5.26 Lasionectrin
El Aouad 等[29]从Lasionectria 属真菌的发酵液中分离得到一种具有抗疟活性的新型萘并吡喃酮类化合物(5.53),并将其命名为lasionectrin。这是首次报道从该属真菌中分离获得天然产物。

通过(+)-ESI-TOFMS 检测到m/z 345.1335 的准分子离子峰,结合¹³C NMR 谱中19 个信号峰,确定化合物5.53 的分子式为C₁₉H₂₀O₆。紫外光谱在216、260、306 和363 nm 处显示特征吸收峰,这些特征与3,4-二氢-9,10-二羟基-7-甲氧基萘并[2,3-c]吡喃-1-酮结构单元(5.54,萘并吡喃酮)相符,,且与结构类似化合物的吸收特征相似。作者[29]以此结构单元为起点,通过一维和二维NMR 数据解析,最终确定了新化合物的完整结构。

我们将该化合物视为完全未知的新物质,采用从头解析的方法进行结构鉴定。研究人员将一维核磁共振谱(包括¹H 和¹³C NMR)以及从二维核磁谱图解析获得的42 个HMBC 远程相关信号和8 个COSY 邻位相关信号输入Structure Elucidator 软件(详见表5.26)。基于这些实验数据,系统自动生成了分子连接图(MCD),经过简单的人工编辑后,最终确定的分子连接图如图5.74 所示。


MCD 的原子属性由程序自动分配,部分经研究人员根据分子组成(特别是分子式中不含氮原子)和特征化学位移[18]进行人工修正。其中,化学位移98.5 ppm 的碳原子(C)被标记为浅蓝色,其杂化状态设为"sp²或sp³",以考虑结构中可能存在的C=C 双键或O-C-O 片段。
氢原子多重性根据表5.26 中的耦合常数(J 值)进行设置。如表所示,C18 上的甲基(CH₃)在0.97 ppm 处呈现J=7.3 Hz 的三重峰,表明其相邻碳原子上连接有2 个氢原子。该数值被输入至"相邻原子氢原子数"参数项中(图5.75)。

如前所述,n 值的设定过程需要极其谨慎。事实上,当我们为某个碳原子指定n 值时,相当于引入了一个新的"假设",如果这个假设是错误的,我们将永远无法获得正确的结构解析结果。在做出判断时,通常需要分析JHH 耦合常数的数值。当JHH 小于2.0-2.5 Hz 时,通常认为信号分裂是由于远程耦合引起的,此时相应的n 值应设为0。经验表明,最稳妥的做法是仅使用清晰明确的多重峰(例如甲基的单峰、双峰和三峰)来设定n 值。根据表5.26提供的数据,我们设定了以下n(H)值:C3、C5、C7、C9 和C19 原子的n(H)=0,而C18 原子的n(H)=2。需要特别指出的是,在此我们模拟的是对研究分子真实结构完全不知情的情况,因此无法预知在结构5.53 中,C3 对应的JHH=1.6 Hz(见表5.26 中C3 相关数据行)实际上反映的是邻位质子间的³JHH 耦合作用。
程序在对MCD 进行矛盾检查时,检测到了非标准耦合(NSCs)的存在。由于文献[18]已经确定了结构和化学位移归属,我们利用2D NMR 数据对提出的结构5.53 进行验证时发现:在HMBC 谱中存在6 个n>3 的nJCH 非标准相关,在COSY 谱中存在1 个n>3 的nJHH非标准相关。这些非标准相关在表5.26 中用下划线标出,并在结构5.55 中以箭头标示,其中C7-C9 的连接关系就是基于COSY 谱中的非标准相关信号确定的。

模糊结构生成(FSG)程序以如下参数启动:m = 0–20,a = 16,启用"Stop generation when structure generated(生成即停止)" 模式,开启"Calculate carbon spectra during generation(结构生成进行碳谱预测)" 功能,并设置"拒绝d > 4 ppm 且d (max) > 20 ppm 的结构"执行以下FSG 运行:
第一次运行:仅在mg=5 时保存生成结构。结果:k = 74,223 →4,总耗时4 分12 秒。前三位结构展示于图5.76。

这些结构普遍表现出显著的化学位移偏差(d > 4 ppm)及不合理的拓扑特征(如六元环中存在四个双键等异常连接方式),表明当前生成的结构集合不符合化学合理性要求。基于此,必须调整参数设置,将最大可变连接数限定为m=6 后重新进行结构生成计算。
第二次运行:设定生成参数m = 6。运行结果:k = 1,783,619 →158 →94,总计算时间tg = 1 小时56 分钟。正确的目标结构仍未生成。图5.77 展示了排序文件中三个"最佳"结构。

我们再次发现所得解决方案无效,这一结果在意料之中,因为我们在碳原子C3 的第一配位层错误地将氢原子数设为零。
迄今为止的计算实验表明,所使用的初始数据包含一个错误假设(一个错误的"公理")。寻找错误假设通常从移除可能导致正确结构丢失的用户约束开始。在当前情况下,最可疑的是为sp3 杂化碳C(75.00)引入的n(H) = 0 约束,因为其他类似的约束(n 值)都与甲基基团和推定为芳香族的质子相关。我们在MCD 中移除了C(75.00)的n(H) = 0 约束,并在相同条件下重复了FSG 计算。
Run 1a 在mg=4 时存储了两个"异常"分子(tg=1 分23 秒),两者均具有较大的计算偏差。
Run 2a 设定m=5 参数,运行结果为:k =337,637→47→28,tg =51 分钟。所有生成结构(较为异常)且具有较大偏差(4-5.5 ppm)再次被排除。
Run 3a 采用m=6 参数进行结构生成。运行结果为:k =6,687,699→822→385,tg =10 小时51 分钟。
图5.78 展示了通过HOSE 代码方法计算dA 偏差值排序的前六个结构。
最佳结构#1 与结构5.53 完全吻合,其平均偏差值处于可接受范围。这表明即使在存在六个长度未知的非标准相关(NSCs)的情况下,仍然成功找到了有效解。相对较长的结构生成时间不仅归因于六个NSCs 的存在,还与结构5.53 的一个特定特性有关:该结构包含六个不连接氢原子的骨架原子组成的"静默片段"(参见1.2.2 节)。

二维核磁数据中出现NSCs 的一个可能原因是不同长度相关的峰强度可能具有相同的体积。为了理解结构5.55 二维核磁数据中NSCs 出现的原因,我们检查了文献[29]支持信息中提供的HMBC 和COSY 谱图。检查发现,4JHH COSY 峰(6.8-6.51)的强度与其他"标准"COSY峰处于相同数量级。然而,对HMBC 谱的检查显示,三个NSC 峰(6.8-159.5, 4.93-163.5 和2.58-131.9) 实际上并不存在于谱图中。
严格来说,被纳入HMBC 数据的那三个实际不存在的相关峰提供了错误的结构信息,但程序仍然展现了在初始信息存在错误的情况下找到有效解决方案的能力。从错误信息中获取有效解所付出的代价是较长的FSG 计算时间。需要说明的是,当预期结构生成过程耗时较长时,通常会选择在夜间运行计算,这与二维核磁数据采集的常规做法类似。
为了全面验证,我们排除了三个错误的HMBC 相关峰,仅保留真实的实验数据(包含两个HMBC 非标准相关和一个COSY 非标准相关)重新进行解析。同时引入了相邻碳原子上的氢原子数信息。FSG 参数设置为:mg=3,a=16,并在结构生成过程中执行13C 化学位移计算。运行结果为:k = 21,837→10→6,总耗时7 分11 秒。图5.79 展示了按dA(13C)值排序后的最优结构结果。
结果显示,基于dA (13C)偏差值的排序方法再次成功地筛选出了与结构5.53 完全一致的最优结构。结构5.55a 中标注了碳原子化学位移归属和非标准相关连接(双箭头表示COSY相关,单箭头表示HMBC 相关)。这一验证过程充分证实了该解析方法的可靠性和准确性,即使在数据存在部分错误的情况下仍能获得正确结果。


5.55a需要特别强调的是,氢原子多重峰信息的应用必须极其谨慎。在实际操作中,基于甲基基团多重峰特征建立的约束条件往往最为可靠。
