倍半萜类化合物Nordine的结构修正

倍半萜是一类在生物系统中发挥重要作用而广为人知的化合物，它们广泛存在于许多植物和微生物中。倍半萜以其复杂的化学结构和各种生物活性著称。其中，蛇麻烷型倍半萜，又称葎草烷型倍半萜，作为单环倍半萜的一种，是 1 个由十一元碳环和 4 个角甲基组成的天然萜类化合物群。鉴于这类化合物的结构多样性，准确确定其化学结构和避免错误常常面临挑战。然而，为了正确阐明这些化合物的生物效应，正确鉴定其化学结构则尤为重要。为实现这一目标,研究人员已经运用了各种技术手段，包括计算化学、结构衍生化、NMR波谱技术、X射线晶体学以及生物合成途径研究等。

2012年，Husain等[1]报道了一种名为Nordine的新型大环萜烯类倍半萜化合物，该化合物从波罗花叶树(Anaxagorea javanica Blume)的根中提取分离获得。

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研究人员基于1D和2D核磁共振（NMR）、红外光谱（IR）以及高分辨电子轰击源质谱（HR-EI-MS）数据的分析，推测Nordine在C-10和C-6之间存在一个醚桥联的双环结构,，并在C-2处连接一个羟基。

2022年，Tavares等[2]也分离得到了该化合物。通过高分辨率电喷雾质谱（HR-ESI-MS）确定其分子式为C15H26O3，与文献[1]中描述的Nordine相同，结构1的1D和2D核磁共振（NMR）数据也相一致。然而，作者[2]注意到碳原子C-6和C-7的化学位移值可能提示另一种醚桥相连方式，因此，他们建议Nordine的真实结构为2：

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因此，结构1被修正为结构2。这一修正通过文献数据得到了确认，同时通过对其双乙酰基衍生物进行X射线晶体结构分析，进一步加以证实。

通常情况下，当未知化合物的结构复杂且缺乏氢时，最容易推断出错误的结构。然而，Nordine的结构相对较小，同时含有足够的氢原子。因此，我们对于文献[1]的作者为何得出错误结构感到好奇。

考虑到这一点，我们将Nordine的分子式和NMR谱数据(表1)输入到ACD/Structure Elucidator中。

表1. 化合物Nordine的NMR数据

图1. Nordine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(ob)或禁止相邻的(fb)碳原子。HMBC的相关性用绿色箭头标记。

图1显示，大量的HMBC相关(50个箭头)连接了所有碳原子。使用ACD/Structure Elucidator程序检查MCD中是否存在矛盾(是否存在长度>3个化学键的非标准相关)，程序报告HMBC数据一致。然后，我们选择“strict structure generation”选项进行严格结构生成，在此过程中，软件会同时进行13C化学位移预测和结构过滤。结果，软件在0.5秒内生成了6个结构。使用ACD/Structure Elucidator中的三种方法对所有结构进行13C化学位移预测，并根据计算值与实验值的平均偏差的增序对结构进行排名。排序后的输出文件如图2所示。

图2. 排序后的结构输出结果

ACD/SE使用基于HOSE算法、神经网络算法和增量法进行了13C化学位移预测。这些方法确定的13C化学位移的平均偏差分别用dA、dN和dI表示。每个原子的颜色表示其实验值和计算值之间的差异。绿色表示差异在0到3 ppm之间，黄色表示3到15 ppm，红色表示大于15 ppm。

图2显示，修正后的结构2被排名第一，而原始结构1位于第四位。对结构 #1~ #4进行DP4概率计算确认了修正结构2的合理性。

值得注意的是，所有生成的结构完全满足所有HMBC相关性，其合理概率只能基于核磁谱图预测进行评估。我们认为，在这种情况下，作者[1]之所以结构解析错误，应该是未能同时分析大量的二维相关导致。CASE方法的优势在于程序将所有相关性保存在内存中，并从初始信息进行所有可能结构的逻辑推断。显然，如果作者[1]在结构阐明过程中使用了ACD/Structure Elucidator软件，或者至少使用了ACD/NMR Predictors软件，他们很可能会避免结构错误的发生。

参考文献：

1、Husain, K.; Zakaria, S. M.; Lajis, N. H.; Shaari, K.; Ismail, I. S.; Israf, D. A.; Paetz, C. (2012). Phytochem. Lett., 5, 788–792.

2、R. S. de Andrade, K. A. Sales, L. S. Abreu, V. R. Campos, F. M. dos Santos Junior, R. Braz-Filho, M. T. Scotti, J. F. Tavares, M. S. da Silva. (2022). Structure Revision of the Sesquiterpene Nordine Based on NMR Spectroscopic Analysis and X‑ray Crystallography. J. Nat. Prod., 85, 2480−2483.