3.19 挑战任务19

“未知物”的结构如下：

事实数据结论质谱（MS）：

[M]⁺ = 366氮原子数nN = 0 或2 或4…

无[M + 2]⁺ 峰不含硫（S）、不含氯（Cl）、不含溴（Br）

8 个偶峰很可能含氮（N）

¹³C 核磁共振：

无裂分不含氟（F）

有羰基（C=O）、CH2 - O、CH3 - N、CH2 - N、

202.2（季碳Cq），65.9（CH2），38.5 两个CH3基团，46.7（CH2），芳香区有8 个信号芳香结构，最少2 个氧原子（nO≥2），最少2个氮原子（nN≥2）

16 个信号，ΣH = 19最少16 个碳原子（nC≥16）

¹H 核磁共振：

ΣH = 26最少26 个氢原子（nH≥26）

红外光谱（IR）：无数据无原子数范围C (16–26); H (26–36), O (2–5), N (2–4)，不饱和度（DBE）(8 - 10)

推导的分子式C23H30N2O2在教科书^[1]中，分子式基于分子离子峰[M]⁺ = 366 amu 及元素化学分析数据（C: 75.4%、H: 8.20%、N: 7.65%）确定。根据¹H 和¹³C NMR 谱中观测到的信号强度（表3.35），在分子式生成器（Molecular Formula Generator）中设定了各原子的数量范围。进行计算机辅助结构解析（CASE）所需的NMR 光谱数据引自补充材料^[2]（表3.36）。

基于表3.36 中的光谱数据，构建了分子连接性图（MCD）（图3.64）。在教科书^{[1, 2]}中，对可用的NMR 数据进行了详细分析，推测分子中包含两个芳香环（1,3-取代和1,4-取代）。这一信息被用于手动分子结构解析。图3.64 显示，MCD 中存在四个浅蓝色标记的碳原子，以及由于¹H NMR 谱中7.19 ppm 处信号重叠导致的多组模糊HMBC 关联（见表3.36，下划线的¹H 化学位移值）。

从初始MCD 启动严格结构生成（Strict Structure Generation）后，得到以下结果：候选结构数k=6→6→6，计算耗时tg=0.8 s。排序后的输出结构文件如图3.65 所示。

图3.65 显示，结构#1 与文献结构3.39 完全一致，但其平均偏差（Δδ）与最大偏差均显著偏高。这一现象尤为反常，因为该结构中并未包含任何特殊化学基团。为快速识别结构#1的预测偏差来源，程序生成了一张结构图（见结构3.40），其中碳原子的化学位移预测精度以不同颜色标记：

该图显示，问题主要在于C-131.40 和C-112.5 原子的化学位移预测值与实验值存在较大偏差。如前文所述（见第1 章第1.4.1.4 节），化学位移计算后台信息（Chemical Shift CalculationProtocol）可用于分析计算值与实验值之间显著差异的原因。图3.66 和图3.67 分别展示了程序生成的针对化学位移131.4 和112.5 的计算后台信息。

图3.66 和图3.67 清晰地表明，所探究的化学位移值应进行交换。然而，程序的自动归属过程严格遵循了HMBC 和COSY 谱图对生成结构施加的相关信号约束。因此，很可能是由于存在非标准长度相关（nonstandard length connectivities）（见第1.2.2 节和第2.1.4 节）。为规避这一问题，从MCD 启动了模糊结构生成（Fuzzy Structure Generation, FSG）。

FSG 的参数设置如下：m=1，a=1，这意味着在第一步中假设存在至少一个非标准连接关系（NSC），并建议通过增加一根化学键来解决。图3.68 展示了CSB 生成器选项(CSB Generator Options)对话框的部分内容。

FSG 运行结果如下：候选结构数k=37→35→22，计算耗时tg=8 s。程序报告称，在结构生成过程中扩展了17 个相关信号中的1 个，并使用了17 个可能的连接组合中的全部17个。这表明所有可能的连接组合（而非部分）均被纳入FSG 过程，这可以解释为MCD 中显示的结构约束较为宽松（如四个杂化状态模糊的碳原子、多组模糊HMBC 相关信号等）。

排序后的输出文件(排名靠前部分)如图3.69 所示。图3.69 显示，正确结构排名第一，其平均偏差与最大偏差均充分证明了其优先级。正确的结构3.41 及其¹³C 化学位移归属如下所示：

实线箭头表示碳原子C-112.5 与C-202.2 之间的非标准长度相关（NSC），虚线标记则指示存在归属模糊的HMBC 相关信号。

需特别注意的是，在手动进行¹³C 化学位移归属时，所有HMBC 相关信号均被假设为标准长度（2-3 键），这直接导致了结构3.40 中错误的化学位移归属（见图3.70 红色标注）。

如第2.1.4 节所述，对应于NSC 的2D NMR 相关峰强度通常弱于标准相关信号，但本例中这一规律被打破——H-8.23 与C-200.2 之间的4 键HMBC 相关信号（红色线条标记）强度与常规2-3 键信号相当（图3.70）。

此案例直观展示了非标准相关信号在分子结构解析（手动或计算机辅助）中的关键作用，并警示研究者在处理2D NMR 数据时需保持审慎。另一方面，它也验证了计算机辅助结构解析（CASE）方法在检测错误归属与自动修正方面的优势。后续章节将进一步展示：当未知化合物的2D NMR 谱包含大量不同长度且未知的非标准相关信号时，模糊结构生成（FSG）如何通过系统性探索所有可能的连接组合，实现对复杂结构的准确解析。