天然产物 Lyaline 的结构修正

来源：微信公众号「凯美科」分类：结构修正与验证案例发布：2021-11-02

天然产物Lyaline最初是在1974年从马达加斯加红科植物Pauridiantha paucinervis的根中分离得到。据报道，它包含一个独特的哈尔满-1,4-二氢吡啶骨架(harman-1,4-dihydropyridine )(如图1所示)。由于当时13C NMR谱的采集还并不常见，该结构仅通过EIMS和不完整的1H NMR谱图数据确定的。

30年后，研究者对报道的天然产物Lyaline结构进行全合成，结果发现了与最初报道的光谱数据不一致(如图2):

图2. 原始结构(1a)与合成结构(1b)对应的13C NMR化学位移归属的比较

对最初结构的全合成工作表明，这种二氢吡啶化合物不稳定，容易分裂成哈尔满碱(harmane)和吡啶，使它不太可能在苛刻的生物碱分馏条件中得以稳定保留。因此，Jagora 等人[1]找到了Lyaline最初的样品，使用目前最先进的技术对该化合物重新进行光谱分析。

LC-MS中观察到的唯一峰显示在m/z 346.1551处有一个信号，与预期的元素组成(C21H19N3O2)一致。然而，样品的稳定性与早先合成的不稳定结构——哈曼-1,4-二氢吡啶并不一致。

通过使用1D和2D NMR (HSQC, COSY, TOCSY, 1H-13C HMBC和1H-15N HMBC)数据对化合物进行重新研究，确定了Lyaline的正确结构如下:

图3. 重新确定的Lyaline结构

我们利用了文章关键的2D NMR相关性(表1)来展示如何在ACD/ structure Elucidator (ACD/SE)的帮助下进行结构修正。

表1 文献[1]中报道的NMR谱图数据

首先，将光谱数据输入ACD/SE软件中，并将结构1a(图1)作为Proposed structure放入程序中。采用ACD/SE中的三种方法(基于HOSE编码、神经网络和增量法)对1a结构进行13C化学位移预测。图4显示了结构1a以及三种预测方法的实验和预测化学位移的平均偏差。

图4. 原始结构1a在SE软件中的打分

从图4可以看出，结构的上半部分被化学位移预测所证实，而下半部分的碳原子C 42.4和C 63.3的偏差非常大。很明显，这种结构是错误的。

为了产生所有可能的候选结构，我们使用了ACD/SE中的以下方法进行操作:在结构中选择结构1a的上部片段，创建包含该片段的MCD。上面提到的过程如图5所示，自动创建的MCD如图6所示。

图5. 选择分子的上部片段，然后选择命令“Create User MCD”

图6. 自动创建包含结构1a上部片段的MCD

从以上MCD图出发进行结构生成，ACD/SE软件仅在0.4s内生成了一个结构，如图7所示。

图7. 利用用户定义片段的MCD图产生的结构

我们看到结构与结构2是一致的，碳原子的平均偏差值和颜色值都说明了结构的合理性。

这一点也通过以下MCD(图8)的结构生成得到了证实，该MCD是根据在表1中收集的光谱数据创建的，没有人为预定义的片段。

图8. 有表1的谱图数据创建的MCD图

结构生成得到如下结果:k=12→(结构过滤)→3,tg = 0.5 s。按照平均偏差的递增顺序排列的输出文件如图9所示。

图9. 排序后的输出结果

从图9可以看出，修正后的Lyaline结构的有效性通过“从头算”求解得到了可靠的确认，即仅通过分子式和NMR光谱数据进行结构生成，而不受用户定义片段的影响。有趣的是，如果使用ACD/SE，那么就不需要1H-15N HMBC光谱的采集了。当1H-15N HMBC谱从NMR数据集中排除时，得到以下结果:

k=162→(结构过滤)→78→(重复去除)→38,tg =5 s，修改后的结构再次排名第一(图10)。

图10. 排序后的排名靠前的结构

总之，在CASE程序ACD/SE的帮助下，Lyaline的结构得到了快速和令人信服的重新阐明，ACD/SE不仅是结构解析的强大工具，也是结构验证和修正的有力工具。你可以在以前的文献[2-3]和最近的报道的文献[4]中找到类似的使用ACD/SE进行结构修正的例子。

参考文献：

1. Jagora, A., Gallard, J.-F., Beniddir, M. A., Le Pogam, P. (2021). A Reappraisal of the Structure of Lyaline as the First Naturally Occurring Nacycline Monoterpene Indole Alkaloid. J. Nat. Prod., 84(9), 2617–2622. https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.1c00572

2. Elyashberg, M., Williams, A., Blinov, K. (2010). Structural revisions of natural products by Computer Assisted Structure Elucidation (CASE) Systems. Nat. Prod. Rep., 27(9), 1296–1328. https://doi.org/10.1039/C002332A

3. Elyashberg, M., Blinov, K., Molodtsov, S., Williams, A.J. (2013). Structure Revision of Asperjinone Using Computer-Assisted Structure Elucidation Methods. J. Nat. Prod., 76, 113–116. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/np300218g

4. Lv, T.-M., Chen, D.-L., Liang, J.-J., Bai, M., Lin, B., Huang, X.-X., Ma, G.-X., Song, S.-J. (2021). Structural Revisions of Two Highly Aromatic Naphthoquinone-Derived Dimers Based on NMR Analysis, Computer-Assisted Structure Elucidation Methods, and Computations. Organic Letters, 23(18), 7231–7235. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.1c02626

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