絕對構型的判定一直是天然產物結構鑒定中的一大難點，因此發展新型測定絕對構型的方法具有十分重要的意義。近年來，隨著量子化學計算的發展，含時密度泛函理論ECD(TD-DFT ECD)技術逐漸成為化學家用于判定天然產物絕對構型的一種有力手段。根據適用對象的差別，該技術可分為固態TD-DFT ECD計算與液態TD-DFT ECD計算兩種方法。兩種方法在應用中均十分直觀、明了，簡言之是將實測ECD譜圖與計算ECD譜圖進行比對，二者吻合度越高則判定結果越可靠。
TD-DFT ECD的計算主要經歷三個步驟：
1、對待定化合物進行構象分析，一般先根據NMR譜圖確定待定化合物的相對構型，從而將可能的絕對構型限定為兩種，選取其中一種作為假定的目標構型。具體步驟如下：首先采用Merck分子力場(Merck molecular force field，MMFF)法進行構象分析，得到相對低能量的構象。再用密度泛函理論(density functional theory，DFT)進行結構優化，得到各構象的玻爾茲曼熱力學分布，算出每個構象的布居數，選取其中對ECD譜圖的計算貢獻較大的優勢構象進入下一步計算；
2、對得到的每個構象都進行TD-DFT ECD計算得到預測的ECD譜圖。首先是采用TD-DFT法計算每一構象，得到其激發能量，以及相應的振動和轉動強度，然后通過高斯分布函數擬合轉動強度的結果得到相應構象的預測ECD譜圖，最后將得到的全部譜圖進行玻爾茲曼加權平均后得到假定的目標構型的預測ECD譜圖；
3、將計算得到的ECD譜圖與實測ECD譜圖進行比對，如吻合，說明假定的分子構型為絕對構型，反之，即二者鏡像對稱，那么假定構型的對映體的構型為絕對構型。接下來，本文將選取幾個實例以說明量子化學計算在天然產物結構確證中的應用。
如圖1所示，ximaolide A是從中國海南扭曲肉芝軟珊瑚(Sarcophyton tortuosum)分離得到的西松烷二萜二聚體。ximaolide A的KCl壓片測得的固態ECD譜圖中存在著2個正的Cotton效應，分別在282和211 nm，前者由n→π*躍遷產生，后者由π→π*躍遷產生。以其單晶衍射獲得的原始構型(1S，2S，5S，9R，12S，21S，26S，27S，30S，31S，33S)為初始假定絕對構型，選用B3LYP/6-31G(d)進行DFT構象優化，再行TD-DFT ECD計算，所用基組為(SV，SVP)，泛函為(B3LYP，CAM-B3LYP，BH&HLYP)。以B3LYP/SVP算得的ECD曲線良好地重現了實測ECD曲線(圖1)，從而確定了ximaolide A的絕對構型為(+)-(1S，2S，5S，9R，12S，21S，26S，27S，30S，31S，33S)。
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圖1.?ximaolide A的結構圖以及實測ECD和計算ECD曲線的比較
圖片來源EJOC
如圖2所示，木果楝吡啶是從紅樹林木果楝(Xylocarpus granatum)的枝葉中分離得到的吡啶類生物堿，本身也可看做是含吡啶環的檸檬苦素類降萜。以獲得的(3S，5S，10S，13R，17R)為假定絕對構型，經TD-DFT ECD計算(B3LYP/TZVP)后得到其預測的ECD曲線，發現該曲線與實測ECD曲線吻合良好(圖2)，從而確定2的絕對構型為(+)-(3S，5S，10S，13R，17R)。
圖2.?木果楝吡啶的結構圖以及實測ECD和計算ECD曲線的比較
圖片來源Tetrahedron
如圖3所示，五味子二內酯A(schisdilactone A)是從中藥五味子中分離得到的五味子素類降三萜化合物。考慮生源途徑，假定(1R，4R，5S，8R，9S，10R，13S，15S，20R)為目標絕對構型。在MMFF構象分析基礎上輔以B3LYP/6-31G(d)進行幾何優化。TD-DFT ECD計算運行是基于6-311G(d，p)基組上配合幾種不同的泛函進行計算(B3LYP，BH&HLYP，CAM-B3LYP)得到相同的結論，其中尤以BH&HLYP泛函的計算結果與實測吻合度最高。從而將schisdilactone A的絕對構型定為(-)-(1R，4R，5S，8R，9S，10R，13S，15S，20R)。
圖3.?五味子二內酯A的結構圖以及實測ECD和計算ECD曲線的比較
圖片來源EJOC
一般地，在確定了天然產物的絕對構型后，還需要對天然產物的生源途徑進行推斷，而量子化學的過渡態計算可以為生源途徑的推斷提供理論支持。如圖4所示，Caesalpinimin A是從紫花苜蓿種子中分離得到一種新型的螺-A/B環的呋喃二萜化合物。通過B3LYP/6-31+G (d,p)對化合物進行DFT幾何優化，然后在通過mPW1PW91/6-311+G (2d,p)計算水平，進行TD-DFT計算并最終獲得計算上的ECD曲線，通過和實驗ECD對比后最終確定了Caesalpinimin A的絕對構型。與此同時，如圖5所示，通過對提出的Caesalpinimin A形成的生源途徑進行過渡態計算，確定了提出的生源途徑的可靠性。
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圖4.?Caesalpinimin A的結構圖以及實測ECD和計算ECD曲線的比較
圖片來源RSC Advances
圖5.?Caesalpinimin A形成的生源途徑
圖片來源RSC Advances
參考文獻：
1. Absolute Configuration of Highly Flexible Natural Products by the Solid-State?ECD/TDDFT Method: Ximaolides and Sinulaparvalides. European?Journal of Organic Chemistry 2012, 2012(34), 6722.
2. Bioactive Rearranged Limonoids from the Chinese Mangrove?Xylocarpus granatum Koenig. Tetrahedron?2014, 70(37), 6444.
3. Structure and Absolute Stereochemistry of Nortriterpenoids from Schisandra?chinensis (Turcz.) Baill. European?Journal of Organic Chemistry 2012, 2012(28), 5471.
4. Caesalpinimin A, a novel Rearranged Furanoditerpene with an Unprecedented Carbon Skeleton from the Seeds of Caesalpinia minax Hance. RSC Advances, 2014, 4(15), 7440.