Structure Elucidator Suite 辅助解析复杂天然产物 Cyathstrine A 的结构
在担子菌门中，鸟巢菌（鸟巢菌科）以其独特的形态和生态功能而备受关注，但其化学及药理学潜力仍有待深入探索。
鸟巢菌科真菌以其具特征性的鸟巢形子实体而闻名，这些结构不仅在真菌学上具有显著的辨识度，也提示其可能蕴藏丰富的次生代谢产物。尽管皱环球盖菇（Cyathus striatus）在传统医药中的记载有限，但近期研究表明，它是鸟巢烷型二萜类化合物 (cyathane-type diterpenoids)的生物合成工厂，该类化合物拥有罕见的5/6/7三环碳骨架。
"一菌多化合物（One Strain–Many Compounds, OSMAC）"策略通过改变培养条件与环境参数，可有效激活或增强真菌代谢产物的多样性。将该策略应用于皱环球盖菇，为发现新型鸟巢烷型二萜骨架衍生物及其生物活性提供了契机。
利用OSMAC策略，研究人员已从中分离并鉴定出24种次生代谢产物，包括11个新发现的齿孔菌素样鸟巢烷型二萜及13个已知化合物[1]。
在新发现的化合物中，Cyathstrine A (1)作为一种多环多氧取代的鸟巢烷型二萜，通过一维和二维核磁共振波谱被初步鉴定。本研究旨在利用该化合物的核磁共振数据，进一步探讨并验证ACD/Structure Elucidator 软件在解析复杂天然产物结构方面的应用效能。
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Cyathstrine A 的光谱学表征
Cyathstrine A 以黄色油状物形式获得。高分辨电喷雾电离质谱分析显示，m/z 469.2198 处出现伪分子离子峰，对应于[M + Na]+加合离子。由此计算得出其分子式为 C25H34O7（C25H34O7Na 的理论值为 469.2197）。该分子式表明化合物含有 9 个不饱和度。
该化合物的一维¹H NMR、¹³C NMR 以及关键的二维HMBC和COSY相关信号列于表1。这些数据是后续化学结构解析，特别是原子间连接关系确定的基础。
表1. Cyathstrine A 的一维与关键二维核磁共振数据[1]
计算机辅助结构解析过程
将Cyathstrine A 的分子式 C25H34O7 与表1中光谱数据输入结构解析软件，程序生成了如图1 所示的分子连接图。
图1. Cyathstrine A 的分子连接图
在分子连接图中，碳原子的杂化状态通过颜色标记：sp²杂化碳原子为紫色，sp³杂化碳原子为蓝色，杂化状态未定的碳原子为浅蓝色。软件为碳原子设置了"ob"（必须连接）和"fb"（禁止连接）标签，以约束其与杂原子的连接可能性。HMBC相关信号用绿色箭头表示，COSY相关信号用蓝色箭头表示。
图中可见四个浅蓝色标记的碳原子（化学位移分别为78.60、79.70、96.90和106.70 ppm），其杂化状态存在不确定性。其中，化学位移为78.60和79.70 ppm的两个碳原子在图中未显示任何连接。此类未定节点通常会增加结构生成的计算复杂度与耗时。
随后，启动了结构生成过程，该过程同步进行了¹³C NMR化学位移预测。ACD/Structure Elucidator 程序仅耗时2秒便生成一个候选结构，如图2 所示。
图2. 软件生成的Cyathstrine A候选结构
在结构生成过程中，¹³C NMR化学位移预测通过三种方法并行完成：基于HOSE码的方法、神经网络方法和增量法。三种方法计算值与实验值的平均偏差分别以 dA、dN 和 dI 表示。图中每个原子根据其计算值与实验值的偏差进行颜色编码：绿色表示偏差在 0–3 ppm 之间，黄色表示偏差在 3–15 ppm 之间，红色表示偏差大于 15 ppm。
验证结论：图2所示程序生成的化学结构，与文献[1]中通过传统谱图解析确定的Cyathstrine A结构完全一致。
方法学讨论与最终结论
如计算机辅助结构解析教科书[2]所述，基于一维和二维核磁共振谱图确定未知物结构，本质上是一个公理化推导过程。其核心是从一套连接分子结构与光谱数据的公理体系出发，推导出所有可能的候选结构。当公理体系真实且自洽时，其解集通常为所有满足条件的候选结构。若该体系在特定意义上是"完备的"（即包含了结构的所有特征信息），则结构生成过程可能唯一确定一个结构。这种情况虽不常见，但在Cyathstrine A的解析中得以实现。
因此，对于含有七个氧原子的复杂多环天然产物Cyathstrine A，ACD/Structure Elucidator 软件在全自动模式下，仅需数秒即可准确无误地完成其结构解析与确定。
参考文献
1. C. Zhao, S. Zhao, D. Zhang, M. Stadler, C. Liu, Q.-Q. Shi, Y.-Q. Gao, W.-B. Han, and J.-M. Gao. (2025). Cyathstrines A–K, Structurally Diverse Polycyclic Polyoxygenated Cyathane Diterpenoid Xylosides with Antibacterial and Neuroprotective Activities from the Fungus Cyathus striatus. Journal of Natural Products, 88(12), 2909–2920. DOI: 10.1021/acs.jnatprod.5c01149.
2. M. E. Elyashberg, A. J. Williams. Computer-based Structure Elucidation from Spectral Data: The Art of Solving Problems. Springer, Heidelberg, 2015, p. 454. ISBN: 978-3-662-46401-4.