从耗时实验到高效计算：CASE 技术替代 (IN)ADEQUATE 实验的实证评估
INADEQUATE实验技术于1980年首次见诸文献，自此被誉为解析有机分子碳-碳连接关系的"终极手段"。1996年，1,1-ADEQUATE实验及其变体方法的创立，实现了通过相连质子观测碳-碳键的技术突破。
与此同时，计算机辅助结构解析（CASE）技术也取得了显著发展[3-5]，使科研人员能够利用一维及二维核磁共振数据阐明大分子量复杂结构。
本文旨在探讨：在CASE等强大工具已然存在的背景下，(IN)ADEQUATE类实验技术的实际应用价值究竟几何？
我们系统分析了一系列已发表的案例，这些案例均声称(IN)ADEQUATE数据对于明确结构解析至关重要。本研究旨在探究：在不使用(IN)ADEQUATE数据的情况下，通过CASE系统整合HMBC与COSY数据是否能在合理时间内完成相同结构的解析。研究重点聚焦于缺质子体系和/或具有挑战性的碳骨架结构。
所有CASE分析均采用ACD/Structure Elucidator v.2021.2.1完成。结果显示：当引入(IN)ADEQUATE数据时，系统均在1秒内获得正确解析结果。
首先，我们研究了一种具有大"沉默"片段、分子式为C₂₂H₂₈O₅的天然产物[6]。尽管该结构并非缺质子体系，但其稠环系统颇具研究价值。研究人员曾在700 MHz NMR谱仪上耗时超过48小时记录ADEQUATE谱图。而采用CASE系统仅需35秒即完成结构解析——仅使用了HSQC和HMBC两种谱图数据（图1）。
图1：天然产物的结构信息与实验/解析时间对比。绿色线条表示HMBC相关信号，蓝色线条代表ADEQUATE相关信号。
第二个案例是结构更为复杂的天然产物⁷，其分子中含有多个核磁共振不可见的氧原子，分子式为C₂₅H₃₂O₁₀。研究人员需在800 MHz核磁系统上耗费数日进行INADEQUATE实验数据采集。而采用CASE系统仅需8分53秒即完成结构解析——仅使用了HSQC、HMBC和COSY三种常规二维谱数据。
图2：Penicillactone A的结构信息与实验/解析时间对比。绿色线条表示HMBC相关信号，蓝色线条代表ADEQUATE相关信号。
第三个案例为缺氢型杂环化合物⁸，分子式为C₁₅H₁₀N₄O，且存在多种可能的互变异构体。研究人员耗时28小时记录INADEQUATE谱图数据。而采用CASE系统仅需35分11秒即完成结构解析——使用了H-C HSQC、H-N HSQC、HMBC及COSY谱图数据。
图3：合成杂环化合物的结构信息与实验/解析时间对比。绿色线条表示HMBC相关信号，蓝色线条代表ADEQUATE相关信号。
第四个案例为高度缺氢的大型天然产物⁹，分子式为C₃₁H₂₄O₁₀。研究人员在950 MHz核磁系统上耗时3天7小时记录INADEQUATE谱图数据。而采用CASE系统仅需2小时11分钟即完成结构解析——仅使用了HSQC和HMBC两种谱图数据。
图4：大型天然产物的结构信息与实验/解析时间对比。绿色线条表示2-3键HMBC相关信号，品红色线条表示4键HMBC相关信号，蓝色线条代表INADEQUATE相关信号。值得注意的是，仅有一个碳-碳键未在INADEQUATE谱图中显现。
现代CASE系统能够在多数缺氢结构解析案例中有效替代(IN)ADEQUATE谱图实验。虽然该系统无法完全取代这些实验方法，但建议研究者：
- 在尝试进行(IN)ADEQUATE数据采集前优先采用CASE系统
- 在实验启动后立即结合CASE进行协同解析
📚 参考文献
- 1. BaxA, Freeman R, KempsellSP. (1980). J Am Chem Soc.,102,4849–4851.
- 2. B. Reif, M. Kock, R. Kerssebaum, H. Kang, W. Fenical, C. Griesinger. (1996). JMR ser-A,118, 282–285.
- 3. M. Elyashberg, D. Argyropoulos. (2019). eMagRes,8, 239–254. DOI 10.1002/9780470034590.emrstm1618
- 4. M. Elyashberg, D. Argyropoulos. (2021). Mag. Reson. Chem., 59(7), 669–690.
- 5. M.E. Elyashberg, A.J. Williams. “Computer-based Structure Elucidation from Spectral Data. The Art of Solving Problems”, Springer, Heidelberg, 2015, 454 p.
- 6. F. Surupet. al., Univ. of Branuschweig, personal communication 7.
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- 8. J. C. Liermann, M. H. Elnagdib, H. Meira. (2013). Mag. Reson. Chem.,51, 16–18.
- 9. L. Boudesocque-Delayeet. al. (2015). J. Nat. Prod., 78(4), 597–603.