5.13 Phosphoiodyn A

多炔类天然产物以其碳碳三键或炔基官能团为特征，在自然界中广泛存在。众多多炔化合物已从海洋海绵中分离获得。这类化合物在结构特征上呈现多样性，包括三键数量、碳链长度以及取代基团的变化。它们表现出多种生物活性，如细胞毒性、抗病毒、防污、RNA切割以及酶抑制活性等。

Kim 等^[13]从韩国海域的Placospongia 属海绵中分离并鉴定出两种新型含磷碘代多炔化合物——Phosphoiodyn A 和B。本案例将介绍Phosphoiodyn A 的结构解析过程，以及基于同一研究团队后期提出的新假设^[14]对其结构的修正。

Phosphoiodyn A 以无定形固体形式获得。基于HRFABMS 中m/z 438.0459 [M+H]⁺的准分子离子峰、¹³C NMR 数据以及C、H、O、P、I 的元素组成推断，其分子式确定为C₁₆H₂₄O₄PI。研究人员通过综合分析¹H、¹³C、HSQC、COSY 和HMBC 光谱数据（见表5.13），推导出Phosphoiodyn A 的结构5.25。

¹H NMR 谱图分析显示存在2 个次甲基和10 个亚甲基信号，其中C1 和C3 两个亚甲基被作者^[13]确认为含氧亚甲基。值得注意的是，在结构解析过程中发现，C1 碳原子的化学位移实验值（35.5）与预测值（55.5）存在显著差异。通过综合¹³C NMR、HSQC 和HMBC 谱图分析，在δC 73.1、66.1、64.8 和77.1 处鉴定出四个全取代碳原子，这一发现为确定分子中的双炔单元提供了重要结构信息。

基于作者对部分原子属性的假设，我们对分子连接图（MCD）进行了优化，结果如图5.27 所示。

MCD 概述：

在构建分子连接图（MCD）过程中，基于样品来源及化学结构知识，推测存在碳碳三键，因此，在"创建MCD 选项"界面勾选"Allow sp Carbons"功能。此设置使程序将C 64.80–C 77.10 区间内的碳原子杂化属性标记为"未定义"（以黑色显示）。依据文献^[13]的结构假设，通过原子属性编辑功能(Edit Properties of Atom #)，将C 64.8、C 66.1、C 73.1 及C 77.1 人工指定为sp 杂化（程序自动标记为特征性绿色）。对可能具有sp²/sp³双重杂化属性的CH基团（δC 73.60，δH 6.10）保留原始参数。位于δC 63.9 的亚甲基被标记为"ob"类型，其余亚甲基（含C 35.5）则依据原子属性关联表（APCT）被自动标注为"fb"。最终按照作者建议，通过手动绘制方式将含磷的结构单元整合至MCD。

在第一次结构生成尝试中，未能获得有效候选结构。鉴于目标化合物可能具有新颖的结构特征，我们决定关闭原子属性相关表（APCT）进行二次尝试。在"Determine Options Automatically"模式下运行模糊结构生成（FSG），结果如下：k=104→104→52，计算耗时tg=0.2 s，化学键延伸长度m=1。通过结构筛选分析，获得平均化学位移偏差10-12 ppm 的候选结构，该结果表明需将m 值调整至2。第三次运行结果显示：k=48→48→12，tg=1.2 s，优选结构集如图5.28 所示。

如图5.28 所示，候选结构的平均偏差与最大偏差均显著偏离可接受范围，提示初始结构假设存在矛盾点。值得注意的是，在δC 35.5 处存在信号重叠的两个碳原子（图5.27）被APCT 默认标记为"禁止与杂原子邻接"，但文献^[13]提出的结构5.25 中C1 碳原子实际与羟基存在空间邻位关系。为修正该矛盾，我们采取以下措施：取消C35.5 的"fb"标签（在“EditProperties of Atom#”对话框中选择““not defined”），关闭APCT（在“CSB Generator Options”对话框中选择“不使用”），并停用光谱筛选过滤器。优化后FSG 运行结果显示：k=101→101→20，tg=1 s，生成过程中扩展了2 个连接关系（来自26 个相关信号），并使用了325 个可能的连接组合中的94 个。排名输出文件中的前三名结构如图5.29 所示。

优选结构集分析结果显示，排名第一的结构与作者^[13]提出的结构建议一致，且考虑到该结构的新颖性，其平均偏差处于可接受范围内。然而，最大偏差值（19.5 ppm）仍显著偏高。图5.30展示了针对–CH₂–OH 基团的¹³C 化学位移预测结果。

如图5.30 所示，在¹³C 化学位移计算数据库中仅发现一个匹配项，其预测值为55 ppm，与实验值的差异达~20 ppm。值得注意的是，如表5.13 所示，其余碳原子的预测结果均表现出色。此外，在ACD/CNMR 数据库中发现以下两个参考结构（图5.31）：

基于以上分析，可以得出以下结论：35.5 ppm 的化学位移不能归属于CH2–OH 亚甲基基团。因此，可能存在问题的是表5.13 中的NMR 实验数据，或是结构5.25 本身存在错误。

因此，我们将基于Structure Elucidator 获得的分析结果反馈给作者^[13]后，研究团队对目标化合物进行了系统性的重新鉴定，并对Phosphoiodyn A 和B 的结构进行了全面修正（二者结构非常相似^[14]）。深入分析表明，初始结构解析错误的主要根源在于对未知化合物元素组成的不合理假设。为此，作者对元素组成的基本假设进行了重要修订：允许分子中存在氮原子。基于新的化学元素组成假设（C、H、N、O、P、I）以及m/z [M+H]⁺ 438.0692 的准分子离子峰数据，研究团队推导出分子式C₁₆H₂₅O₃NPI，其质量偏差Δm = 0.0003，被可靠地确定为最可能的分子式。

将修正后的分子式输入程序后，构建了新的分子连接图（MCD）。与先前的MCD（图5.27）相比，新MCD 中未对C35.5 亚甲基的杂原子连接可能性进行限制，这一调整源于程序考虑到分子式中氮原子的存在（即允许CH₂–N 片段的存在）。采用与前次运行相同的参数设置（m = 2，a = 1）进行模糊结构生成（FSG），获得以下结果：结构生成次数k = 101 →20，计算耗时tg = 1 s。排名输出文件中的前三名结构如图5.32 所示。

如图5.32 所示，优选结构的平均偏差和最大偏差均显著降低，可确认为phosphoiodyn A的真实结构（5.26），该结果与文献^[14]修正后的结构完全吻合。图中红色箭头明确标示出两个⁴JCH HMBC 相关信号。特别值得注意的是，当重新启用APCT 和过滤器进行FSG 分析时，程序在0.2 秒内仅生成两个候选结构（图5.32 中的#1 和#2），这一结果进一步验证了结构确定的可靠性。

本案例表明，关于化合物可能化学元素组成的错误假设（公理）将导致错误结构的推导。同时，该案例再次强调，通过对假设结构进行化学位移预测，不仅可以揭示结构存在的错误，还能提示研究人员需要从化学元素组成和分子式开始，重新审视所有实验数据。