海洋天然产物 hectoramide B 的结构解析

热带海洋蓝藻Moorena producens JHB 因其丰富的次级代谢产物而声名远扬，这些产物在生物医学领域展现出巨大潜力。尽管早期研究已从该菌株中识别出一些独特的化合物，但基因组分析揭示，仍有许多生物合成基因簇尚未被发现。为了激发这些未知化合物的合成，Gerwick等^[1]采取了创新的方法，将该菌株与白色念珠菌Candida albicans进行共培养。这一策略取得了显著成效，研究团队观察到了一种新化合物产量的增加，还成功鉴定为hectoramide B（1）。

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Hectoramide B（1）通过真空液相色谱（VLC）和高效液相色谱（HPLC）技术被成功分离，从共培养实验中获得了1.7毫克的黄色油状物质。利用高分辨质谱（HRMS）测得的精确质量为627.3750 m/z，据此推测化合物1的分子式为C₃₄H₅₀N₄O₇。通过核磁共振（NMR）数据分析，该分子式所对应的12个不饱和度被推断为由两个苯环和四个酯或酰胺型的羰基构成。

化合物1的¹H NMR谱图与先前确定的hectoramide A结构的谱图极为相似。此外，通过全球天然产物分子网络 集群数据库（GlobalNatural Products Social Molecular Networking，GNPS）的分子网络分析，对MS/MS碎裂数据进行研究，也显示这两种化合物之间存在密切的联系。作者^[1]进一步利用异核单量子相干（HSQC）、异核多量子相干（HMBC）和相关谱（COSY）等NMR技术，对这些化合物的核磁共振及串联质谱/二级质谱（MS/MS）数据进行了细致的分析和比较，从而成功阐明了heteroamide B的结构。

表1. 化合物1的核磁数据

文献中化合物1的结构是通过将其NMR和MS/MS谱图与相关化合物的谱图进行比较，以及使用二维NMR谱图来确定的。补充的二维NMR数据有助于阐明分子式中含有大量杂原子（4个氮原子和7个氧原子）的化合物的结构。

接下来，我们将探索ACD/Structure Elucidator Suite软件在标准模式下对这一结构进行解析的能力，这无疑是一项引人入胜的任务。

我们把文献^[1]中使用的分子式和光谱NMR数据（表1）被输入到程序中。编辑后的分子连接图（MCD）如图1所示。

图1. hectoramide B的分子连接图（MCD）

在解析与化合物1相似结构的过程中，我们积累的经验教训是：如果不加入额外的结构性约束，生成结构的数量和所需的生成时间可能会变得非常庞大，难以接受。

因此，我们在分子连接图（MCD）中手动标记了四个羰基团（分别对应于碳原子的化学位移C 173.6，C 171.8，C 170.5和C 170.3），并将两个甲基基团（化学位移C 55.00）与氧原子相连。同时，我们也引入了1H谱中信号的多重性信息（详见表1），这通常会有助于减少结构生成的时间。

软件对MCD进行了逻辑分析，确认2D NMR数据之间并无矛盾之后，我们启动了严格的结构生成过程。然而，经过一段时间后，由于发现整个过程耗时过长，我们决定暂停这一过程。

这表明，为了更高效地进行结构解析，我们必须引入新的约束条件。在选择这些约束条件时，我们需要谨慎，以确保不会遗漏正确的结构。

由于两个甲基（CH₃）基团在41.50 (对应¹H NMR中的2.39) 处显示出相同的¹³C和¹H化学位移，这一现象是典型的甲基与氮原子（CH₃-N）相连的特征。基于这一假设，我们在分子连接图（MCD，见图2）上绘制了一个N,N-二甲基基团，并重新启动了结构生成过程。

这一过程在1.5小时内顺利完成，最终结果如下：

*k表示结构生成数量

图2. 第一次运行中hectoramide B的分子连接图

在程序中应用三种不同的方法预测了碳原子的化学位移，随后根据这些预测结果的平均偏差，对可能的结构进行了升序排名。

排名结果中前六位的结构已经展示在图3中。

图3. 第一次运行的输出文件中排名最高的六个结构

根据红外光谱所提供的结构信息，我们可以在分子连接图（MCD）中增加一个新的约束条件。尽管文章^[1]的补充信息中并未提供红外光谱数据，但由于分子中包含一个伯胺基团（NH₂）且缺少羟基，我们预计可以在3400至3500 cm^-1的区域内通过检测到的双峰来确认分子中NH₂基团的存在。基于这一假设，我们在MCD中将两个氢原子与一个氮原子相连。为了单独评估这一假设的信息价值，如图4所示，我们移除了N,N-二甲基基团中甲基之间的连接键。

图4. 第二次运行中hectoramide B的分子连接图

图5. 第二次运行的输出文件中排名最高的六个结构

当同时施加两个额外的结构约束条件（详见图6中的分子连接图，MCD），结构生成过程仅用了4.5分钟就完成了，生成了与上一轮运行相同的20个结构：

这一速度比首次运行时快了整整20倍，首次运行时仅考虑了N(CH₃)₂基团的存在。排名最靠前的结构如图7所示，它们进一步确认了在之前几次程序运行中选定的结构是正确的。

图6. 第三次运行中hectoramide B的分子连接图

图7. 第三次运行的输出文件中排名最高的六个结构

这个案例表明，引入微小的结构约束可以将一个具有挑战性的问题转变为在几分钟内就能解决的问题。有趣的是，最具信息量的约束（NH₂）是从红外光谱中获得的。遗憾的是，核磁共振（NMR）光谱学家经常忽视红外（IR）光谱。

在天然产物化学和药物发现领域，综合利用各种分析技术是揭示复杂分子结构的关键。红外光谱可以提供有关分子中特定官能团存在的信息，如伯胺基团（NH₂）的存在，这些信息对于结构解析至关重要。而核磁共振（NMR）光谱则提供了关于分子中原子和官能团详细环境的信息。通过结合这些互补的数据，科学家们可以更快速、更准确地确定未知化合物的结构。

因此，这个案例强调了在结构鉴定过程中，不仅要重视NMR数据，还应该考虑其他谱学技术，如红外（IR）光谱，以获得更全面的分子信息。这种多学科方法可以显著提高研究效率，并增加成功解析结构的可能性。