2022-11-16 07:56:35, 编译| 胡炽文 Advanced Chemistry Development, Inc. (ACD/Labs)
本次ACD/Structure Elucidator (ACD/SE)的应用案例来自M. Elyashberg等发表的文章[1],该文主要是对一些已发表的天然产物结构进行结构纠正(基于化学规则重新鉴定归属天然产物结构)。本案例是该文中的其中一个例子。
Kim等[2]从海风藤中分离出一种新的新木脂素化合物——piperkadsin C(1),并通过HRMS和NMR谱(1H, 13C, HSQC, HMBC)阐明了其结构,如下图所示:
1
化合物1是一种胶状物质,在快原子轰击质谱(FAB-MS)正离子模式下,观察到准分子离子峰为340 [M]+,通过高分辨快原子轰击质谱(HR-FAB-MS)确定1的分子式为C20H20O5([m+H]+的m/z为340.1315 ,计算值为340.1311)。
然而,他们随后发文对该结构进行了修正[3]。在FAB-MS正离子模式下,观察到的分子离子峰为357[M+H]+,通过HR-FABMS确定化合物的分子式为C20H20O6([m+H]+的m/z为357.1335 ,计算值为357.1338)。
因此,作者对piperkadsin C的结构修正为2,如下图所示:
2
正如我们所看到的,修正后的分子式中多了一个氧。有趣的是,在这两种情况下,计算和测量的分子量都非常准确。
为了验证修改后的结构2是否正确,我们将文章[3]中的NMR波谱数据输入ACD/ structure Elucidator软件(见表1)。
表1. 结构2的NMR数据
首先,我们按照文章[3]报道的NMR数据,将13C化学位移数据在结构2上进行了归属,并使用ACD/Structure Elucidator的三种算法(HOSE算法、增量法、神经网络算法)进行13C化学位移预测。结果如图1所示。
图1.结构2的13C化学位移预测结果
ACD/SE分别基于HOSE算法,神经网络算法和增量法进行了13C化学位移预测,平均偏差分别表示为dA、dN和dI。如图所示,结构2中原子通过不同颜色标注,表示其实验和计算出的13C化学位移之间的偏差。绿色代表0到3ppm之间的偏差,黄色代表3到15ppm,红色代表> 15ppm。红色箭头表示非标准HMBC相关(NSC)—长度超过3的相关。
如图1所示,我们看到结构2的13C化学位移平均偏差很大,这提示该结构是有问题的,另外,该结构包含4个4键长度的非标准相关(NSC)。接下来,我们通过ACD/SE软件验证该结构,基于表1中的核磁数据创建了一个分子连接图(MCD),其中,我们根据图1中显示“绿色的片段”(经13C预测确认),在MCD图中进行了预先定义,此外,位于197.2 ppm的碳原子定义为羰基(如图2所示)。
图2. 结构2的分子连接图(MCD)
碳原子的杂化状态通过不同的颜色标记:sp2—紫色,sp3—蓝色,非sp (sp2或sp3)—浅蓝色。标签“ob”和“fb”分别表示:必须为与杂原子相邻是的(ob)或禁止相邻的(fb)碳原子。HMBC的相关性用绿色箭头标记。
由于结构2包含4个非标准HMBC相关(NSCs),我们勾选"Fuzzy Structure Generation "进行结构生成,选项如下:承认存在4个长度未知的NSCs,结构生成过程中计算13C化学位移,关闭结构过滤选项,以确保结构2被程序保留下来。
结果:k =667→(去除重复结构)→606, tg = 44 s。
使用三种算法进行13C化学位移预测后,输出的结果按照dA平均偏差的递增顺序进行排列。图3展示了排名前9的分子结构。
图3. 排名前九的分子结构
如图3显示,所有结构的平均偏差和最大偏差都很大,而结构2的排名是第9位。这意味着所有生成的结构(包括修改后的结构2)都是不正确的。我们认为,有可能从用于推导结构1的分子式和NMR数据解析出正确的结构。
因此,我们将文章[2]的NMR数据(如表2所示)输入到ACD/SE中,并与前面的情况一样,对结构1进行验证(如图4所示)。
表2. 结构1的NMR数据
图4. 结构1的验证结果
从图4可以发现,结构1的平均偏差和最大偏差都很大,提示该结果是错误的。此外,这种结构违背Bredt规则,由于其不稳定[1]而不可能存在。
通过表2中呈现的NMR数据创建的MCD图,如下所示:
图5. 由推导结构1的NMR数据创建的MCD图
与前一种情况一样,选择模糊结构生成,关闭了结构过滤。
结果:k = 6, tg = 6 m 50 s。
输出结果如下图所示。
图6. 排序后的结果
我们看到,排名靠前的两个结构——#1和#2是很相似的,不同的只是OH和O-CH3基团的位置。原结构1排在了第5位。我们随后使用参考文献[4]推荐的方法,基于DFT方法对结构#1和#2进行13C化学位移预测。结果表明,结构#2是更合理的,平均误差为1.08 ppm。结构#1的平均误差值为2.17 ppm。
因此,我们联合应用ACD/SE的CASE方法和基于DFT的化学位移预测方法进行分析,最终确定了piperkadsin C的正确结构。
参考文献:
1、Elyashberg, M.; Novitskiy, I. M.; Bates, R. W.; Kutateladze, A. G.; Williams, C. M. (2022). Reassignment of Improbable Natural Products Identified through Chemical Principle Screening. European Journal of Organic Chemistry, e202200572. https://doi.org/10.1002/ejoc.202200572
2、K.H. Kim, J. W.Choi, S. K. Ha, S.Y. Kim, K. R. Lee. (2010). Neolignans from Piper kadsura and their anti-neuroinflammatory activity. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 20, 409–412.
3、K.H. Kim, J. W.Choi, S. K. Ha, S.Y. Kim, K. R. Lee. (2010). Corrigendum to ‘‘Neolignans from Piper kadsura and their anti-neuroinflammatory activity”. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 20, 3186–3187.
4、A. V. Buevich, M. E. Elyashberg. (2016). J. Nat. Prod., 79 (12), 3105–3116.
06-27 福立仪器
好礼来袭 | 分享您身边的特洁安身影06-27
大盘取厚势 落子开新局:战略聚焦开启品牌发展新篇章——访Veralto大中华区总裁秦晓培06-27 星羽
实验操作 | 质粒构建、转化、提取、鉴定、转染、测定(完整版)06-27 小 M
有投必奖 | 大家都用 MCE 产品做了啥? (感染领域)06-27 小 M
科研助攻 | 一文讲清:如何破解 PPI 靶点成药难题06-27 小 M
干货分享 | 谈谈天然产物的改构策略06-27 小 M
玉研口鼻暴露系统 | 精准、可控、高通量的动物肺部疾病造模工具,助力创新药物研发06-26 玉研仪器
高分离 高灵敏 高通量——福立液相LC5190重新定义分离需求06-26 福立仪器
医药行业指南:电位滴定仪选型攻略来啦~06-26
屹路同行 悦启新程06-26 屹尧科技
徕卡精准空间生物学解决方案 第四弹06-26 童昕、南希
【直播预告】第一届大湾区生物电镜制样讲习班06-26 徕卡显微系统
徕卡常规显微镜历经严苛的ISO9022标准测试06-26 徕卡显微系统
Viventis LS2 Live 光片显微镜发布会06-26 徕卡显微系统
前沿应用 | 经皮无创血糖检测中葡萄糖拉曼峰直接观测06-26 鉴知技术
SNEC光伏展圆满落幕 | OTT HydroMet闪耀时刻精彩回顾06-26 OTT HydroMet
激光指向稳定在光刻系统应用中的关键作用,及其优化方案!06-26 圈内人都会关注
推陈出新!通微公司携新品亮相本届CPHI06-26 Unimicro
远离氟污染!开启无氟接触前处理技术新篇章06-26