结构解析软件Structrue Elucidator案例：螺缩酮二萜化合物Leonuketal的结构解析

文献来源

L.Xiong, Q.-M. Zhou, Y. Zou, M.-H. Chen, L.Guo, G.-Y.Hu, Z.-H.Liu, C.Peng. (2015). Leonuketal, a Spiroketal Diterpenoid from Leonurus japonicus. Org. Lett., 17(24): 6238–6241.DOI: 10.1021/acs.orglett.5b03227

概述

        成都中医药大学的彭成教授和熊亮副教授在传统中药益母草（Leonurus japonicus）中发现一个结构复杂的螺缩酮二萜化合物Leonuketal。该化合物具有新颖的四环二萜骨架，结构中最突出的特征为一个螺缩酮单元与一个缩醛-γ-内酯单元稠合。结构如下：

        化合物Leonuketal通过HR-ESI-MS(m/z 433.2194[m+Na]+，calcd 433.2202)测定，分子式为C22H34O7，不饱和度为6。红外光谱显示羟基（3362 cm−1）和羰基（1787和1726 cm−1）的特征吸收峰。

        1D NMR以及2D NMR(HSQC、HMBC)谱图用于化合物Leonuketal的平面结构解析，具体数据如下图所示：

        本次案例中，我们基于以上信息，通过结构解析软件ACD/Structure Elucidator (ACD/SE)对化合物Leonuketal的平面结构进行解析测试。

        ACD/SE基于分子式、13C NMR, 1H NMR, HSQC 和 HMBC等谱图的信息，生成了以下分子连接图(Molecular Connectivity Diagram,MCD )：

        除C 100.7、C 105.9和C 80.1原子外，软件自动识别了所有碳原子杂化类型。未识别的碳原子以浅蓝色标记，这表明它们的杂化类型是不确定的。

小知识：MCD图

       MCD图(Molecular Connectivity Diagram)是ACD/SE软件根据用户对谱图信号进行处理后，自动生成的分子连接关系图，作为下一步的结构生成依据。用户可根据自己的经验或其他信息对MCD图进行进一步的编辑、补充完善。

       碳原子的颜色表示不同的杂化类型，蓝色(sp3杂化)，紫色(sp2杂化)，浅蓝色(非sp杂化，sp3或者sp2杂化)。绿色箭头连接线表示HMBC连接关系，蓝色箭头连接线表示COSY连接关系。碳原子旁边的”fb”标记表示不允许连接杂原子，而“ob”标记表示必须连接至少1个杂原子。

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       生成的MCD图后，ACD/SE软件即开始进行结构生成，最终生成了6个结构，运算时间仅为1s。

       接下来，软件通过碳谱计算对生成的结构进行打分排序。软件基于三种预测算法进行碳谱化学位移计算,分别是人工神经网络算法、HOSE算法以及加和算法，并且将实验化学位移与计算化学位移进行平均偏差计算，打分排序结果如下图示：

    最终我们发现，排名第一的化合物即为文献作者最终解析的平面结构，如下图示：

总结

       在本案例中，我们通过结构解析软件ACD/SE，基于高分辨质谱、1HNMR、13CNMR、HSQC、HMBC等谱图数据，准确、快速地解析出了化合物Leonuketal的平面结构。大量的实践证明，ACD/SE软件能大大提高天然产物的结构解析效率，尤其对于复杂天然产物的波谱解析和结构确证，软件可避免人为思维的经验局限，考虑更全面的结构可能性并进行全面的预测评估。