6.10 糖类与天然产物

本节以已学的 COSY、HSQC、HMBC 和 NOE 为基础，练习把复杂分子拆成能够检查的小片段。Duus、Gotfredsen 与 Bock（2000）系统讨论糖结构的 NMR 方法及其限制；其分析思路包括先完成残基内部指认，再确定残基之间的连接。天然产物中也可采用这种逐片段推进的办法，不过支链、季碳和融合环常使连续的氢耦合网络中断。

同一张谱图上的多个接近峰不必属于同一片段。含氧碳上的氢可能集中在相似位移区域，二阶效应又可能掩盖真实耦合。应以交叉峰的两个坐标登记候选连接，用 HSQC 区分重叠氢对应的碳环境，遇到多个可能归属时保留分支。把最显眼的一条线当作全部氢的代表，容易使后面的计数、耦合与空间证据同时偏离。

以已知为 D-葡萄糖、采用 \(^{4}C_1\) 椅式构象的吡喃糖环为教学例。β 异头体的异头羟基为赤道向，H1 为轴向；H2 同样为轴向，因此 H1—H2 的三键耦合对应近似反式双轴关系。α 异头体的异头羟基为轴向，H1 为赤道向，H1—H2 的关系不同，耦合通常较小。这一推理同时使用了糖种、编号、构型与椅式构象，不能省略前提后推广到全部糖。

甘露糖在 C2 的构型与葡萄糖不同，相同椅式前提下 H2 的方向也随之改变，刚才用于葡萄糖的“大耦合对应 β”捷径便失去普适性。呋喃糖的环更灵活，局部二面角还会随构象改变。应沿 H1、H2、H3 等路径检查完整耦合模式，结合空间相关或其他资料确认环模型。单一耦合对角度的限制可能有多解，不能自动给出绝对构型。

游离还原糖的异头中心可经开链形式互变，溶液组成逐渐达到平衡，这种变旋(mutarotation)可使 α、β 两套信号同时出现。它们应有相应的残基指认和积分总量，不能把两套峰直接解释成杂质。异头中心转为糖苷键后，常规变旋途径受到限制；是否发生水解或其他交换，应由条件和时间变化判断。

闭环葡萄糖的 C1 至 C5 各有一个碳连氢，C6 是亚甲基，共有七个碳连氢，尽管只有六个碳。分子式 \(\mathrm{C_6H_{12}O_6}\) 的其他氢可分配到五个羟基。羟基峰在某些溶剂和交换条件下难以观察，七个清晰的碳连氢并不与十二个总氢矛盾。两个异头体若同时存在，会把同一个原子编号分成两套对应信号，不能把十二个碳峰直接当成十二碳化合物。

连接两个已指认糖残基时，要确定提供异头碳的残基与接受取代的羟基位置。例如教学候选 A-(1→4)-B，可以检查 A 的 H1 与 B 的 C4 之间是否有符合糖苷路径的 HMBC，以及 B 的 C4 是否显示与相同条件参照相容的取代位移。A 的局部耦合和空间相关再用于 α、β 判断。互相补充的证据比仅凭某一个含氧碳的位移更可靠。

HMBC 是否出现取决于长程耦合、实验优化和信噪比。一个预期交叉峰缺失，不必立即排除糖苷连接；反过来，重叠区的一个交叉峰也可能有多个坐标归属。应列出替代连接如 1→3 或 1→6，比较它们对多个报告核和相关路径的预期。在连接位置尚未确定时，直接给完整寡糖名称会把未解决的推断隐藏在命名中。

异头中心为季碳的糖，以及脱氧糖、氨基糖等变体，需要调整起点和计数。常规质子检测的 HSQC 无法给不带氢的异头碳一个直接相关，这时可借助碳谱和长程相关。糖种判断还需把甲基、亚甲基、含氧次甲基及其他官能团一并解释；一片密集的含氧氢区域只能提示分析方向，不能单独证明某个单糖。

再检查一个由两个葡萄糖残基脱水形成的教学二糖。分子式为 \(\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11}}\)，不饱和度为二，与两个闭环残基相容。每个残基仍有七个碳连氢，总计十四个；八个剩余羟基提供另八个氢。供体的异头羟基参与糖苷形成，受体连接位置的羟基失去氢，两者与脱去一分子水的计数一致。这种核对还不能指定连接在受体哪一个位点，因为多个位置异构体保留相同分子式。

若受体的异头中心仍为游离半缩醛，它可以变旋；供体已经形成的糖苷异头中心则不因这个过程自动改变构型。因此观测到两套受体异头峰时，应分别追踪受体内部网络，再看供体信号是否受近邻环境影响而分开。不能把受体的两套峰误写成糖苷键同时具有两种构型。该例把化学交换、原子数和连接层级联系起来，也说明分析时必须区分每个残基的异头中心。

试检验一个薄荷醇式连接候选：2-异丙基-5-甲基环己烷-1-醇。环上 C1、C2、C5 为 CH，C3、C4、C6 为 CH₂；异丙基含一个 CH 和两个 CH₃，C5 上另有一个 CH₃。合计四个 CH、三个 CH₂、三个 CH₃，正好十个碳；碳连氢为 \(4+3\times2+3\times3=19\)，加一个 OH 得二十个氢。一个环贡献一个不饱和度，计数闭合。

随后需要实际成键证据支持环链、支链位置和含氧位点。一个含氧 CH 支持醇位点，但与其相邻的 COSY 路径、支链甲基对应的网络以及跨季碳的长程相关，决定具体连接。若另一个连接异构体具有相同碳类型计数，它同样会通过上述算术检查；计数的价值是排除不相容候选，保留相容者接受下一轮检验。

这个例子还说明积分和峰数的区别。三个甲基包含九个氢，却不必出现三个互不重叠的单峰；耦合可产生多条谱线，异丙基的两个甲基也可能处于不同环境。三个亚甲基的六个氢可能成对不等价。登记时按原子或氢位点分配，积分归一化按总量核对，避免拿多重峰内谱线数代替结构中的氢数。

若一个 NOE 支持某桥头氢与已指认甲基接近，它约束的是这个核对在样品条件下的距离和运动平均。需要把它放回完整融合环候选，检验是否与其他接近关系共同相容。NOE 缺失也可能由峰重叠、低信噪比或弛豫条件造成，不能直接换成“两个氢处于异面”。柔性稠环尤其要沿用上一节的系综考虑，避免强制所有观测属于同一个瞬时几何。

文献比对时，先核对编号映射，再比较条件。天然产物数据库中的相同名字可能对应不同盐形式、溶剂、立体表示或指认版本。NP-MRD 的数据协议区分实验数据与预测、模拟等资料；引用某条记录前，应保留类型标签并检查它提供的是原始数据、处理谱还是峰表。预测条目与当前预测吻合不能算两条独立实验支持。

最后的结构报告可以写成可检查的三段判断：哪些 COSY、HSQC、HMBC 支持某个连接；哪些耦合和空间关系排除哪些相对构型；绝对构型依据是否充分。对暂时未分配的氢和不能区分的构型保留编号与候选，不以天然产物名称代替证据。下一节把相同思路用于杂环、肽及大环，其中质子化、酰胺转动和更大的构象自由度会增加条件依赖。