运用遗漏买彩票:ECD計算輔助鳶尾醛類化合物絕對構型確證

ECD計算輔助鳶尾醛類化合物絕對構型確證

  研究者通過提純分離技術從鳶尾花(Iris tectorum)的根莖中獲得了四個具有從未報道過的α-松油醇結構的鳶尾醛類(iridals)化合物A-D。使用HRESIMS、UV、IR和NMR技術等一系列技術,研究者們確認了化合物的化學結構,又根據NOESY譜,進一步確定其相對構型。然而,由于化合物包含了太多手性中心,通過文獻報道的X衍射分析、化學降解、生物合成通路分析以及改進的Mosher方法,研究者們僅確定了大多數手性中心的絕對構型。而針對該全新α-松油醇結構的X射線衍射晶體測定實驗不成功,C16和C23兩個手性中心的絕對構型就成了謎團。為此,研究者們求助于量化計算電子圓二色譜(ECD)與實驗數值的比較分析[1]。

  如今,這一計算輔助確證化合物絕對構型的技術已成為當今流行的方法。計算ECD譜輔助化合物絕對構型確證的思路很簡單,即通過比較各構型計算得到的ECD譜與實驗ECD譜,圖譜最吻合的構型即為化合物的絕對構型。盡管如此,實際操作卻復雜得多。

  讓我們看看計算專家如何通過計算解決這一問題。

  根據實驗數據分析,化合物1(即化合物A)(圖1)的α-松油醇結構部分的相對構型已被確認,為(17S,22R)-1或(17R,22S)-1之一。因此,只要計算其中一種構型的ECD譜,再與實驗圖譜進行比較即可。


圖 1 化合物1的化學結構。

  首先,使用Confab程序對化合物1進行構象搜索(表1)。Confab采用窮舉的方法,可歷遍化合物所有可能的構象。每個構象都計算其能量,根據玻爾茲曼分布律,我們選擇了分布比例大于1%(根據實際情況而定)的構象用于后續ECD光譜計算。
表 1 化合物A的構象搜索結果及玻爾茲曼分布比例。

Configuration Conformation Energy (kcal/mol) Population (%)
(17S,22R)-1 1 127.97717 83.0
2 129.36484 8.0
3 129.61357 5.2
(17R,22S)-1 1 128.68742 71.2
2 129.61404 14.9
3 129.8173 10.6

  然后,對這些構象進行逐步幾何優化,即:(1)在真空中和HF/6-31G理論水平下進行幾何優化;(2)在真空中和B3LYP/6-311G**理論水平下進行幾何優化;(3)在溶液中和B3LYP/6-311G**理論水平下進行幾何優化和振動頻率分析;(4)在相同條件下計算激發態,獲得電子躍遷數據。
最后,使用SpecDis軟件擬合ECD譜,并跟實驗數據對比,從而確定化合物A的絕對構型。在實際操作中,我們還計算了UV譜,利用UV譜的比較結果,輔助ECD譜比較。根據分析結果,化合物1被確認為(17S,22R)構型(圖2)。

圖 2 化合物1的計算與實驗對比ECD譜(A)和UV譜(B)。

  分子軌道分析表明(圖3),ECD譜中210 nm處的科頓效應(Cotton Effect)是由于從MO137到MO139的π→π*電子躍遷引起的。它幫助我們正確識別出計算ECD譜與實驗ECD譜的科頓效應對應關系,也同時加深了我們對ECD譜和化合物結構的認識。

圖 3 ECD譜科頓效應的分子軌道解析。

[1] Chun-Lei Zhang, Yan-Fei Liu, Yan Wang, Dong Liang, Zhi-Bo Jiang, Li Li, Zhi-You Hao, Huan Luo, Guo-Ru Shi, Ruo-Yun Chen, Zheng-Yu Cao, and De-Quan Yu. Polycycloiridals A–D, Four Iridal-Type Triterpenoids with an α-Terpineol Moiety from Iris tectorum. Org. Lett., 2015, 17 (22), pp 5686–5689.