微生物来源天然产物pseudochelin A的结构解析

Sonnenschein 等 [1] 对杀鱼假交替单胞菌(Pseudoalteromonas piscicida) S2040 进行了研究。在进一步通过反相高效液相色谱（HPLC）纯化之前，作者通过反相固相萃取（SPE）对杀鱼假交替单胞菌 S2040 的粗提取物进行分离，最终得到化合物pseudochelin A（1）—— 一种含有 4,5-二氢咪唑结构侧链的新型铁螯合剂。

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根据高分辨电喷雾离子化质谱(HR-ESI-MS)以及一维、二维NMR数据，作者确定了pseudochelin A的结构。pseudochelin A的高分辨电喷雾离子化质谱显示一个相对分子质量为386.172的质量峰[M+H]+(与C20H24N3O5计算值的偏差为0.5 ppm)，由此推断其分子式为C20H24N3O5。为了检验“ACD/ Structure Elucidator suite软件的能力，我们将文献[1]公开的pseudochelin A的1H 、13C、HSQC、HMBC和COSY谱数据(表1)导入到该软件进行计算分析。

表1. pseudochelin A的NMR数据[1]

ACD/ Structure Elucidator软件自动生成的分子连接图(MCD)如图1所示。

图1. pseudochelin A的分子连接图

碳原子的杂化方式用相应的颜色标记：sp2 - 紫色，sp3 - 蓝色，非sp（sp3或sp2）- 浅蓝色。标签“fb”表示：禁止与杂原子相邻的碳原子。HMBC连接用绿色箭头表示，而COSY连接用蓝色箭头表示。

在此，我们没有对分子连接图（MCD）进行人为编辑。通过软件自动检查HMBC和COSY数据中是否存在矛盾，发现数据是一致的。因此，我们通过软件进行了严格的结构生成，接着进行13C化学位移预测和结构过滤。

结构数量：k = 212 →（结构过滤）→ 36 →（去除重复）→ 36

计算时间：tg = 1.5 s

然后，对所有36个结构进行了13C化学位移预测，使用了三种经验方法（基于HOSE算法、神经网络算法、增量法），并将输出文件按平均化学位移偏差的递增顺序进行排名。

排名前九的结构如图2所示。

图2. ACD/Structure Elucidator软件生成的排名前九的结构。

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。每个原子都用颜色标记以显示其实验值和计算值13C化学位移之间的差异。绿色表示差异在0到3 ppm之间，黄色表示大于3到15 ppm，红色表示大于15 ppm。

图2显示，结构1与文献[1]中确定的pseudochelin A的结构相同。该结构中的所有原子都是绿色的，这意味着使用HOSE算法计算的每个碳原子的化学位移偏差都不超过3ppm(见表1)。我们的经验表明，一个完全“绿色的结构”通常意味着其有效性。同时，结构2-4的平均偏差和最大偏差的值可以认为是可以接受的。因此，假设这四种结构的可能性相同，我们进一步计算了它们的经验DP4概率。结果如图3所示。

图3. 结构#1 - #4计算的DP4概率

我们可以看到，结构#3和#4可以被自信地排除，而结构#1是最有可能的。虽然基于增量法的计算，结构#2的DP4I(13C)=99.96，但是相对于Structure Elucidator软件中其他两种化学位移预测方法，增量法的准确性最低。与此同时，结构#2是结构#1的互变异构体。根据CASE生成的结构评估方法[2-3]，对两个互变异构体进行基于DFT的化学位移预测将是有趣的。作者[1]已经这样做了，他们发现基于回归系数值，13C实验和计算化学位移值之间的相关性在两个结构之间没有显示出任何显著差异。

归属上13C化学位移的结构#1如下所示：

因此，这个具有挑战性的pseudochelin A结构（含有8个杂原子，包括3个氮原子和5个氧原子）在短短1.5秒内就被ACD/Structure Elucidator软件成功地自动解析出来。

参考文献：

Sonnenschein, E. C.; Stierhof, M.; Goralczyk, S.; Vabre, F. M.; Pellissier, L.; Hanssen, K. Ø.; de la Cruz, M.; Díaz, C.; de Witte, P.; Copmans, D.; Andersen, J. H.; Hansen, E.; Kristoffersen, V.; Tormo, J. R.; Ebel, R.; Milne, B. F.; Deng, H.; Gram, L.; Jaspars, M.; Tabudravu, J. N. (2017).  Pseudochelin A, a siderophore of Pseudoalteromonas piscicida S2040. Tetrahedron, 73, (18), 2633-2637.

Buevich, A. V.; Elyashberg M. E. (2016). Synergistic combination of CASE algorithms and DFT chemical shift predictions: a powerful approach for structure elucidation, verification and revision. J. Nat. Prod., 79(12), 3105–3116.

Buevich, A.V.; Elyashberg M. E. (2018). Towards unbiased and more versatile NMR-based structure elucidation: A powerful combination of CASE algorithms and DFT calculations. Magn. Reson. Chem., 56, 493–504.