5.29 Spiroindimicin B

Zhang 等^[34]从深海来源样品中分离获得了一系列新型双吲哚生物碱spiroindimicins A-D。这些化合物的结构解析揭示了其分子中含有罕见的[5,6]或[5]螺环骨架体系：其中spiroindimicin A 具有[5,6]螺环系统，而spiroindimicins B-D 则含有独特的[5]螺环系统。这类spiroindimicins 生物碱是首例报道的具有细菌来源且含特殊螺环结构的双吲哚类化合物。

本研究选取spiroindimicin B（5.61）作为研究对象，其结构已通过晶体学分析确证^[34]。我们从原始文献中获取了该化合物的全套波谱数据（包括1D NMR、HSQC、HMBC 等），并以此作为验证StrucEluc 系统性能的数据集。

通过HRESIMS 确定了spiroindimicin B 的分子式为C₂₃H₁₇Cl₂N₃O₂（m/z 436.0602，[M-H]⁻，计算值436.0620），不饱和度为16。由于分子中骨架原子数与氢原子数之比接近2:1，预示着该化合物的结构解析将具有挑战性。化合物5.61 的¹H 和¹³C NMR 数据列于表5.29 中。

通过对5.61 的¹H、¹³C 和HSQC NMR 谱图分析，作者^[34]鉴定出以下结构特征：两个可交换质子、一个N-甲基[δC 36.6，δH 2.88（3H，s）]、一个甲氧基[δC 51.1，δH 3.61（3H，s）]、一个亚甲基、18 个烯烃/芳香碳（其中7 个为质子化碳）以及一个非质子化sp³ 碳。碳信号δC 160.5 被归属为酯羰基（虽然该化学位移也符合酰胺特征）。

图5.87 展示了构建的分子连接图（MCD），其中考虑了作者提出的一些最具说服力的结构假设。

通过对分子连接图（MCD）的深入分析，我们可以清晰地识别出两个特征基团：化学位移为51.10 ppm 的CH₃-O 基团和36.60 ppm 的CH₃-N 基团。其中，CH₃-O 基团的连接方式较为明确，但甲基与三个氮原子中具体哪一个相连仍需要进一步确认。特别值得注意的是，化学位移64.3 ppm 处的亚甲基（CH₂）很可能与氧原子或氮原子直接相连。

进一步分析表明，C151.9、C154.5 和C160.5 这三个碳原子都可能与杂原子形成化学键。尤其值得注意的是C51.10 与C160.5 之间的相关性，这强烈暗示分子中可能存在甲氧羰基（MeO-CO）结构片段。系统对MCD 进行的完整性检查显示"“Current Molecular Connectivity Diagram passed all tests（当前分子连接图通过所有验证测试）"。

在随后的结构解析过程中，由于程序未能识别出非标准连接（NSCs），我们启动了严格的结构生成程序。令人意外的是，经过1.5 小时的运算后，系统仍未生成任何可行的分子结构。这一结果表明当前的结构约束条件尚不充分，需要引入额外的结构假设以在合理时间内完成结构解析。

如前所述，根据文献^[34]的研究结果，该分子可能含有18 个sp²杂化碳原子（烯烃或芳香碳）。在此情况下，亟需识别至少一组可构成芳香环的sp²杂化碳原子。如第5.21 节（图5.54）所述，通过分析MCD 中由苯环碳原子间³JCH HMBC 相关形成的特征性几何图形，可有效确认芳香环结构。若同时观测到某些原子对的COSY 及²JCH HMBC 相关信号，将更有利于苯环的识别。

通过对图5.87 所示MCD 的人工解析，我们成功区分出两组具有"闭环"相关网络的sp²碳原子集合，这些集合构成了前述"理想"图形的子集。修改后的MCD 如图5.88 所示，其中所有结构假设均以图形化方式呈现。该图展示了两组被推定为构成苯环的碳原子，每组原子通过蓝色连线（1-1 相关性）形成环状结构。这种表示方法无需标注单双键交替即能体现苯环特征。

在显著增强结构约束条件后，我们再次尝试进行严格结构生成，但立即获得零输出结果。

在此情况下，解决问题的唯一途径是系统地尝试不同的非标准连接数m 值（m = 1, 2, 3...），直至获得可接受的结构解析方案。该过程可通过两种方式实现：一是采用自动模式运行模糊结构生成（FSG），设置参数范围为m = 1-20、a = 16，并启用"生成结构后停止"选项；二是采用逐步递进的手动模式。为阐明该方法的运行机制，本研究选择后者进行操作。

首次运行FSG（参数设置：m = 1，a = 16，"生成结构后停止"）立即完成，但未输出任何结构。随后将m 值调整为2（保持a = 16）进行第二次运算，此过程中同步采用¹³C NMR谱预测计算及结构-光谱联合过滤策略。光谱过滤设置如下（参见图2.10）：仅保留平均偏差d < 6 ppm 且最大偏差dmax < 25 ppm 的结构。

运行结果如下：共尝试153 种连接组合中的52,950 种可能结构，最终生成0 个有效结构，计算耗时4 分钟。

继续将FSG 参数调整为m=3 后，本次运行获得了实质性结果：k = 1,108,478 →3,311 →1,891，尝试了全部816 种连接组合，计算时间tg=1 小时45 分钟。最终按dA(¹³C)值排序的候选结构如图5.89 所示。

通过对生成结构的分析可以明显观察到，所有优选结构均呈现出高度相似性。尽管由于目标化合物结构的新颖性导致计算偏差值整体偏高（不同计算方法获得的偏差值在8.2-9.5 ppm 范围），但同一计算方法所得结果在系列结构间保持良好的一致性。这种偏差特征在首次报道的复杂螺环体系中具有典型性，主要源于数据库缺乏类似结构参考数据。如结构5.62所示，我们已明确标注spiroindimicin B 所有碳原子的化学位移归属，并重点标示出三个关键的非标准连接：

因此，尽管分析结果存在一定的不确定性，我们仍成功从约2000 个候选结构中鉴别出了正确的分子构型。需要特别指出的是，本研究采用了FSG 方法中最可靠的计算模式——即假设二维核磁共振数据中非标准连接（NSCs）的键长类型未知。如前述图5.90 所示，通过单次程序运行采用相同FSG 参数设置亦可获得一致的结构解析结果。

采用最宽泛的键长设定（a = 16）虽然能显著提高结构解析的可靠性，但不可避免地导致计算时间延长。作为对比实验，当采用自动模式运行（参数设置：m = 0-20，a = 1，即假定所有非标准连接均为⁴JCH 类型）时，可在23 分钟内获得相似结果，计算效率提升达五倍。