環(huán)糊精對托品烷手性識別的電噴霧傅立葉變換離子回旋共振質譜研究

1、2004年第62卷第19期,19591962化學學報ACTA CHI M ICA SINICAVol.62,2004No.19,19591962·研究簡報·環(huán)糊精對托品烷手性識別的電噴霧傅立葉變換離子回旋共振質譜研究任士芳王昊陽郭寅龍(上海質譜中心中國科學院上海有機化學研究所上海200032摘要用電噴霧傅立葉變換離子回旋共振質譜儀分別研究了以-環(huán)糊精、-環(huán)糊精和-環(huán)糊精作為手性拆分劑對手性托品烷的手性區(qū)分效應,實驗結果表明-環(huán)糊精具備較-環(huán)糊精和-環(huán)糊精更強的手性區(qū)分能力,-環(huán)糊精和托品烷的二聚體復合物離子的強度隨激發(fā)能量的變化和托品烷對映體含量值呈現(xiàn)出一定的線性關系.關鍵

2、詞環(huán)糊精,復合物,電噴霧離子化,傅立葉離子回旋共振質譜儀Chiral Molecular Recognition of Cyclodextrin to Tropine by Electrospray Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass S pectrometryREN,Shi-FangWANG,Hao-YangGUO,Yin-Long(Shanghai M ass Spectro metry Center,Shanghai Institute of O rganic Chemistry,Chinese Academy of Scienc

3、es,Shanghai200032AbstractElectrospray Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry was used to investigate chiral molecular recognition of tropine using-c yclodextrin,-cyclodextrin and-cyclodextrin,as chiral selectors.Chiral recognition ability of three c yclodextrins was revealed by

4、the mass spectra based on the protonated complexes of tropine with cyclodextrins.Pr otonated tropine ion was formed when the dimeric complex of tropine with c yclodextrin underwent collision-induced dissociation(CID.Chiral recognition of c yclodextrin was assessed by changing activation attenuation/

5、activation pulse length.Keywordsc yclodextrin,complex,electrospray,Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometr y手性問題涉及到生命的起源以及各種動植物的生存和演化,現(xiàn)代社會中與人類健康息息相關的醫(yī)藥生產(chǎn),也必須考慮手性問題.對映異構體中一個異構體可以是藥物的有效組分,而另一個則可能是低效的、無效的甚至是有毒副作用的,因此研究手性化合物的分離與分析具有重要的意義.目前有多種手段用來進行手性分析,如:旋光儀、圓二色譜、核磁共振儀、色譜、毛細管電泳和質譜.質譜

6、用于手性識別起源于1977年1,由于質譜本身所具有的快速以及所需樣品量少等優(yōu)點,將會使其在現(xiàn)代分析化學手性分析領域中起重要的作用,到現(xiàn)在為止已有數(shù)十篇有關手性質譜的文章得以發(fā)表,大都是針對手性胺或手性氨基酸的識別25.托品烷分子具有橋環(huán)結構(結構式如圖1所示,有報道通過金屬配位形成復合物的方法對橋環(huán)化合物進行手性識別6.以環(huán)糊精作為主體分子通過形成非共價復合物對手性化合物進行分析的研究是一種重要的方法79.本工作研究了以-環(huán)糊精、-環(huán)糊精和-環(huán)糊精為手性拆分劑對手性托品烷分子的手性區(qū)分效應,實驗結果表明:環(huán)糊精與手性化合物的復合物在CID過程中,復合物離子強度衰減的程度和托品烷對映體含量值呈現(xiàn)

7、一定的線性關系.對這一現(xiàn)象我們進行了解釋并且提出了利用環(huán)糊精與手性化合物的復合物穩(wěn)定性進行手性區(qū)分的方法.1實驗部分1.1儀器及試劑美國Bruc ker公司的傅立葉變換離子回旋共振質譜儀(7.0T,電噴霧離子源;-環(huán)糊精(-CD、-環(huán)糊精(-CD和-環(huán)糊精(-CD(購自Sig ma公司,美國;消旋托品烷和E-mail:yl guo;Fax:021-*. Received M arch3,2004;revised and accepted May17,2004.國家自然科學基金(No.20175034資助項目.-托品烷由揚州聯(lián)環(huán)醫(yī)藥科技開發(fā)有限公司提供,甲醇(色譜純,所用水為去離子純蒸餾水,冰醋

8、酸(分析純 .圖1托品烷結構式-型羥基朝上,-型羥基朝下Figure 1Structure of tropine1.2標準溶液的配制析用.通過-托品烷和消旋托品烷按不同配比混合得到-對映體e e 值分別為1,0.75,0.50,0.25,0的溶液.1.3實驗條件電噴霧離子源毛細管和端蓋電壓分別為-4576V 和-3750V ;干燥氣和霧化氣溫度分別是190和300,離子阱捕獲極的前板電壓為0.96V ,后板電壓為1.04V ;離子檢測的激發(fā)電壓為5.0V .離子源內(nèi)真空度6.7×10-5Pa ,單極質譜分析中離子阱內(nèi)真空度6.4×10-8Pa ,CI D 實驗中碰撞氣體為氬

9、氣,氬氣用漏閥引入離子阱至1.3×10-6Pa ,離子質量分離時脈沖強度為18dB ,CI D 實驗離子激發(fā)脈沖強度為19.5dB .注射泵的流速為3L /min .1.4結果與討論1.4.1環(huán)糊精對托品烷的手性識別能力-CD ,-CD ,-CD 和消旋托品烷及-托品烷摩爾比為1/1的溶液(由于得不到-托品烷因此用消旋托品烷替代,質譜分析結果見圖2,環(huán)糊精和托品烷通過包結、氫鍵、范德華力等作用而形成的非共價鍵復合物是手性識別的前提所在10,從實驗結果表明三種環(huán)糊精均可與托品烷形成復合物.為了衡量環(huán)糊精對托品烷的手性識別率,本文引入如下的公式,用R 來表示環(huán)糊精對托品烷的手性識別率11

10、:R =(CD +A /CD dl (CD +A /CD d=K dl K d CD +A 和CD 分別表示復合物的峰強度和環(huán)糊精的峰強度,K 表示環(huán)糊精對-托品烷的非共價鍵合率,下標dl 和d 分別表示消旋和-托品烷.各環(huán)糊精對托品烷的K 值和R 值見表1所示(為三次實驗的平均值.由表中的K 值可知各環(huán)糊精與-托品烷的配位作用都強于與-托品烷的配位作用,不過由于-CD ,-CD 和-CD 的吡喃葡萄糖數(shù)目的不同,會導致各環(huán)糊精的鍵角與空間結構不同,從而影響其對托品烷的,型的匹配性,因此不同的環(huán)糊精會有不同的手性識別能力(體現(xiàn)為R 值各不相同,這符合尺寸/形狀適合原則12,三種環(huán)糊精中-CD

11、對托品烷的手性識別能力較強.表1三種手性拆分劑與托品烷不同異構類型的K 和R 值Table 1Values of K and R for three types of cyclodextrin and enantiomers of tropine環(huán)糊精類型托品烷異構類型KR-CD消旋-型1.4.2-CD 和托品烷復合物的CID 實驗對-CD 和托品烷復合物進行CID 實驗,結果見圖3,由質譜圖可看到有托品烷的加質子峰,沒有環(huán)糊精的峰,這是因為托品烷中具有叔胺結構,這樣托品烷的質子親和勢相對環(huán)糊精高,由此復合物上電荷也應該是帶在托品烷分子上的.1.4.3CID 過程中的手性識別效應過單極質譜的篩

12、選,發(fā)現(xiàn)-CD 對手性托品烷分子的區(qū)分效應最強,這提示我們-CD 同手性托品烷分子構象的不同會引起兩種復合物的結構和穩(wěn)定性存在差異.由于CID 實驗中得不到環(huán)糊精的峰,所以無法用動力學的方法從二級質譜上的母離子和子離子的豐度比來進行e e 值的測定13.兩種復合物離子的質/荷比相同,兩種離子的回旋路徑相同,而且CID 過程中的碰撞氣體的壓力恒定,因此復合物離子信號的衰減程度直接與兩種復合物的結構和穩(wěn)定性存在差異相關.這里復合物離子信號的衰減程度,我們采用離子在兩種激發(fā)能量條件下信號強度的比值來衡量,低能激發(fā)采用30dB 的激發(fā)能,高能激發(fā)采用18.5dB 的激發(fā)能.托品烷不同ee 值與復合物離

13、子在兩種激發(fā)狀態(tài)的衰減程度的變化規(guī)律,如表2所示.表中數(shù)據(jù)表明e e 值和R 值之間存在一表2不同ee 值托品烷的R 值Table 2Values of R for different enantiomeric excess of tropine ee 值dB 值3018.5R 值a 12.6×1071.46×1071.75×1071.20×107aR 代表分別在30dB 和18.5dB 時復合物離子強度比值.1960化學學報Vol .62,2004圖2環(huán)糊精和托品烷包合物及托品烷質譜圖Figure2Mass spectra of cyclodextri

14、n and tropine圖3環(huán)糊精和托品烷二聚體復合物的CID質譜圖Figure3CID Mass spectrum for the complex of tropine with cyclodextrin 定的對應關系,對應5個不同e e值1,0.75,0.50,0.25,0的R值分別是1.78,1.70,1.62,1.57,1.46,兩者成線性關系,這一實驗結果提示我們進一步深入研究其中具體的關系,從這個角度著手建立一個確定對映體含量的方法.2結論三種環(huán)糊精中-CD對托品烷具有較強的手性區(qū)分能力,通過CID實驗發(fā)現(xiàn)通過改變激發(fā)能量引起復合物離子強度衰減的程度和托品烷ee值呈現(xiàn)出線性對應關

15、系,這種方法有望為手性化合物的質譜區(qū)分研究提供新的途徑.1961No.19任士芳等:環(huán)糊精對托品烷手性識別的電噴霧傅立葉變換離子回旋共振質譜研究 References1Fales,H.M.;Wright,G.W.J.A m.Chem.So c.1977,99, 2339.2Tao,W.A.;Zhan g,D.;Nikolaev,E.N.;Cooks,R.G.J.A m.Chem.Soc.2000,122,10598.3Yao,Z.P.;Wan,T.S.M.;Kwong,K.P.;Che,C.T.Anal.Chem.2000,72,5394.4Grigorean,G.;Ramirez,J.;Ah

16、n,S.H.;Lebrilla,C.B.Anal.Chem.2000,72,4275.5Yao,Z.P.;Wan,T.S.M.;Kwong,K.P.;Che,C.T.Anal.Chem.2000,72,5383.6Lu,H.-J.;Guo,Y.-L.Anal.Chim.A cta2003,482,1.7Yu,C.-T.;Guo,Y.-L.A cta Chim.Sinica2001,59(4,615(in Chinese.(余 天,郭寅龍,化學學報,2001,59(4,615.8He,P.;Guo,Y.-L.A nal.Lett.2003,36,493.9Armstrong,D.W.;Ward,T.;Armstrong,R.D.;Beesley,T.E.Science1986,232,1132.10Hinze,W.L.;Riehl,T.E.;Armstron g,D.W.;Demond, W.;Alak,A.;Ward,T.Anal.Chem.1985,57,237.11