5.18 Hyaladione

在对粘细菌菌株库进行生物活性化合物筛选的过程中，Okanya 等^[20]从Hyalangium minutum 菌株NOCB-2T 中分离得到了hyaladione（5.35），这是从该菌株中首次分离到的具有生物活性的次级代谢产物。通过高分辨电喷雾质谱（HRESIMS）、核磁共振（NMR）以及X 射线晶体学分析，hyaladione 的结构得以全面解析。

通过超高分辨电喷雾飞行时间质谱（ESI-TOF-MS）在正离子模式下获得的分子离子峰（HRESIMS m/z 203.9882 [M+H]⁺，计算值203.9880），确定了hyaladione 的分子式为C₇H₆ClNO₂S，其不饱和度为5。¹³C NMR 谱（丙酮-d₆为溶剂）中所有七个碳原子的信号均被检测到，进一步支持了该分子式。红外光谱（图5.46）在νmax 1,604 和1,566 cm⁻¹处显示两个强吸收带，作者^[20]将其归属为α,β-不饱和羰基的特征峰。此外，红外光谱还在νmax 3,438和3,308 cm⁻¹处显示两个尖锐的吸收带，这是NH₂基团的典型特征。3,056 cm⁻¹处的吸收峰则明确归属于=C–H 键的伸缩振动。

在丙酮-d₆中测得的¹H NMR 谱仅显示三个单峰信号：甲基（δH 2.41，CH₃–7）、次甲基质子（δH 6.26，H5）以及胺基的宽单峰（δH 6.81）。尽管获取了COSY、HMBC 和ROESY谱数据（见表5.18），作者^[20]指出这些二维相关信号(见图5.47)仍不足以完成结构的全面解析。为此，化合物通过在丙酮溶剂中重结晶获得粉红色针状单晶，并利用X 射线衍射实现结构确证。值得注意的是，为验证2D NMR 数据的解析局限性，将表5.18 中的光谱数据导入StrucEluc 系统，构建了分子连接图（见图5.48）

MCD 概述在分子连接图（MCD）中，C106.2 原子（浅蓝色标记）的杂化状态被程序标注为“sp³或sp²”。尽管S—CH3 基团被自动标记为“fb”（禁止与杂原子连接），暗示CH3 与硫原子（S）的连接将导致结构5.35 无法生成，但StrucEluc 算法的独特设计考虑了硫原子对邻近碳原子化学位移的影响与碳原子类似，因此在程序中S 被视作非杂原子进行处理。

尽管MCD 中显示的连接性数量较少，但分子式C₇H₆ClNO₂S 中存在的四种杂原子（Cl、N、O、S）对于此类小分子而言具有显著多样性。虽然基于红外光谱（IR）特征峰分析，我们可以通过手动方式将氮原子与两个氢原子连接，但为避免主观偏差，本研究优先采用从头解析策略进行结构解析。在上述条件下，可以预见生成的候选结构数量将显著增加。

通过对分子连接图（MCD）进行矛盾性检查，系统确认MCD 已通过所有测试，随即启动了严格结构生成（Strict Structure Generation）流程。生成结果如下：候选结构数量k = 454→269→177，整个生成过程耗时仅1 秒（tg = 1 s）。结果显示，结构5.36 被选为最佳候选结构，但其平均化学位移偏差值高达10–11 ppm。

该结果表明二维核磁数据中可能存在非标准相关性（NSCs）（参见图5.47 中CH3 基团与=C—H 之间的COSY 及HMBC 相关信号）。基于此，采用参数m = 1、a = 16 启动了模糊结构生成（FSG）流程。生成结果如下：候选结构数量k = 37,646→36,884→17,807，整个生成过程总耗时为3 分钟。

如图5.49 所示，在生成结果中排名第一的结构与结构5.35 完全一致，而结构5.37 详细标注了化学位移的归属，并明确指出了唯一的非标准相关信号（NSC）。

与图5.46 所示红外光谱数据矛盾（未见羰酸特征吸收），应予以排除

尽管文献^[20]的作者曾悲观地认为，即使是经验丰富的光谱学家也难以解决这一问题，但通过应用CASE（计算机辅助结构解析）方法，即使在二维核磁数据（2D NMR）较为稀疏的情况下，这一问题仍然得到了成功解决。这一实例再次证明，只有在使用CASE 专家系统时，基于核磁数据评估结构解析问题的解决概率才是可靠的（参见文献[21]及第5.33 节）。

为了进一步验证结构5.35 的可靠性，我们对生成文件中与其相似的结构进行了详细分析。通过执行相似性搜索（Structure/Similarity Search In/Generated Molecules），筛选出相似系数（Similarity Coefficient）在1.0 至0.9 之间的结构，并按相似系数从高到低排列（见图5.50）。

排名前四的结构具有相同的相似系数，均为1。值得注意的是，结构#4 即为Hyaladione 本身图5.50 显示，所有与Hyaladione 相似的结构均可以通过其平均偏差值被明确排除，而无需借助X 射线晶体衍射方法。Hyaladione 的分子式为C₇H₇ClNO₇S，包含12 个骨架原子。

利用Structure Elucidator，我们计算了与该分子式对应的理论异构体总数。计算过程耗时约7 分钟，结果显示异构体总数N 为465,326,452。

如果问题解决后得到的候选结构数量n 为17,807，则根据香农公式（参见第1.1.1 节），提取的结构信息量I 为：I =log₂N −log₂n = 28.8−14.1=14.7 比特。这表明，通过Structure Elucidator 的逻辑与组合算法，已提取了近一半的结构信息。同时，程序排除了96.2%的可能异构体。剩余的结构信息则通过¹³C 化学位移计算与结构文件排序的方法提取，从而最终筛选出唯一且正确的结构。

然而，需要注意的是，异构体数量N 的估算仅适用于分子式较小的化合物。随着骨架原子数量的增加，可能的异构体数量及计算时间会呈指数级增长，这使得该方法在大分子体系中的应用受到限制。