卤代六环吲哚咪唑生物碱 Securamine H 的结构解析
苔藓虫，属于虫科，已被证明是一个拥有多种结构独特次生代谢物的来源。Hansen等人[1]检测了来自Securiflustra securifrons 的有机提取物， 结果分离出三种新的卤代六环吲哚咪唑生物碱，包括securamine H(1)，以及先前已报道的化合物securamine C(2)和E(3)，结构如下图所示。
分离得到的Securamine H(1)为淡黄色粉末。通过HR-ESI-MS检测，推断分子式为C20H16Br3ClN4O2，表明不饱和度为13。化合物1的1H和13C NMR数据表明，它与之前分离的化合物2和3具有相同的六环结构。
根据分子式，假设化合物1的六环部分被三个溴原子取代。 结果表明，仅用ROESY数据就可以很容易地确定securamine H的结构。
从分子式上看，securamine H分子含有N、O、Cl和Br四种杂原子(共10个)，骨架与氢原子的比例约为1.5，是一种缺氢分子，这对ACD/Structure Elucidator软件来说是一个挑战。 此外，文章[1]中只报道了选定的2D NMR相关性。 因此，从一开始就很明显，不作任何假设，如果不是不可能的话，只利用现有的非常有限的光谱信息解决这个问题是非常困难。 因此，我们试图借助从结构2和3中获得的那些结构信息来阐明1的结构。 从表1中显示的数据自动创建的分子连通性图(Molecular Connectivity Diagram, MCD)，如图1所示(MCD经过轻微手工编辑，只添加了NH组)。
表1 化合物1的核磁数据信息
图 1. 初始的 MCD图.
图2. 手动添加咪唑环后的MCD图
从图2的MCD图开始让软件执行结构生成，经过3小时的结算后，最终被我们停止了计算。本次计算总共生成了大约560万个结构，预计还需要额外的41小时才能完成。 由此可见，MCD中至少应该再画出一个存在于结构2和3中的碎片，以此来减少程序的计算负担。 由于5元内酯环在结构2和3中很容易被识别，因此该片段也被手工定义到MCD中(如图3所示)。
图3. 人工定义了两个结构片段后的MCD图
再次编辑MCD图后，我们重新执行结构生成的步骤，软件在25s内完成，结果k=12058→(结构过滤)→270→(去除重复项)→135。 使用ACD/SE中实现的三种方法(HOSE code, neural networks和incremental approach)对输出文件结构的13C化学位移进行了预测，并根据实验13C光谱与预测的平均偏差从高到低排列这些结构。 排名前四个结构如图4所示。
图4. 打分排名前4的结构式
从图4中可看出，排名第一的结构式与与作者[1]报道的securamine H的结构一致，并通过经验DP4概率计算进一步确认了该结构的合理性。
上述的方法可应用于从同一天然来源的，并具有相近的核磁共振谱数据的化合物，并能识别出共同的子片段的情况。
1. K. Ø. Hansen, J. Isaksson, A. Bayer, J. A. Johansen, J. H. Andersen, E. Hansen. (2017). Securamine Derivatives from the Arctic Bryozoan Securiflustra securifrons. J. Nat. Prod., 80(12), 3276–3283.