从Cnidoscolus aconitifolius（Chaya）中分离出的taraxerone的构象分析及核磁共振数据归属

《Magnetic Resonance in Chemistry》：Conformational Analysis and NMR Data Assignment of Taraxerone Isolated From Cnidoscolus aconitifolius (Chaya)

首次从恰亚叶中分离纯化塔拉泽酮，通过2D NMR实验、GIAO计算及NBO分析完成其1H和13C NMR数据完整归属，结合构象分析、变温NMR及X射线晶体学，阐明其立体电子效应与构象动态，确认椅式构象为主。

　　本次研究报道了从墨西哥尤卡坦州梅里达市的“Dzitya”地区采集的“chaya”（学名：*Cnidoscolus aconitifolius*）植物叶片的异丙醇提取物中首次成功分离出一种天然产物——**Taraxerone**（塔拉克森酮）。这一成果不仅填补了该化合物在天然产物研究中的空白，还为该化合物的核磁共振（NMR）数据提供了完整的解析。Taraxerone 是一种五环三萜类化合物，具有在第3位的酮基团。尽管它曾在其他植物中被发现，但从未有研究对它的 NMR 数据进行完整的解析。为了完成这一任务，研究团队采用了多种方法，包括二维核磁共振实验、自旋模拟和计算方法，从而获得了其结构信息，并揭示了其在溶液中的立体电子行为。

在研究过程中，首先通过植物材料的提取和纯化，得到了 Taraxerone 的纯品。随后，通过综合的光谱分析手段，包括核磁共振、质谱（MS）、红外（IR）光谱、旋光度和熔点测定，确认了该化合物的结构。这些结果进一步通过单晶X射线衍射得到了验证，为该分子的三维结构提供了精准的解析。通过对 NMR 数据的详细分析，研究团队将氢核共振信号划分为六个自旋系统（SSs），利用氢-氢之间的耦合关系（J 耦合）来区分不同区域的化学环境，并通过氢-碳之间的相关性，进一步确定了碳核的共振位置。这种策略在二维实验（如 HSQC 和 HMBC）中得到了支持，使得对分子结构的解析更加可靠。

在解析过程中，二维 COSY-45 实验提供了重要的信息，帮助识别了氢原子之间的相邻（vicinal）和对称（geminal）耦合关系。通过观察交叉峰的正负倾斜，研究团队能够判断氢核之间的相对位置和耦合方向。然而，由于信号重叠，某些复杂区域的解析变得更具挑战性。为了克服这一困难，研究团队采用了 ROESY 实验，进一步验证了自旋系统之间的连接关系。同时，利用实验获得的 J 值和分子构型分析，帮助区分了 α 和 β 方向的氢原子。通过计算方法，如 GIAO（gauge-including atomic orbital）计算，研究团队不仅得到了 J 值，还通过自旋模拟软件（如 SpinWorks 和 MestReNova）进一步验证了这些数据的准确性。

研究团队还对 Taraxerone 的构型进行了详细分析，发现其环 A（Ring A）存在两种主要的构型：椅式（chair）和扭曲船式（twisted boat）。这两种构型在溶液中通过 Boltzmann 分布共存，而椅式构型在固态下更为稳定。通过对温度变化的实验，研究团队进一步观察到这些构型在不同温度下的行为差异。温度降低时，H-2_ax 的化学位移变化方向与其他氢原子相反，这一现象被认为与氢原子与酮基之间的超共轭作用有关。通过 NBO（自然键轨道）计算，研究团队进一步验证了这一立体电子效应，即 Perlin 效应，表明氢原子与氧原子之间的超共轭作用显著影响了 J 值的变化。

此外，研究团队还对 Taraxerone 的同位素化学位移（¹Δ^12/13C（¹H））进行了分析，进一步支持了其构型的稳定性。通过将实验数据与计算结果进行比较，研究团队发现椅式构型在较低温度下占据主导地位，而扭曲船式构型则在某些情况下可能引起结构变化。这些数据不仅帮助明确了分子的立体构型，还揭示了其在溶液中的动态行为。通过热图和散点图的可视化分析，研究团队发现椅式构型与 XRD（X射线衍射）结构之间具有高度相关性，而扭曲船式构型则对某些二面角的变化产生了影响。

研究团队还探讨了氢原子与碳原子之间的耦合常数与温度变化的关系。通过对不同氢原子的化学位移变化（Δδ/°C）进行分析，发现某些氢原子（如 H-2_ax）的化学位移变化方向与其他氢原子相反，这可能与它们在分子结构中的特殊位置有关。例如，H-2_ax 与酮基的超共轭作用显著，导致其化学位移随温度变化而发生特定的偏移。这一现象不仅与 Perlin 效应相关，还通过 NBO 分析得到了进一步支持，表明某些氢原子的自旋方向与电子密度的变化之间存在紧密联系。

为了进一步验证这些发现，研究团队还进行了不同实验方法的比较。例如，通过 GIAO 计算得到的 J 值与实验测量的 J 值之间表现出较高的相关性，而使用 HLA（Haasnoot–de Leeuw–Altona）方程计算的二面角则与实验数据之间存在一定的偏差。这表明虽然 HLA 方程在某些情况下能够提供合理的预测，但在涉及复杂立体电子效应的情况下，GIAO 计算更为准确。此外，研究团队还通过计算方法对 Taraxerone 的构型进行了优化，并与实验数据进行了对比，进一步确认了椅式构型的稳定性。

通过这一系列实验和计算方法的结合，研究团队不仅完成了 Taraxerone 的完整 NMR 数据解析，还揭示了其在溶液中的构型动态变化。这些发现为理解该化合物的立体电子行为提供了新的视角，并为未来的研究提供了可靠的结构指纹。同时，研究团队还通过热图和散点图的分析，进一步揭示了不同构型之间的相关性，表明在特定条件下，某些构型可能对分子的化学行为产生更大的影响。

综上所述，本研究通过一系列科学手段，成功从 chaya 植物中分离出 Taraxerone，并对其结构进行了详细的解析。这些发现不仅有助于进一步理解该化合物的化学性质，还为天然产物的结构研究提供了新的方法和思路。研究团队的成果为未来的植物化学和药物开发提供了重要参考，并为 NMR 数据库的构建提供了新的数据支持。