计算机辅助解析天然产物 Herqupenoid A 的结构

青霉菌属（Penicillium）真菌以其产生结构多样的代谢产物而著称，如聚酮化合物、类异戊二烯次生代谢产物和生物碱等。在一项系统性研究中，Jin等^[1]对分离自中国滇池土壤的一株P. herquei菌株的次生代谢产物进行研究，发现并分离出一种新型天然化合物——herqupenoid A (1)。

1

研究发现，化合物1具有一个多环笼状的2,7-二氧四环[5.4.0.0⁴,¹¹.0⁵,⁹]十一烷结构片段，其5/5/6/5骈合环骨架前所未见。研究人员通过一维和二维核磁共振技术确定了结构1，并经由单晶X射线衍射验证。受该独特结构类型的启发，我们采用文献^[1]报道的光谱数据对ACD/Structure Elucidator软件进行挑战性测试。遗憾的是，原文中仅以图形方式展示了结构1的关键HMBC与COSY相关信号，相关数据详见表1。

表1. herqupenoid A的核磁共振波谱数据

从¹H谱中可见多个信号重叠现象，这增加了结构解析的难度。化合物1为无色晶体，通过正离子高分辨质谱（HR-ESI-MS）确定其分子式为C₂₄H₃₄O₆（实测m/z 441.2273 [M+Na]⁺，C₂₄H₃₄O₆Na⁺理论值441.2248），表明该分子存在8个不饱和度。

将分子式与表1所列波谱数据输入程序后，生成了分子连接图（MCD）（图1）。

图1. herqupenoid A的分子连接图（MCD）

碳原子杂化状态通过相应颜色标记： sp²-紫色， sp³-蓝色， 非sp-浅蓝色。 程序对必须与杂原子相邻的碳原子标记"ob"，禁止与杂原子相邻的碳原子标记"fb"。 HMBC相关峰用绿色箭头标示， COSY相关峰用蓝色箭头标示。 模糊相关峰用虚线标示。

¹H谱中的信号重叠现象导致产生模糊的COSY相关峰。此外，四个碳原子（C-87、C-88.7、C-93.9和C-105.9）的杂化状态可能为sp³或sp²。因此，在结构生成过程中必须尝试两种可能的杂化状态。未对MCD进行人工修改。

经检查，MCD中的HMBC和COSY数据不存在矛盾，因此启动严格结构生成，结果如下：

对输出文件中的所有结构进行¹³C化学位移预测，并按预测值与实验值的平均偏差升序排列。排名前九的结构展示于图2。

图2. 输出文件中排名前九的结构。

采用HOSE算法、神经网络算法及增量法进行¹³C化学位移预测，三种方法的平均偏差值分别标记为d_A、d_N和d_I。各原子按实验值与计算值的差异进行颜色标注：绿色表示差异在0-3 ppm之间，黄色表示差异在3-15 ppm之间，红色表示差异大于15 ppm。所有结构按d_A值升序排列。

如图所示，排名第一的结构#1即为herqupenoid A。其余结构因dA值较大且与化合物1的红外光谱（图3）存在偏差而应予以排除。

图3. herqupenoid A的红外光谱图

在1768 cm⁻¹处出现的羰基特征吸收峰符合五元环内酯的结构特征，这与羟基-C=O基团（约1700 cm⁻¹）的振动模式明显不同。同时，在3000 cm⁻¹附近未观察到羧酸基团的典型宽峰。

由此可见，借助ACD/Structure Elucidator软件，herqupenoid A这一全新结构在7秒内实现了全自动解析。经程序完成¹³C化学位移归属的结构1展示如下：

参考文献：