基于 CASE 技术进行海洋天然产物 acremolin 的快速结构确证

来源：微信公众号「凯美科」分类：未知物从头解析案例发布：2020-06-16

对于未知化合物，特别是包含特异新基团的天然产物，在初始的报道文献中，经常会出现错误的结构解析结果。因此，在后期的同行参考时，往往需要通过详尽的波谱分析技术或者化学全合成的方法对其进行修正。而在许多实际案例中，不论是初始的错误结构或是后期的复杂分析工作都可以有效应用CASE（Computer-Assisted Structure Elucidation）方法而避免[1]。

本案例中，通过应用标准的CASE技术展示ACD/Structure Elucidator Suite软件包辅助进行化合物结构解析，以及基于13C及1H信号实现最优结构确认。

案例背景

Julianti et al. [2]从海洋真菌Acremonium strictum培养液中分析得到一个新的碱基类化合物，acremolin（1）。基于原始光谱数据，作者鉴定化合物为甲基鸟嘌呤碱基包含1个异戊二烯基团，同时结构存在特殊的的1H-氮丙啶基团。

Januar and Molinski [3]认为化合物1结构中存在不稳定基团，不太可能为天然产物，而基于谱图信息猜想应该为以下结构2或3。

另外，Banert [4]也同样认为Julianti提出的结构1存在疑问，并基于对化合物2和3进行13C NMR预测计算，认为化合物2更符合实验核磁数据，但确没有直接的实验证据。

为了准确验证化合物结构，Januar and Molinski基于N2,3-ethenoguanine骨架进行了化合物2和3的合成。（化合物2为5a，化合物3为5b）

结果显示，1H NMR及13C NMR数据及其他数据信息（UV、IR、HMBC、HRMS）与Julianti报道一致。然而化合物5a存在异丙基的位置异构可能，因此作者又通1H-15N HMBC谱图对其连接位置做了进一步确认。

为修正化合物1结构而进行化合物2（5a）的猜想及全合成以及全波谱分析是一项任务量艰巨的工作。因此我们提出通过ACD/Structure Elucidator Suite帮助原始作者进行快速、准确的未知物结构确认。

解决方案(基于CASE)

基于以上问题，我们利用化合物acremolin的1H、13C NMR、HSQC、HMBC数据通过ACD/Structure Elucidator Suite软件进行结构解析。

输入谱图数据信息，软件自动生成化合物的MCD图（Molecular Connectivity Diagram）。

在MCD图不经过任何手动处理情况下，直接计算化合物可能性结构，最终在tg=1m 43s时间内生成498个候选结构。基于13C NMR计算值与实验值对比，以平均偏差排序，可获得修正结构2（5a）、3（5b），及原始化合物1解析信息。

dA = average deviation of the calculated ¹³C spectra using the fragment method

dI = average deviation of the calculated ¹³C spectra using the incremental method

dN = average deviation of the calculated ¹³C spectra using the neural net method

max_dA = maximum ¹³C chemical shift deviation using the fragment method

计算结果表明，ACD/Structure Elucidator Suite在不应用1H-15N HMBC数据情况下可以快速获得具有高度可信度的最终正确结果。如果作者在研究早期应用此功能，则可根据平均偏差值尽早的有效避免化合物1和5b的出现。另外，5步化学合成的复杂工作也可免于进行，大大节约化学家的科研时间。

为了增加研究的完整性，我们将1H-15N HMBC谱图信息添加到软件中，并重新生成MCD图，软件实现在tg=0.5s时间内生成55个最终结构。新的计算结果同样包含了上图中的修正结构2（5a）、3（5b），但初始化合物1则因为不符合实验H-N HMBC信息而被排除。同时可直观看出给出化合物3（5b）由于其较大的13C平均偏差（约5 ppm）及显著的N原子位移偏差而被直接排除（下图3为实验值，3a为计算值）。

最后，我们认为尽管经典的格言“化学合成是确认化合物结构的最终证据”依然可以给我们带来正确结果，但是这一方法应该补充更正为“在应用全合成方法来实现结构修正之前，充分考虑并运用CASE系统分析结果是非常有必要的”。

参考文献：

1. Elyashberg, M.; Williams, A. J.; Blinov, K. (2010) Structural revisions of natural products by Computer-Assisted Structure Elucidation (CASE) systems. Nat. Prod. Reports, 27:1296–1328.

2. Julianti, E.; Oh, H.; Lee, H.-S.; Oh, D.-C.; Oh, K.-B.; Shin, J. (2012) Acremolin, a new 1H-azirine metabolite from the marine-derived fungus Acremonium strictum. Tetrahedron Lett., 53:2885–2886.

3. Januar, L. A.; Molinski T. F. (2013) Acremolin from Acremonium strictum is N2,3-Etheno-20-isopropyl-1-methylguanine, not a 1H-Azirine. Synthesis and Structural Revision. Org. Lett., 15(10):2370–2373.

4. Banert, K. (2012) Acremolin, a stable natural product with an anti-aromatic 1H-azirine moiety? A structural reorientation. Tetrahedron Letters, 53:6443–6445.