海洋天然产物 Janthinolide A 的结构修订

2006年，Lin等^[1]报道了从一种特殊的内生真菌——Penicillium janthinellum的培养液中分离并鉴定出一种全新的2,5哌嗪二酮衍生物的研究成果，并将其命名为 Janthinolide A（1）。这种真菌最初是从Dendronephthya sp.这种软珊瑚中分离出来的。通过质谱技术以及一维和二维核磁共振谱图分析，研究者们确定了 Janthinolide A的分子结构。借助高分辨率快速原子轰击质谱（HR-FAB-MS）技术，研究人员准确地测定了化合物1的分子式为C₂₃H₃₂N₂O₇，其质荷比值（m/z）为449.2281，这一结果与理论计算值449.2282高度吻合。下面展示了化合物1的结构以及作者^[1]建议的¹³C NMR化学位移归属信息。

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最近，一项发表在文献^[2]的研究对化合物1的结构进行了彻底的再评估，并带来了突破性的新见解。该研究揭示了一个事实：化合物1的实际结构与之前的认识有所不同，实际上是另一种结构，现在被重新修订为结构 2。

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为了修订结构1，研究者采用了先进的结构解析软件ACD/Structure Elucidator Suite，并结合基于密度泛函理论（DFT）的核磁共振（NMR）化学位移预测技术进行结构验证。首先，结构 1作为提议结构（Proposed Structure）输入到ACD/Structure Elucidator Suite软件中，然后使用神经网络算法和增量算法进行了¹³C NMR化学位移预测。由于这种不寻常的结构包含一个自由基，使得基于HOSE算法的预测无法应用。结果如图1所示。

图1. Lin等^[1]提出的 Janthinolide A的结构，ACD/Structure Elucidator Suite软件使用神经网络算法和增量法对其进行了¹³C NMR化学位移预测。这些方法确定的¹³C NMR化学位移的平均偏差分别用d_N和d_I表示。每个原子的颜色标记了其实验值与计算值之间¹³C NMR化学位移的差异。绿色代表差异在0到3 ppm之间，黄色代表差异在3到15 ppm之间，红色代表差异大于15 ppm。

如图1所示，软件清晰地显示了预测的化学位移与二羟基化的香叶醇醚部分（以“绿色片段”标记）相吻合，然而，对于二酮哌嗪结构衍生的含氮杂环部分，计算得到的¹³C NMR化学位移与实验观测值之间出现了明显的不一致。具体来说，预测的¹³C NMR化学位移与实验数据之间的平均偏差大约为5 ppm，这一差异在图1中得到了明确的展示。尤其值得注意的是，对于化学位移在161.7 ppm的碳原子，其预测值与实验值之间的偏差竟然达到了约40 ppm。这些结果明确地表明结构1是不正确的，而这一结论也在意料之中。

在文献^[1]的研究中，作者们对Janthinolide A（1）所提出的结构进行了探讨，其中涉及到一个独特的离子型N-过氧化物官能团。在当时的研究文献中，这种官能团在天然产物化学或有机合成领域并未被记录，这使得其存在性引起了质疑。此外，基于化学直觉，这种官能团被推测为一种潜在的强氧化剂，或者可能在分解过程中释放氧气。这种特性使得其在天然产物中的稳定性和存在性受到质疑，尤其是在化合物的分离和纯化过程中。

为了进一步验证和修正化合物的分子结构，研究者们将最初报道的分子式C₂₃H₃₂N₂O₇和NMR数据（如表1所示）重新输入到了结构解析软件ACD/Structure Elucidator Suite中。

表1. Janthinolide A的核磁共振光谱数据

程序生成了一个分子连接图（MCD），并且在图中人为定义了“绿色片段”，该片段被包含在所有生成结构中（见图2）。

图2. Janthinolide A的分子连接图（MCD）

MCD包含了Janthinolides A结构(1)中的“绿色片段”（如图1所示）。碳原子的杂化状态通过相应的颜色标记：sp2 - 紫色，sp3 - 蓝色。程序为那些与杂原子相邻是必然（ob）或禁止（fb）的碳原子设置了“ob”和“fb”标签。绿色箭头显示了HMBC的连接关系。

研究人员通过ACD/Structure Elucidator Suite软件执行了严格的结构生成。在这个过程中，软件同时进行了¹³C NMR化学位移的预测和结构的筛选。软件能够自动地将实验中得到的化学位移值与生成结构中的相应碳原子进行匹配和归属。

在这一高效的计算过程中，仅仅12秒的时间，软件便成功地生成了55种可能的结构。这些结构根据与实验数据的匹配程度，即平均偏差值的大小，进行了排序。排名最靠前的六种结构，按照平均偏差值从最小到最大的顺序，被展示在了图3中，以便研究人员进行进一步的分析和评估。

图3. 通过ACD/Structure Elucidator Suite软件生成的排名前六的结构。这些结构是通过三种不同的¹³C化学位移预测方法进行偏差分析，分别是基于HOSE算法、神经网络算法和增量法。每种方法预测的¹³C化学位移的平均偏差分别用d_A、d_N和d_I表示，并根据d_A(¹³C)值的从小到大的顺序对这些结构进行了排名。

图4. 经过ACD/Structure Elucidator Suite软件筛选后，排名在前两位的最佳结构。

在这一轮预测中，不仅计算了d_A（HOSE算法）、d_N（神经网络算法）和d_I（增量法），软件还提供了DP4_A(¹³C)、DP4_N(¹³C)和DP4_I(¹³C)值，这些是由DP4算法计算得出的概率值，它们表示了每个结构正确性的可能性。DP4算法是一种统计方法，用于评估预测结构与实验数据的一致性，并给出一个概率值，以此来估计每个结构的正确性。

在图4中，这些概率值可以帮助研究人员评估和比较这两个结构的可靠性。结构的正确性越高，其对应的DP4值也就越高，这为最终确定化合物的真实结构提供了重要的参考信息。

在图4中，排名第一的结构被鉴定为一种α-氧代羰基化合物。这类化合物在天然产物的研究领域中广为人知，因其在多种生物活性分子中的存在而备受关注。对于这个结构，计算得到的DP4概率值接近100%，这一结果强有力地支持了其结构的有效性。此外，通过使用DFT DU8ML计算方法进行的进一步确认，进一步验证了这一结构的准确性和可靠性。

相比之下，排名第二的结构由于其较大的平均偏差，其结构的有效性受到了质疑。从化学性质的角度来看，这个结构被鉴定为一种乙烯基硝基化合物，这在天然产物中是相当罕见的。此外，这个结构似乎表现为一种不稳定的互变异构体，这进一步增加了对其在天然产物中存在性的怀疑。

在文献^[2]中，作者们还发现了一个有趣的巧合：与Janthinolide A（1）类似的另一种化合物 Janthinolide C，同样是从P. griseofulvum真菌中分离出来的。在 Janthinolide C的结构中，原本的二酮哌嗪部分经历了氧化和开环反应，形成了一个α-氧代羰基部分^[3]。Janthinolide C与Janthinolide A拥有相同的分子式。通过对比Janthinolide A和Janthinolide C的¹³C NMR数据，发现两者之间存在极高的一致性。此外，对这两种化合物的¹H NMR数据进行比较，也观察到了明显的相似性。这些结果表明，Janthinolide C的结构与修订后的Janthinolide A结构相同。

以下是修订后的janthinolide A结构以及归属的¹³C化学位移信息：