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天然产物 Setosol 的结构修订

Okeke等[1]首次从真菌Pleiochaeta setosa中分离得到一种新型邻苯二酚类天然产物,命名为setosol(1)。通过电喷雾质谱(ESI-MS)分析,确定其分子式为C15H16O5。

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作者指出,该化合物结构在当时的天然产物中是独一无二的,其环状结构甚至在合成化合物中也未见报道。此外,setosol被认为是一种烯醇醚类化合物,这一结构特征进一步增加了其化学新颖性。生物活性研究表明,setosol对多种真菌和细菌菌株均表现出显著的抑制作用。随后,Chen等[2]从Preussia isomera中再次分离得到该化合物,并进一步验证了其抗菌活性。此外,setosol在一篇综述中被提及,但未作深入讨论[3]。

鉴于setosol独特的结构特征及其潜在生物活性,Bates等[4]对其结构进行了系统验证与修订,最终将结构 1 修正为结构 2 。

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为系统性验证结构1的准确性,我们采用Structure Elucidator Suite软件进行了验证分析。通过增量法(incremental approach)对化合物13C化学位移进行理论预测,并将计算结果与实验数据进行比对。相关预测结果如图1示:

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图1. setosol结构13C化学位移的预测结果
图中通过颜色标记了每个原子的实验值与预测13C化学位移之间的差异:绿色表示差异在0到3 ppm之间,黄色表示差异大于3到15 ppm,红色表示差异超过15 ppm。预测化学位移与实验值的平均偏差用dI(13C)表示,最大偏差则用max_dI(13C)表示。

如图1所示,较大的 dI (13C) 和 max_dI (13C) 值清晰地表明,Okeke 等[1]所提出的 setosol 结构是错误的。虽然他们运用 1H–13C 2D NMR 相关信号进行结构解析,然而遗憾的是,文章中并未给出这些数据。倘若能获取 2D NMR 数据作为约束条件,Structure Elucidator 软件便能在标准模式下进行结构生成。因此,为了在合理时间内解析出正确结构,我们构建了一个分子连接图(MCD)。该图仅包含苯环左侧(绿色部分)的结构信息,而将其他所有原子设为 “自由” 状态,从而探索所有可能的组合情况 。

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图2. setosol的分子连接图(MCD)

图中通过颜色标记了碳原子的杂化状态:sp2杂化碳原子标记为紫色,sp3杂化碳原子标记为蓝色。碳原子上的标签“ob”和“fb”分别表示该碳原子必须与杂原子连接(ob)或禁止与杂原子连接(fb)。

结构生成过程耗时6小时20分钟,共生成8,143,488个候选结构,经过过滤和去重后保留5783个结构。随后,对输出文件中的结构进行了13C NMR化学位移预测,并根据平均偏差值对结构进行升序排序。图3展示了排名前十二的结构。

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图3.输出文件中排名前十二的结构

13C NMR化学位移预测采用HOSE代码法、神经网络法和增量法进行,对应的平均偏差值分别用dA、dN和dI表示。图中通过颜色编码标记了每个原子的实验值与预测13C NMR化学位移之间的差异:绿色表示差异在0到3 ppm之间,黄色表示差异大于3到15 ppm,红色表示差异超过15 ppm。

排名第一的结构#1为化合物2,其正确性通过经验性DP4概率计算(见图4)以及基于密度泛函理论(DFT)的DU8 ML方法进行的13C化学位移预测得到了验证。

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图4. 输出文件中排名前三的结构

13C NMR化学位移预测采用HOSE代码法、神经网络法和增量法进行,对应的平均偏差值分别用dA、dN和dI表示。图中通过颜色编码标记了每个原子的实验值与预测13C NMR化学位移之间的差异:绿色表示差异在0到3 ppm之间,黄色表示差异大于3到15 ppm,红色表示差异超过15 ppm。DP4A(13C)、DP4N(13C)和DP4I(13C)分别表示给定结构正确的概率值。

研究结果表明,结构2 与一种已知天然产物——联芳基醚的结构完全一致。该化合物此前已被多个研究团队成功分离,其结构已通过多种技术手段得到可靠确证,且其生物活性也已被深入研究。通过系统对比setosol与结构2的核磁共振(NMR)光谱数据,进一步验证了本研究中结构修订工作的准确性。

参考文献:
  1. B. Okeke, M. Kaouadji, F. Seigle-Murandi, R. Steiman.(1994).  Biosci, Biotech, Biochem., 58, 734-736.
  2. H.-L. Chen, W.-T. Zhao, Q.-P. Liu, H.-Y. Chen, W. Zhao, D.-F. Yang, X.-L. Yang. (2020). Fitoterapia, 141, 104475.
  3. Agudo-Jurado, F.; Reveglia, P.; Rubiales, D.; Evidente, A.; Barilli, E. (2023). Int. J. Mol. Sci., 24, 5116.
  4. R. W. Bates, M. Elyashberg, A. G. Kutateladze, C. M. Williams. (2024). Eur. J. Org. Chem. e202400431. https://doi.org/10.1002/ejoc.202400431