加（有时甚至呈指数级增长）。因此，在初始阶段，通常假设杂原子间不存在化学键。首次运行的结果如下：k = 7,144 →3,307 →2,889，生成时间tg = 4.3 秒。

¹³C 化学位移计算和结构排序显示，“最佳”结构的偏差值高达5–6 ppm，基于经验，这表明该解决方案可能存在错误。可能导致错误解析的原因包括：

（a）二维NMR 数据中存在非标准相关信号；

（b）对原子化学环境的初始假设（“公理”）不准确；

（c）正确结构未能通过光谱或结构过滤；

（d）关于杂原子间不存在化学键的假设与实际情况不符。

在本案例中，文献^[6]中提供的二维NMR 数据以箭头形式标注在结构4.42 上，且所有相关信号均为标准长度。由于未对MCD 进行任何修改，因此关于原子化学环境的错误假设已被排除。此外，由于过滤库已整合了ACD/NMR 数据库中约200,000 种化合物的化学位移数据，正确结构被过滤排除的情况极为罕见。基于这一前提，在第二次结构生成过程中，允许杂原子间形成化学键，并采用¹³C 化学位移预测作为辅助工具，同时将偏差阈值设定为d < 4 ppm。运行结果显示：k = 16,246 →1，生成时间tg = 26 秒。最终获得的结构与文献中报道的结构4.42 完全一致，其化学位移偏差值为3.8–3.9 ppm，验证了解析结果的准确性。

考虑到经验方法预测¹³C 化学位移的平均偏差约为1.8 ppm，结构4.42 的偏差值相对较大，这可以归因于该新型天然产物的结构非常独特。为验证这一结果，关闭过滤器后重复结构生成，证实结构4.42 的偏差值最小，确实是最佳结构。

为了进一步确保所识别结构的正确性，关闭原子属性相关表（APCT）后再次进行结构生成。APCT 表不仅用于在MCD 创建过程中自动设置原子化学环境属性，还用于在结构生成过程中排除含有不合理化学环境的碳原子的错误结构。结果如下：k = 2,011,349 →1,941,788 →1，生成时间tg = 34 分钟，最终输出的结构与结构4.42 一致。这一示例清晰地展示了在结构生成过程中使用APCT 的高效性——当关闭APCT 表时，生成时间增加了约4,000 倍，生成的结构数量增加了125 倍。Lycojaponicumin A 的结构4.43 及其¹³C 化学位移归属如下所示：

为了进一步探究碳原子C(75.00)和C(66.60)的化学环境，我们尝试假设它们与杂原子相邻。当为C(75.00)设置“sp³/ob”属性（即与杂原子相邻的sp³杂化碳）并进行结构生成和¹³C化学位移预测时，得到以下结果：k = 6,399 →0，生成时间tg = 23 秒。同样，为C(66.60)设置相同属性时，结果为：k = 9,798 →0，生成时间tg = 33 秒。这表明这两种错误的假设（“公理”）被程序立即否定。值得注意的是，如果采用手动解析方法，验证这些假设将耗费大量时间。

综上所述，这一具有前所未有结构的新型生物碱的解析过程几乎完全由系统自动完成，无需用户干预。系统通过提示允许杂原子间形成化学键，为结构生成提供了更多自由度，从而高效地完成了结构解析任务。这一案例充分展示了计算机辅助结构解析（CASE）方法在复杂天然产物研究中的强大能力。