量子化学计算与各向异性核磁方法在“一科一属”植物复杂天然产物结构确证中的运用

The unambiguous determination of chemical structures of natural products is extremely important, because it provides a basis for carrying out the follow-up research. In recent years, the reports on “the structural revision of natural products” are ever-increasing, and this situation manifests that there is still much room for the improvement of current techniques for structure elucidation. Meanwhile, our research group has been investigating the secondary metabolites of Schisandraceae species and Isodon species for decades. As the research progressed, plenty of natural products with complex structures and diverse scaffolds have been continuously discovered from the two plant taxa, and the great challenges in their identification claims the introduction of more novel techniques for structure determination. Under this circumstance, the current project will deeply explore the applications of two important techniques, namely, quantum chemical calculation and anisotropic NMR methods, which will be employed not only in the structure elucidation of newly-discovered complex molecules in our research group, but also in the structural re-examination of previously reported molecules; Moreover, conformational deconvolution research will also be undertaken in this project in order to draw more attention on the conformational aspects of natural products, instead of mere constitutional and configurational ones as in conventional practices. In summary, the project will introduce more tools into the “toolbox” for the structure elucidation of complex natural products from Schisandraceae and Isodon species, thus guaranteeing the structural correctness in the compound library of our research group. On the other hand, the research content of this project will have reference value for similar studies in natural product chemistry community.

天然产物化学结构的正确鉴定是开展后续研究的重要基础。近年来，有关“天然产物结构纠正”的报道频繁出现，表明当前结构解析的技术方法仍有待不断提升。同时，申请者所在研究组长期开展五味子科与香茶菜属植物的次生代谢产物研究，随着研究的不断深入，有大量结构复杂、类型丰富的天然产物持续被发现，这不仅对其结构鉴定提出了挑战，也对新颖结构鉴定方法的引入提出了强烈需求。基于以上，本项目拟对量子化学计算与各向异性核磁两种方法展开深入探索，并将其运用于“一科一属”植物复杂天然产物的结构确证及已发表化合物的高通量结构检验；此外，本项目拟通过开展“构象去卷积”研究将以往对天然产物构造及构型的关注进一步延伸至对构象的关注。综上所述，本项目将有助于拓展“一科一属”复杂天然产物结构解析的工具箱，以此保证研究组化合物库内分子结构的正确性；同时，以上研究内容也将对本领域相关研究工作具有一定的参考与借鉴意义。

天然产物化学结构的正确鉴定是开展后续研究的重要基础。近年来，有关“天然产物结构纠正”的报道频繁出现，表明当前结构解析的技术方法仍有待不断提升。本项目以“一科一属”植物来源的复杂天然产物作为主要研究对象，对量子化学计算与各向异性核磁两种结构方法展开了深入探索。通过综合运用上述方法，共辅助确证了35个“一科一属”植物及其内生真菌来源的复杂天然产物的化学结构。并运用量子化学计算方法对五味子科植物来源的所有已报道五味子降三萜类化合物（289个）进行了原定结构的重新检验，目前已对10个五味子降三萜进行了结构纠正。此外，通过开展“构象去卷积”研究，进一步认识了各种核磁参数在构象研究中的优势与局限性，对于进一步开展构象相关研究提供了有价值的信息。最后，该项目初步建立了“鉴定错误天然产物”数据库，收录了2010年后被纠正结构的天然产物。通过上述研究，在J. Nat. Prod.，Bioorg. Chem.，Chin. J. Nat. Med.等期刊共发表相关论文12篇，其中SCI论文11篇。除既定研究目标外，还进行了两方面重要的延伸：（1）为了应对上述研究中所涉及的大量计算模拟，且考虑到现有的自动化计算脚本/程序并不能满足研究需要，该项目撰写及不断完善了一系列数据处理脚本，目前仍在不断将这些脚本进行优化整合，以实现计算流程的自动化；（2）为了解决上述方法使用中所遇到的谱图重叠等问题，进一步探索了PSYCHE、PSYCHEDELIC、GEMSTONE-NOE等多种高级核磁共振方法。.综上所述，通过该项目的实施，完成了项目既定考核指标，同时拓展了“一科一属”复杂天然产物结构解析的工具箱，对保证研究组化合物库内分子结构的正确性具有重要意义，并对本领域相关研究工作具有一定的参考与借鉴意义。.