海百合是一种古老的海洋棘皮动物，科学家在海百合中发现几种类型的聚酮类色素，包括蒽醌类、萘醌类、双蒽醌类和邻蒽醌类， 正是这些色素赋予了海百合色彩斑斓的外表。它们也被用作某种针对鱼类的化学防御，其中一些在生物医学实验中也表现出体外活性。
Lum等[1]对从大堡礁不同地点采集的样本进行了研究。通过UHPLC-MS分析，结合数据库检索，分离并鉴定了一系列新的牛磺酸蒽醌类化合物，其中包括Comatulin A(1)。
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在本次ACD/Structure Elucidator(ACD/SE)软件的结构解析案例中，我们将利用文献[1]报道的化合物1的NMR谱图数据(如表1所示)，进行CASE算法的从头解析。
Comatulin A(1)的样品为红色非晶型粉末，经HR-ESI-MS分析，分子式为C20H19NO10S，分子量为m/z 464.0643 [m−H]−，不饱和度等于12。质谱数据表明有SO3H结构片段的存在。该化合物的分子量虽然不大，但含氢量非常低：骨架原子与氢原子的比例是1.7。在结构1中，一个“沉默碎片”的碳原子从氢中被剥夺，用红色标记。
表1. 化合物1的NMR数据
首先，我们将谱图数据输入到ACD/SE软件中。我们把文献[1]中报道较弱的两个HMBC相关性的长度设为2-4个键长。程序根据这些信息自动生成分子连接性图(MCD)。图1展示了一个经人工编辑后的MCD图。
图1. MCD分子连接图。
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。
MCD概述
MCD中包含6个淡蓝色的碳原子，表示其杂化状态尚不能确定。SO3H结构片段是人工绘制添加的。130.60 ppm处的碳原子在HMBC谱中没有相关性。我们假定在161.20 - 201.60 ppm化学位移区间内的七个碳原子至少与一个氧原子(标号ob)相连。在结构生成过程中，会有5个自由的氧原子被纳入到结构中。有了这些初始数据，并考虑到氢的不足，可以预期结构的生成将需要很长的时间。
软件会对MCD的一致性进行检查，发现HMBC和COSY谱中的数据存在矛盾，非标准相关性的最小数目为1。因此，模糊结构生成(Fuzzy Structure Generation，FSG)在自动设置选项的情况下开启。为了减少生成的结构的数量，我们禁止含有四元环的结构生成(因为这类结构在天然产物中很罕见)。软件在结构生成国中会同时进行13C化学位移预测(使用增量方法和神经网络算法)，并结合谱图信息过滤， 结果如下:
k = 646,818→(谱图过滤)→13→(重复去除)→13,
tg(计算时间)=1 h 34 min
然后，软件会对输出的结构进行基于HOSE算法的13C化学位移预测，输出文件按实验化学位移与计算化学位移的平均偏差dA(13C)从小到大排序。图2显示了输出文件的三个排名最高的结构。
图2. 输出文件的三个排名靠前的结构
我们看到最佳结构与文献[1]报道的Comatulin A的结构一致。然而，以上解决该结构问题所花费的计算时间相对较长(超过1.5小时)。如果我们在信息输入的阶段，通过人为经验判断，加入一些明显的结构信息，将会大大减少软件的计算时间。为此，我们在MCD中绘制了三个羰基键，如图3所示。
图3. 人为添加了3个羰基结构信息后的MCD图
基于图3所示MCD，ACD/SE软件启动的FSG选项后，运行的结果如下：
k = 8372→(谱图过滤)→13→(重复去除)→12
tg(计算时间) = 18秒。
图4显示了三个最佳的结构。
图4.用编辑后的MCD计算得到的三个最佳结构。
对比图2和图4可以看出，两个解决方案所得到的结果非常相似，而第二个解决方案的计算时间仅仅是第一个方案的1/300。这个例子表明，通过人为的经验，添加一些明显的结构信息或者连接限制，可以大大加快软件结构生成的过程。然而，需要注意的是，用户只有在很确定的情况下才建议添加额外的信息。不然一个错误的信息往往会导致软件计算得到一个错误的结果。在本次案例中，我们假设所有化学位移超过180ppm的碳都是羰基是非常安全的。
Comatulin A的结构以及归属的13C化学位移信息如下所示( 红色箭头表示FSG延长了COSY的相关性)。
参考文献：
1、K. Y. Lum, A. C. Taki, R. B. Gasser, I. Tietjen, M.G. Ekins, J.M. White, R. S. Addison, S. Hayes, J. St John, R. A. Davis. (2020). Comatulins A−E, Taurine-Conjugated Anthraquinones from the Australian Crinoid Comatula rotalaria. J. Nat. Prod., 83 (6), 1971-1979, DOI: 10.1021/acs.jnatprod.0c00267
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