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5.24 Jatrophalactam

麻风树(Jatropha curcas Linn.,大戟科)原产于热带美洲,现广泛分布于非洲和亚洲的热带及亚热带地区。其种子提取的油可外用治疗坐骨神经痛、水肿、瘫痪、风湿病及某些皮肤病。种子含油量高达30%,可加工生产高质量的生物柴油,适用于标准柴油发动机。此前对麻风树属植物的研究表明,二萜类化合物是其主要的次级代谢产物,其中部分二萜类成分具有细胞毒性和抑制肿瘤的作用。Wang 等[27]从麻风树根部分离出一种新型二萜内酰胺——Jatrophalactam(5.48),该化合物具有前所未有的骨架结构。

教材配图

化合物5.48 以无色晶体形式获得。其分子式C₂₀H₂₉NO₃通过HRESIMS 测定,[M]⁺ 离子峰出现在m/z 331.2153,表明分子的不饱和度为7。红外光谱(IR)显示了OH/NH(3,392 cm⁻¹ 和3,266 cm⁻¹)以及C=O(1,705 cm⁻¹)官能团的特征吸收峰。¹³C NMR 谱图显示20个碳信号,通过DEPT 实验将其分类为两个羰基碳、四个烯碳、五个甲基碳、三个亚甲基碳、四个次甲基碳和两个季碳。

在HSQC 谱图中,化学位移为δH 7.00(brs)的质子未与任何碳原子相关,作者[27]将其归属为NH 基团的活泼氢。

表5.24 汇总了1D NMR 和HSQC 数据,以及文献[27]中图形化展示的关键COSY 和HMBC 相关信号。

图5.61 展示了基于表5.24 中1D 和2D NMR 数据构建的分子连接图(MCD)。

图5.61 Jatrophalactam:分子连接图(MCD)
图5.61 Jatrophalactam:分子连接图(MCD)

表5.24 Jatrophalactam:光谱核磁共振(NMR)数据

教材配图
图5.62 Jatrophalactam:排序输出文件中位列前两位的结构。结构生成过程中扩展了一个HMBC
图5.62 Jatrophalactam:排序输出文件中位列前两位的结构。结构生成过程中扩展了一个HMBC

相关信号(箭头标示该非标准相关)

未对初始分子连接图(MCD)进行任何修改。通过检查MCD 是否存在矛盾,发现COSY 和HMBC 数据中至少存在一个非标准连接。程序首次运行采用模糊结构生成(FSG)模式,并自动选择参数。结果如下:生成结构总数k = 74 →74 →41,运行时间tg = 0.8 秒,生成过程中扩展了27 个连接中的1 个,使用了27 个可能连接组合中的4 个。排名输出文件中的前两个结构如图5.62 所示。

对比结构#1 与目标分子,确认最优解正确。红色箭头对应FSG 过程中自动延长一个化学键的HMBC 相关。然而,平均偏差与最大偏差较高,可能归因于分子骨架的新颖性,或存在以下问题:

¹³C 化学位移归属错误(可能因存在多个非标准相关或NSC 键长为4–5,但参数a=2或3)

结构#1 中δC 157.4 与171.9 的碳原子归属需互换(基于特征化学位移分析推测)

为验证该假设,调整参数(m=2,a=1)重新运行FSG,结果:k = 330 →330 →142,耗时0.7 秒;生成过程中扩展了27 个相关中的2 个,调用351 种组合中的98 种。排序结果前两位结构展示于图5.63。

图5.63 Jatrophalactam:排序输出文件中位列前两位的结构。结构生成过程中扩展了两个相关信号
图5.63 Jatrophalactam:排序输出文件中位列前两位的结构。结构生成过程中扩展了两个相关信号

(m=2)。箭头标示非标准HMBC 相关信号本案例中,最优结构虽未改变,但化学位移偏差显著降低,且δC157.4 与δC171.9 的碳原子归属已通过算法自动置换。这引发了一个关键问题:HMBC 谱中的非标准相关信号是否能在初始解析阶段即被有效识别?通过分析文献[27]支持材料中的HMBC 原始谱图(图5.64),我们获得了重要线索。

HMBC 谱中四键耦合(⁴JCH)相关信号的峰强度与常规二至三键耦合(²⁻³JCH)信号强度相当(相对强度比≈1:1)。

图5.64 Jatrophalactam:HMBC 谱局部放大:红色圆圈标示δH 2.01 与δC 171.9、205.8 的四键
图5.64 Jatrophalactam:HMBC 谱局部放大:红色圆圈标示δH 2.01与δC 171.9、205.8的四键

相关(⁴JCH)。绿色椭圆框标示δH 4.56 与C1、C4、C5、C15 的标准键级相关(²⁻³JCH),其信号强度与上述四键相关等同,供对比分析。

由此证实,FSG(模糊结构生成)机制可即时自动识别矛盾相关信号、动态延长键长并锁定正确结构。

为进一步验证这一方法的可靠性,我们采用"Automatically Resolve Contradictions" 选项对MCD 进行复检。程序识别出碳原子C14.70 是连接集合的关键节点,提示其中至少存在一个非标准相关(NSC)。系统自动修正后的MCD 展示于图5.65。其中从2.01 到171.9和205.8 的两个⁴JCH 相关信号均被延长了一个化学键,为生成具有正确¹³C 和¹H 化学位移归属的结构奠定了基础。

修改后的MCD 不再包含矛盾,因此启动了严格结构生成(Strict Structure Generation)。结果如下:生成结构总数k = 147 →147 →54,运行时间tg = 0.2 秒。排名靠前的结构及其化学位移归属与图5.63 中所示完全一致,验证了FSG 方法的有效性。

图5.65 Jatrophalactam:自动编辑后的分子连接图(MCD)。程序用紫色标记了由一个化学键延
图5.65 Jatrophalactam:自动编辑后的分子连接图(MCD)。程序用紫色标记了由一个化学键延

长的连接性该案例展示了两种不同的矛盾解决方法:FSG 作为一种通用方法,能够处理复杂的非标准连接问题;而对于某些特定的2D NMR 数据集,程序能够在MCD 检查阶段直接发现并解决矛盾(参见第2.3 节)。这两种方法的协同应用为复杂天然产物的结构解析提供了高效、可靠的技术支持。

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