第二講氣相色譜中的衍生試劑及其新進展

第二講氣相色譜中的衍生試劑及其新進展第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一氣相色譜中化學衍生的重要性

改善樣品的揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性改善樣品的峰形提高分離性能增加分離檢測的選擇性和靈敏度

第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一氣相色譜衍生試劑的主要類型

硅烷化試劑

烷基化試劑(包括酯化試劑)

酰基化試劑其它衍生試劑(手性試劑等)第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一1硅烷化試劑凡含有活潑氫的化合物都能與硅烷化試劑反應.最重要的是三甲基硅衍生試劑.三甲基硅（TMS）衍生試劑與待測物的反應方程式：

被衍生化合物的各極性官能團接受硅烷基的能力依次為:

醇(伯>仲>叔)>酚>羧酸>胺(一級胺>二級胺)>酰胺第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一常見的三甲硅烷化試劑reagents

abbreviation

structurehexamethyldisilazaneHMDStrimethylchlorosilaneTMCSN-methyl-N-TMS-acetamideMSAN-methyl-N-TMS-trifluoroacetamideMSTFAN,O-Bis-TMS-acetamideBSAN,O,bis-TMS-trifluoroacetamideBSTFATrimethylsilylimidazoleTMSIM第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一N-甲基-N-三甲硅基三氟乙酰胺（MSTFA），N，O-雙三甲硅基乙酰胺（BSA），N，O-雙三甲硅基三氟乙酰胺（BSTFA），三甲硅基咪唑（TMSIM）的反應性較強。

MSTFA衍生物的揮發(fā)性最好。

TMSIM易與羥基及羧羥基反應，但與脂肪胺不反應，也不能促進烯醇-TMS醚的形成，主要適于衍生有空間障礙的羥基化合物。綜合各試劑的反應性、選擇性、揮發(fā)性和副產(chǎn)物的形成等因素，BSTFA和MSTFA二種試劑應用最多。第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一三甲基硅烷衍生物的優(yōu)點:

熱穩(wěn)定性好，揮發(fā)性強，易于制備，色譜性能好，應用最廣。所有硅烷化試劑制備衍生物后，可直接進行GC分析，節(jié)省了樣品制備時間。三甲基硅烷衍生物的缺點：對水和酸不穩(wěn)定，易分解；由于氧化硅的沉積，易污染FID檢測器第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一

應用Mongillo等[1]研究了HMDS,BSTFA,乙酸酐,五氟丙酸酐(PFPA)與阿司匹林及其代謝產(chǎn)物的衍生條件,發(fā)現(xiàn)HMDS與分析物在90oC反應1h,乙酸酐與分析物在75oC反應30min,PFPA與分析物在70oC反應45min均形成混合衍生物,而BSTFA與分析物分別在室溫,60oC,90oC反應1h均能與所有羥基反應形成單一衍生物。

第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一三甲硅烷衍生試劑與醇、酚類化合物反應的影響因素1.立體效應:伯醇>仲醇>叔醇2.催化劑常用的催化劑:三甲基氯硅烷（TMCS），TMSIM，三甲碘硅烷（TMSI）和乙酸鉀

Wang等

[2]

測定了頭發(fā)、血液、唾液及尿液中的海洛因及其六種代謝產(chǎn)物，樣品經(jīng)固相萃取處理后，加入衍生試劑BSTFA+1%TMCS

在70oC反應20min，檢出限可達1ng/ml。

第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一其它烷基取代的甲硅烷化試劑1.二甲硅烷化衍生試劑（DMS）

N-甲基-N-特丁基二甲硅烷基三氟乙酰胺（MTBSTFA）該試劑可用于衍生羥基、羧基、巰基、一級胺和二級胺中的活潑氫，形成特丁基二甲硅烷基（TBDMS）衍生物。反應形成的副產(chǎn)物易于揮發(fā)。

TBDMS衍生物在質(zhì)譜中易于失去特丁基形成高豐度的[M-57]+特征離子，適于MS定量分析。二甲硅烷化衍生物比三甲硅烷化衍生物揮發(fā)性好，對水更穩(wěn)定（但仍不穩(wěn)定），能給出有用的質(zhì)譜碎片。第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2.鹵烷基二甲硅基試劑

X=CChloromethyldimethylsilyl（CMDMS）；

X=BrBromomethyldimethylsilyl（BMDMS）；X=IIodomethyldimethylsilyl（IMDMS）；Y=Cl，chlorosilane；Y=NHSi（CH3）2CH2X，disilazane該類試劑能增加衍生物的親電力,適用于靈敏度很高的電子捕獲檢測器.第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一硅烷化衍生試劑的特點-小結(jié)應用范圍廣:凡含有活潑氫的化合物都能與硅烷化試劑發(fā)生反應.2.形成的衍生物熱穩(wěn)定性好，揮發(fā)性強，易于制備，色譜性能好.3.衍生反應完成后,可直接進行氣相色譜分析.4.溶劑的選擇：使用非質(zhì)子化溶劑如吡啶，乙腈，二甲亞砜，四氫呋喃和N，N-二甲基甲酰胺等.5.衍生物因硅的沉積易玷污FID檢測器.6.反應需無水條件.第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2烷基化試劑

烷基化反應是衍生試劑分子中的烷基取代化合物中的酸性氫.X為鹵素或其它易離去基團。衍生物是醚，酯，硫醚，N-烷基胺，N-烷基酰胺;

弱酸基團的烷基化需強堿催化劑，酚羥基和羧酸羥基等酸性較強,需弱堿催化劑。第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一常見烷基化試劑及典型反應條件

TypeofreagentTypicalreactionconditionGroupsderivatizedDiazoalkaneNon-polarsolventAcidicOHandNHAlkylhalide-strongbaseDMSOAlcohols,amidesAlkylhalide-weakbaseK2CO3-acetoneThiols,phenols,acids,amines,acidicNHAlkylhalide-weakbase-ionophoreK2CO3-18-crown-6Thiols,phenols,acids,amines,acidicNHAlkylhalide–quaternaryammoniumsaltPhasetransferThiols,phenols,acids,amines,acidicNHQuaternaryammoniumOn–columnderivatizationThiols,phenols,acids,amines,acidicNH第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一重氮烷烴烷化1.類型:

目前主要有三種.

重氮甲烷:應用最為廣泛。該試劑與化合物的衍生條件溫和、反應迅速、高效、無副產(chǎn)物，但它毒性大，不易貯存，制備時有發(fā)生爆炸的危險。

三甲硅基重氮甲烷（TMSDM）:是一種在安全性上優(yōu)于重氮甲烷的試劑，但TMSDM的衍生速率及衍生產(chǎn)率均低于重氮甲烷，且易于形成三甲基硅的副產(chǎn)物。

五氟苯基重氮甲烷:

用于前列腺素類化合物的衍生，用ECD和MS檢測，靈敏度高。2.應用:

羧酸，磺酸，酚，烯醇等含-OH和-NH-化合物的烷基化。第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一

主要是一些低分子量的脂肪鹵化物，如CH3，C2H5，n-C3H7，i-C3H7etc.，芐基和取代芐基溴化物等。其中以五氟芐基溴（PFB-Br）的應用最多。烷基衍生物可通過在有機介質(zhì)中反應、相轉(zhuǎn)移反應及固相萃取衍生等途徑來制備。相轉(zhuǎn)移反應也稱為“萃取烷基化”。衍生試劑常用CH3I，相轉(zhuǎn)移試劑為硫酸氫四已基胺或氫氧化四丁基胺。固相萃取衍生是目前制備烷基化衍生物的一種非常有發(fā)展前景的方法,根據(jù)樣品的性質(zhì)，可選擇陰離子交換樹脂，C18等作固相萃取劑，常用的衍生試劑是PFB-Br。該方法已廣泛應用于生物醫(yī)學和食品檢測等領(lǐng)域。烷基鹵化物的烷化第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一萃取烷化水相

Ar-OH+R4N+X-ArO-R4N++HX

有機相

Ar-OR/+R4N+X-ArO-R4N++R/X

該方法可以使萃取，衍生同時進行.使酸性化合物以陰離子形式進入非質(zhì)子化的有機相，裸露的陰離子對烷基化試劑反應性強，容易快速，高效生成衍生物。

常用于生物樣品的測定,樣品的純化與衍生可一步完成。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一季銨鹽-熱解烷基化第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一衍生方法：直接將分析物與試劑的甲醇溶液的混合物注入氣相色譜的進樣口，熱解產(chǎn)生烷基化衍生物。特點：衍生效率高，但腐蝕性強，可能會損壞色譜柱。據(jù)報道四烷基銨氟化物無腐蝕性，衍生效率與相應的氫氧化物相當.(1-5)所示的試劑已商品化。(6-8)是幾種性能較好的芐基銨鹽試劑,可用作酸、酚類化合物的在柱烷基化衍生試劑,生成芐基酯和芐基醚衍生物。季銨鹽-熱解烷基化第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.?；苌噭；苌噭┲饕絮｛u，酸酐、酰基咪唑、酰胺及烷基氯甲酸酯等?？捎糜谘苌肌⒎?、硫醇、胺、酰胺、磺酰胺等化合物。衍生反應的實質(zhì)是衍生試劑的酰基取代極性化合物中的活性氫。酸酐衍生反應方程式如下:第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一酰鹵和酸酐特點：衍生反應一般在吡啶、二甲胺吡啶或其它可接受酸副產(chǎn)物的溶劑中進行。酰鹵和酸酐與被測物的衍生反應完成后，過量的試劑和副產(chǎn)物損壞色譜柱，必須在GC分析前除去。常用試劑：三氟醋酐（TFAA),五氟丙酐（PFPA),七氟丁酐（HFBA)應用：Rohrich等[3]

以丙酸酐(PSA)和三氟乙酸酐(TFAA)為衍生試劑,測定了頭發(fā)中的苯異丙胺及其代謝產(chǎn)物,研究表明,PSA衍生物的穩(wěn)定性比TFAA衍生物好,但TFAA衍生物在質(zhì)譜中特征離子的豐度更高。以4-乙酯基六氟丁酰氯[4]為衍生試劑，可測定血清中的芐醇。因衍生物分子量高，用GC-MS特征離子檢測時，可以免受血清中其它干擾物質(zhì)的影響，得到很好的分離。該試劑還可用于尿液中苯酚的測定[5]。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一酰基咪唑和酰胺酰鹵和酸酐與被測物的衍生反應產(chǎn)生酸副產(chǎn)物，對一些易酸解的化合物，衍生試劑可選用酰基咪唑。該反應的副產(chǎn)物是堿性離去基團，不會引起衍生物的分解。咪唑試劑易于水解，當衍生物穩(wěn)定性高時，可用水洗去多余的試劑。五氟丙酰三唑（PFPT)：廣泛用于兒茶酚胺類和吲哚胺類的衍生化，形成單一穩(wěn)定、穩(wěn)定的衍生物。酰胺如N-甲基雙三氟乙酰胺（MBTFA）:揮發(fā)性好，副產(chǎn)物不損壞色譜柱，衍生反應完成后可直接進行GC分析。第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一鹵代?；噭┨攸c：增加化合物的親電力，使衍生物適于靈敏的ECD或NCl-MS檢測。用MS檢測時，碎片離子在高的質(zhì)荷比處豐度高，分析時可以免受低分子量化合物的干擾。應用：全氟酰衍生物如三氟乙酰（TFA），五氟丙酰（PFP）和七氟丁酰（HFB）實際應用最廣。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一烷基氯甲酸酯

類型:

烷基氯甲酸酯主要包括甲基、乙基、丙基、異丁基氯甲酸酯（MCF，ECF，PCF,IBCF）及一些含鹵試劑如三氯乙基氯甲酸酯（TCECF），五氟芐基氯甲酸酯（PFBCF）。特點：該類試劑與酚、胺的衍生反應可以直接在水相中進行，衍生產(chǎn)物是碳酸酯和氨基甲酸酯。氯甲酸酯作為胺的?；噭?，衍生產(chǎn)物色譜性能優(yōu)良。

該類試劑的衍生反應產(chǎn)率高，速度極快，只需幾秒-幾分。衍生反應完成后,必需去除過量試劑及副產(chǎn)物.

第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一烷基氯甲酸酯應用:以乙基氯甲酸酯為衍生試劑。在水相中衍生氨基酸和二肽，用氣相色譜-陽離子化學電離質(zhì)譜（GC-PCI-MS）和GC-NCI-MS檢測。二肽的衍生和分析時間加起來是10min[6]。Namera等[7]以乙基氯甲酸酯為衍生試劑,測定了尿液中15種氨基酸,線性范圍1.0-300μg/ml,檢出限0