海洋天然产物双吲哚类生物碱 damirine B 的结构解析

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概述

双吲哚类生物碱的吲哚咔唑家族是众所周知的一类天然产物。它最著名的成员是staurosporine，一种属于吲哚[2,3‐a]咔唑结构类的蛋白激酶C抑制剂。到目前为止，其他一些吲哚[2,3‐a]咔唑已经被分离和鉴定。然而，仅有少量的其他吲哚咔唑异构体被报道。Gustafson et al ^[1]研究了海洋海绵Damiria sp.的一种提取物，它属于一个有待研究的属。其中分离到两种新的生物碱，分别为damirine A和B。他们的结构是通过全面的核磁共振波谱研究来阐明的，对于damirine B(结构如图1所示)，还应用到了LR-HSQMBC光谱。这是一个长程异核相关实验，专门用于检测非常低的耦合常数，因此对于质子缺乏的结构是非常有用的。

Damirine B是一种棕色粉末，通过(+)‐HR-ESI-MS测量发现其分子式为C₁₉H₁₂N₄O。骨架原子与氢的比例是2，表明分子高度缺氢。为了阐明其结构，记录了¹H、¹³C、¹H-¹H COSY、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹³C HMBC、¹H- ¹⁵N HSQC、ROESY和LR-HSQMBC光谱。

作者^[1]在二维核磁共振谱中观察到的关键关联如图2所示。

如果不使用LR-HSQMBC谱，应用ACD/Structure Elucidator软件来阐明这样一个具有挑战性的结构是很有趣的。因此，我们将表1中的光谱数据输入到ACD/SE软件中。

通过ACD/SE软件自动生成的分子连接图(Molecular Connectivity Diagram，MCD)如图3所示。

图3. 分子连接图

在本案例中，绿色和蓝色箭头分别表示HMBC和COSY相关性(2-3个键和1个键)。sp2杂化的碳原子被软件显示为紫色，而非sp (sp3或sp2)的原子显示为浅蓝色。

我们没有对MCD进行手动编辑。软件对MCD的一致性进行检查，没有发现矛盾，软件进行严格的结构生成，然后13C化学位移预测和谱图过滤会自动在后台执行。结果生成了133,526个结构，经过谱图过滤规则，剩下28个结构，最后剔除重复的结构，剩余6个结构。所需的时间为tg= 1分钟10秒。实际上，添加LR-HSQMBC关联后，在结构数量和计算时间方面给出了完全相同的最终结果，这表明问题已经被现有数据充分约束。

ACD/SE软件采用了三种算法(加和算法、HOSE算法和神经网咯算法)进行¹³C谱化学位移预测。这些结构按平均偏差的递增顺序排列。图3显示了排名前三的结构。

图3. 排名前三的结构

我们看到最佳结构与作者^[1]确定的damirine B结构一致。由于计算出的结构#1和#2的平均偏差相差不大，因此需要用其他方法来确认第一个结构的合理性。所以，我们可以使用ROESY获得的相关性来辅助验证(见图4)。

图4.  1H化学位移归属的结构列表。红色箭头表示作者[1]观察到的ROESY相关性。

很明显，在结构#2中，信号为8.56 ppm和11.56 ppm的质子之间的ROESY相关性是不可能的，这进一步支持了结构#1的合理性。结构#1的化学位移归属如下所示:

总之，我们证明了在不使用LR-HSQMBC数据的情况下，一个缺氢分子的正确结构可以在一分钟内完全自动地鉴定出来。当然，LR-HSQMBC实验已经被证明对解决其他结构非常有帮助，因此它的价值不应受到质疑。