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海洋天然产物双吲哚类生物碱 damirine B 的结构解析

文献来源
海洋天然产物双吲哚类生物碱 damirine B 的结构解析
概述

双吲哚类生物碱的吲哚咔唑家族是众所周知的一类天然产物。它最著名的成员是staurosporine,一种属于吲哚[2,3‐a]咔唑结构类的蛋白激酶C抑制剂。到目前为止,其他一些吲哚[2,3‐a]咔唑已经被分离和鉴定。然而,仅有少量的其他吲哚咔唑异构体被报道。Gustafson et al [1]研究了海洋海绵Damiria sp.的一种提取物,它属于一个有待研究的属。其中分离到两种新的生物碱,分别为damirine A和B。他们的结构是通过全面的核磁共振波谱研究来阐明的,对于damirine B(结构如图1所示),还应用到了LR-HSQMBC光谱。这是一个长程异核相关实验,专门用于检测非常低的耦合常数,因此对于质子缺乏的结构是非常有用的。

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图1. damirine B的结构式

Damirine B是一种棕色粉末,通过(+)‐HR-ESI-MS测量发现其分子式为C19H12N4O。骨架原子与氢的比例是2,表明分子高度缺氢。为了阐明其结构,记录了1H、13C、1H-1H COSY、1H-13C HSQC、1H-13C HMBC、1H- 15N HSQC、ROESY和LR-HSQMBC光谱。

作者[1]在二维核磁共振谱中观察到的关键关联如图2所示。

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图2. damirine B的关键相关信号

如果不使用LR-HSQMBC谱,应用ACD/Structure Elucidator软件来阐明这样一个具有挑战性的结构是很有趣的。因此,我们将表1中的光谱数据输入到ACD/SE软件中。

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表1. damirine B的核磁数据

通过ACD/SE软件自动生成的分子连接图(Molecular Connectivity Diagram,MCD)如图3所示。

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图3. 分子连接图

在本案例中,绿色和蓝色箭头分别表示HMBC和COSY相关性(2-3个键和1个键)。sp2杂化的碳原子被软件显示为紫色,而非sp (sp3或sp2)的原子显示为浅蓝色。

我们没有对MCD进行手动编辑。软件对MCD的一致性进行检查,没有发现矛盾,软件进行严格的结构生成,然后13C化学位移预测和谱图过滤会自动在后台执行。结果生成了133,526个结构,经过谱图过滤规则,剩下28个结构,最后剔除重复的结构,剩余6个结构。所需的时间为tg= 1分钟10秒。实际上,添加LR-HSQMBC关联后,在结构数量和计算时间方面给出了完全相同的最终结果,这表明问题已经被现有数据充分约束。

ACD/SE软件采用了三种算法(加和算法、HOSE算法和神经网咯算法)进行13C谱化学位移预测。这些结构按平均偏差的递增顺序排列。图3显示了排名前三的结构。

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图3. 排名前三的结构

我们看到最佳结构与作者[1]确定的damirine B结构一致。由于计算出的结构#1和#2的平均偏差相差不大,因此需要用其他方法来确认第一个结构的合理性。所以,我们可以使用ROESY获得的相关性来辅助验证(见图4)。

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图4.  1H化学位移归属的结构列表。红色箭头表示作者[1]观察到的ROESY相关性。

很明显,在结构#2中,信号为8.56 ppm和11.56 ppm的质子之间的ROESY相关性是不可能的,这进一步支持了结构#1的合理性。结构#1的化学位移归属如下所示:

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总之,我们证明了在不使用LR-HSQMBC数据的情况下,一个缺氢分子的正确结构可以在一分钟内完全自动地鉴定出来。当然,LR-HSQMBC实验已经被证明对解决其他结构非常有帮助,因此它的价值不应受到质疑。

参考文献

1、T. D. Tran, L. K. Cartner, H. R. Bokesch, C. J. Henrich, X.W. Wang, C. Mahidol, S. Ruchirawat, P. Kittakoop, B.R. O'Keefe, K. R. Gustafson. (2021). NMR characterization of rearranged staurosporine aglycone analogues from the marine sponge Damiria sp. Magn. Reson. Chem., 59: 534-539.

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