利用核磁共振波谱对化学结构进行验证，是合成化学中最基本、也是最具挑战性的工作之一。随着数据量和化合物库规模的急剧扩大，通过NMR数据进行自动的结构验证软件，正在成为合成工作中实现快速、准确结构表征的宝贵工具。ACD/NMR Workbook是唯一的一款可以在不同的级别上执行结构验证，以增加用户分析信心和灵活性的商业软件。
图1. ACD/NMR workbook可在不同的级别上帮助用户进行结构验证
单一结构验证
SSV
第一个级别的结构验证方法称为单一结构验证(Single Structure Verification，SSV)，这也是最简单的一种情况：用户仅需向软件提供实验得到的核磁谱图以及预期的化合物结构式(Proposed Structure)。用户所需提供的核磁谱图可以是一张一维核磁谱图或者是二维谱图，也可以是一维和二维谱图组合的整套谱图[1]。ACD/NMR Workbook软件会评估用户所提供的结构式与核磁信号之间的匹配度，并提供匹配因子(Match Factor，MF)。对于SSV的结构验证方式，当预期的结构未能通过软件的“匹配评估”时，如果用户没有其他“更适合”的候选结构，那么软件也不会进一步提供更合理的参考结构。
组合并发验证
CCV
为了避免SSV的缺陷，ACD/NMR Workbook提供了第二种结构验证工具，称为组合并发验证(Combined and Concurrent Verification，CCV)，该先进的算法可以同时验证用户提议的结构((Proposed Structure))和指定数量的同分异构体之间的匹配度（MF）[2]。MF排名将提示哪个结构与NMR数据更一致。然而，由于该方法将实验数据与用户提供的或软件算法定义的特定数量的同分异构体进行相匹配，化学家最初的主观偏见仍然可能会影响最终是否得到最合理的结果。
无偏向性结构验证
UBV
为了保证绝对的可信度，用户可以在ACD/NMR Workbook软件中一键激活第三种结构验证功能——无偏向性结构验证(Unbiased Structure Verification，UBV)。这个工作流程基于市场上最先进的结构生成器，再加上计算机辅助结构解析( Computer Assisted Structure Elucidation ，CASE)系统中使用的最佳排名算法，可以避免用户的主观偏见，选择出最佳的结构。这对合成化学家特别有益，因为它可以大大减少花在分子表征上的时间和精力。
自2019版以来，NMR workbook就增加了UBV的功能，该功能具有以下的最低要求：
用户需至少提供一维氢谱, 二维HSQC和HMBC谱, 以及提议结构(仅供软件用于推导分子式)；
已经对结构归属好的13C谱化学位移，13C的化学位移数据可以从一维碳谱或者HMBC谱中获得；
分子量 ≤ 800 Da
该分子应包含少于20个碳原子或总共少于22个碳原子和氮原子
在运行UBV之前，用户需要对NMR数据进行处理，并对提议结构(Proposed Structure)进行核磁信号归属。基于这些数据，软件会在后台自动运行CASE系统，并可以选择UBV工作流以获得最高的可信度进行结构验证。
图2. 无偏向性结构验证(UBV)工作流中的结构生成示意图
通过UBV的功能，软件利用先进的结构生成器输出与NMR数据匹配的所有可能的结构，此过程而无需用户的任何输入，并确保最佳匹配的结构完成了所有核磁信号的归属。然而，这个计算过程可能很耗时，为了减轻计算量，用户可以在执行结构生成前，定义一个或多个已知确定的分子片段。最终，软件通过计算出的匹配因子、预测的化学位移值和实验值之间的平均偏差，对得到的结构进行打分排序。
实验与结果
UBV方法可以不受用户的主观偏见影响下，自动识别正确的“最佳匹配结构”，因此，UBV的结构验证方法优于其他的两种验证方式(SSV和CCV)。为了向大家更直观的证明这一点，我们测试了几个数据集，尽管在每个示例中我们人为故意从一个不正确的提议结构开始，但软件最终确定了与NMR数据最一致的结构。
这里给出了两个这样的例子 :
我们选择了两个市售化合物，它们的结构如图3所示，并获得了它们对应的NMR数据：
图3. 用于评估UBV功能的两个“不正确”的提议结构
对于两个提议的结构(Proposed Structure)，我们通过单一结构验证方法(SSV)得到了可接受的匹配度打分，匹配因子MF分别为0.83和0.75。随后，CCV方法也将这两个提议结构作为最佳匹配的结构。
图4. CCV工作流程中的自动异构体生成方案
红线表示结构变化的位置。
(a)通过交换取代基和沿链移动杂原子位置来产生异构体。
(b)异构体是由环内取代基和环内杂原子的位置移动产生的。
最后，为了更自信地确定最终正确的结构，我们通过UBV方法再进行计算评估。对于每个例子，UBV生成了数百个备选结构，其中选择了(比提议结构)与数据更适合的“最佳结构” 。
案例1:提议结构#1
如图5所示，与CCV之前分配的结构相比，UBV增加了5个匹配因子更高的结构。
图5. 提议结构#1的UBV结果。 “最佳结构”与核磁数据之间的吻合度更好(MF =0.91)
案例2:提议的结构#2
在该案例中，我们采用一维的碳谱、氢谱以及二维的HSQC、HMBC和COSY谱图进行结构验证。在2019版及以后的版本中，ACD/NMR Workbook软件进行结构验证不再需要用户提供碳谱谱图。
在执行CCV方法验证流程中，软件用自动生成了10个同分异构体。该结构的匹配因子MF为0.75，而所有其他生成的同分异构体的MF为0。随后，我们对这个提议结构进行UBV方式运行计算，软件总共需要5分钟40秒的时间来生成额外的227个独特的同分异构体。其中，五个软件生成的结构与谱图的匹配度都优于原来的提议结构，UBV选择的“最佳结构”在这种情况下是正确的结构——青蒿素。
图6. 在提议结构#2上进行UBV结构验证。“最佳结构”的MF值为0.83，偏差(dN)相对更低，与核磁数据之间的匹配度显著提高。
为了加快计算时间，用户可以在在运行UBV之前，对提议结构#2中定义图7中的分子片段作为固定结构片段。这将大大减少了软件生成同分异构体的数量(从277减少到57)和计算时间（从340秒减少到15秒）。
图7. 提议结构#2的定义片段
总结
目前，NMR workbook软件中的UBV功能为用户提供了一个快速识别正确结构的最有效的工作流程，软件通过给定的分子式(从提议结构中获得)，可以协助用户彻底地考察与NMR数据匹配的所有可能的候选结构。只要满足上文提到的UBV计算最低条件要求，该方法可以应用于评估任何通过标准核磁共振验证的提议结构，当然，该提议结构有可能是“不正确”的结构。这对合成化学家特别有帮助，因为UBV方法建立了最可信的结构验证流程，不会存在假阳性的错误，以确保化合物的结构表征是正确的。此外，通过NMR workbook Suite软件能够为化学分析工作者的分析效率和可靠性大大提高，可减少人力成本，是核磁实验室非常值得投入使用的有价值工具！
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