含硫吲哚类生物碱 Isatisindigoticanine I 的结构解析

板蓝根(Isatis tintintoria L.)为十字花科植物，是一种二年生草本植物。它在中国被广泛种植和分布，它的根被用于传统中医治疗许多疾病。文献^[1]对板蓝根的化学成分进行了研究，分离得到一系列生物碱。

Zhang等人^[1]分离了4种未知的含硫吲哚生物碱(板蓝根碱H, I和板蓝根皂苷F, G)，并通过1D和2D NMR、IR、HR-ESI-MS、X射线晶体学、旋光率和ECD数据等手段确定了其结构。Isatisindigoticanine I(1)(分子式C24H21N3O5S)的结构如下所示：

表1为文献^[1]发表的核磁共振波谱数据，我们将用这些数据导入到ACD/Structure Elucidator软件中进行解析挑战。需要注意的是，文献^[1]中只发表了关键的HMBC和COSY相关性数据。

由ACD/Structure Elucidator软件自动创建的分子连接图(Molecular Connectivity Diagram, MCD)如图1所示。我们对MCD图进行了简单的人工编辑，在氧原子上画了一个双键，表明185.20 ppm的碳是一个羰基。

基于以上MCD图，我们初步尝试运行软件进行结构生成。结果表明，由于关键的HMBC和COSY相关性的数量不足，导致软件不能在合理的时间内提供问题的解决方案。这其实是意料之中的，因为分子是缺氢的，DBE = 16，并且含有9个不同种类的杂原子。考虑到文献[1]中分离的所有生物碱中都存在吲哚结构部分，我们在MCD图中手动定义了一个吲哚片段。另一个包含四个羟基的明显片段也被引入MCD中(如图2所示)。

接下来，我们采用ACD/Structure Elucidator的三种方法(Incremental, HOSE-codes based and Neural Network)进行¹³C NMR化学位移预测，输出的结构列表按平均偏差值的升序排列。

排名前六的结构如图3所示：

图 3. 打分排名前六的化合物结构

我们可以看到，软件排名第一的结构#1与文献^[1]作者确定的结构一致。然而，计算出的结构#1的最大偏差异常大。但是，对结构#1 - 3计算的dp4类型概率表明，结构#1是最可能的(如图4所示)。注意，与结构#1非常相似的结构#2被化学位移预测拒绝了，因为总体平均偏差要大得多。

图4. 排名前三的结构#1-3的可能性计算结果

结构#2，如下所示，清楚地说明了最大偏差大的原因。

根据文献^[1]中的NMR数据表格，用红色标出的碳的实验化学位移为110.10 ppm，但预测的化学位移为125.74 ppm。然而，与文献^[1]中所有其他类似化合物的化学位移相比，我们发现在所有情况下，碳原子都出现在127ppm左右。所以，这篇文章很有可能是印刷错误，这个碳的化学位移被误写成110.10 ppm，而它的化学位移应该是和其他化合物一样在127ppm左右。如果在程序中输入修正值127ppm，就像在结构3中一样，我们看到碳原子现在用绿色突出显示，证实了结构的合理性。

总之，ACD/Structure Elucidator证实了化合物isatisindigoticanine I的正确结构，并发现文献^[1]中可能出现NMR数据的错误。