环糊精对托品烷手性识别的电喷雾傅立叶变换离子回旋共振质谱研究.docx

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环糊精对托品烷手性识别的电喷雾傅立叶变换离子回旋共振质谱研究

2004年第62卷

第19期,1959~1962

化学学报

ACTACHIMICASINICA

Vol.62,2004

No.19,1959~1962

·研究简报·

环糊精对托品烷手性识别的电喷雾傅立叶变换离子回旋共振质谱研究

任士芳　　王昊阳　　郭寅龙　

（上海质谱中心　中国科学院上海有机化学研究所　上海200032

摘要　用电喷雾傅立叶变换离子回旋共振质谱仪分别研究了以α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精作为手性拆分剂对手性托品烷的手性区分效应,实验结果表明β-环糊精具备较α-环糊精和γ-环糊精更强的手性区分能力,β-环糊精和托品烷的二聚体复合物离子的强度随激发能量的变化和托品烷对映体含量值呈现出一定的线性关系.

关键词　环糊精,复合物,电喷雾离子化,傅立叶离子回旋共振质谱仪

ChiralMolecularRecognitionofCyclodextrintoTropinebyElectrosprayFourierTransformIonCyclotronResonanceMassSpectrometry

REN,Shi-Fang　　WANG,Hao-Yang　　GUO,Yin-Long

（ShanghaiMassSpectrometryCenter,ShanghaiInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200032

Abstract　ElectrosprayFouriertransformioncyclotronresonancemassspectrometrywasusedtoinvestigatechiralmolecularrecognitionoftropineusingα-cyclodextrin,β-cyclodextrinandγ-cyclodextrin,aschiralselectors.Chiralrecognitionabilityofthreecyclodextrinswasrevealedbythemassspectrabasedontheprotonatedcomplexesoftropinewithcyclodextrins.Protonatedtropineionwasformedwhenthedimericcomplexoftropinewithcyclodextrinunderwentcollision-induceddissociation（CID.Chiralrecognitionofcyclodextrinwasassessedbychangingactivationattenuation/activationpulselength.

Keywords　cyclodextrin,complex,electrospray,Fouriertransformioncyclotronresonancemassspectrometry

　　手性问题涉及到生命的起源以及各种动植物的生存和演化,现代社会中与人类健康息息相关的医药生产,也必须考虑手性问题.对映异构体中一个异构体可以是药物的有效组分,而另一个则可能是低效的、无效的甚至是有毒副作用的,因此研究手性化合物的分离与分析具有重要的意义.目前有多种手段用来进行手性分析,如:

旋光仪、圆二色谱、核磁共振仪、色谱、毛细管电泳和质谱.质谱用于手性识别起源于1977年[1],由于质谱本身所具有的快速以及所需样品量少等优点,将会使其在现代分析化学手性分析领域中起重要的作用,到现在为止已有数十篇有关手性质谱的文章得以发表,大都是针对手性胺或手性氨基酸的识别[2~5].托品烷分子具有桥环结构（结构式如图1所示,有报道通过金属配位形成复合物的方法对桥环化合物进行手性识别[6].

　　以环糊精作为主体分子通过形成非共价复合物对手性化合物进行分析的研究是一种重要的方法[7~9].本工作研究了以α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精为手性拆分剂对手性托品烷分子的手性区分效应,实验结果表明:

环糊精与手性化合物的复合物在CID过程中,复合物离子强度衰减的程度和托品烷对映体含量值呈现一定的线性关系.对这一现象我们进行了解释并且提出了利用环糊精与手性化合物的复合物稳定性进行手性区分的方法.

1　实验部分

1.1　仪器及试剂

　　美国Brucker公司的傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（7.0T,电喷雾离子源;α-环糊精（α-CD、β-环糊精（β-CD和γ-环糊精（γ-CD（购自Sigma公司,美国;消旋托品烷和

E-mail:

ylguo@;Fax:

021-********.ReceivedMarch3,2004;revisedandacceptedMay17,2004.国家自然科学基金（No.20175034资助项目.

α-托品烷由扬州联环医药科技开发有限公司提供,甲醇（色谱纯,所用水为去离子纯蒸馏水,冰醋酸（分析纯

.

图1　托品烷结构式

β-型羟基朝上,α-型羟基朝下

Figure1　Structureoftropine

1.2　标准溶液的配制

　　取α-CD,β-CD和γ-CD用水配成浓度为0.002mol/L的溶液,取消旋和α-托品烷用甲醇配成0.002mol/L浓度的溶液.按体积比将环糊精溶液和分析物质溶液混合留待质谱分

析用.通过α-托品烷和消旋托品烷按不同配比混合得到α-对映体ee值分别为1,0.75,0.50,0.25,0的溶液.

1.3　实验条件

　　电喷雾离子源毛细管和端盖电压分别为-4576V和-3750V;干燥气和雾化气温度分别是190℃和300℃,离子阱捕获极的前板电压为0.96V,后板电压为1.04V;离子检测的激发电压为5.0V.离子源内真空度~6.7×10-5Pa,单极质谱分析中离子阱内真空度~6.4×10-8Pa,CID实验中碰撞气体为氩气,氩气用漏阀引入离子阱至1.3×10-6Pa,离子质量分离时脉冲强度为18dB,CID实验离子激发脉冲强度为19.5dB.注射泵的流速为3μL/min.

1.4　结果与讨论

1.4.1　环糊精对托品烷的手性识别能力

　　α-CD,β-CD,γ-CD和消旋托品烷及α-托品烷摩尔比为1/1的溶液（由于得不到β-托品烷因此用消旋托品烷替代,质谱分析结果见图2,环糊精和托品烷通过包结、氢键、范德

华力等作用而形成的非共价键复合物是手性识别的前提所在[10],从实验结果表明三种环糊精均可与托品烷形成复合物.为了衡量环糊精对托品烷的手性识别率,本文引入如下的公式,用R来表示环糊精对托品烷的手性识别率[11]:

　　R=

（[CD+A]/[CD]dl（[CD+A]/[CD]d

=KdlKd[CD+A]和[CD]分别表示复合物的峰强度和环糊精的峰强度,K表示环糊精对α-托品烷的非共价键合率,下标dl和

d分别表示消旋和α-托品烷.　　各环糊精对托品烷的K值和R值见表1所示（为三次实验的平均值.由表中的K值可知各环糊精与β-托品烷的配位作用都强于与α-托品烷的配位作用,不过由于α-CD,β-CD和γ-CD的吡喃葡萄糖数目的不同,会导致各环糊精的

键角与空间结构不同,从而影响其对托品烷的α,β型的匹配性,因此不同的环糊精会有不同的手性识别能力（体现为R值各不相同,这符合尺寸/形状适合原则[12]

三种环糊精中β-CD对托品烷的手性识别能力较强.

表1　三种手性拆分剂与托品烷不同异构类型的K和R值Table1　ValuesofKandRforthreetypesofcyclodextrinandenantiomersoftropine

环糊精类型

托品烷异构类型

K

R

α-CD

消旋

3.231.17α-型2.77β-CD消旋5.002.40α-型2.08γ-CD

消旋5.561.28

α-型

4.35

1.4.2　β-CD和托品烷复合物的CID实验

　　对β-CD和托品烷复合物进行CID实验,结果见图3,由质谱图可看到有托品烷的加质子峰,没有环糊精的峰,这是

因为托品烷中具有叔胺结构,这样托品烷的质子亲和势相对环糊精高,由此复合物上电荷也应该是带在托品烷分子上的.

1.4.3　CID过程中的手性识别效应

　　单极质谱中的手性区分效应是通过环糊精腔体和托品烷分子的手性中心的非共价键相互作用的匹配性实现的.通

过单极质谱的筛选,发现β-CD对手性托品烷分子的区分效应最强,这提示我们β-CD同手性托品烷分子构象的不同会引起两种复合物的结构和稳定性存在差异.由于CID实验中得不到环糊精的峰,所以无法用动力学的方法从二级质谱上的母离子和子离子的丰度比来进行ee值的测定[13]

.

　　两种复合物离子的质/荷比相同,两种离子的回旋路径相同,而且CID过程中的碰撞气体的压力恒定,因此复合物离子信号的衰减程度直接与两种复合物的结构和稳定性存在差异相关.这里复合物离子信号的衰减程度,我们采用离子在两种激发能量条件下信号强度的比值来衡量,低能激发采用30dB的激发能,高能激发采用18.5dB的激发能.托品烷不同ee值与复合物离子在两种激发状态的衰减程度的变化规律,如表2所示.表中数据表明ee值和R′值之间存在一

表2　不同ee值托品烷的R′值

Table2　ValuesofR′fordifferentenantiomericexcessoftropineee值

dB值

3018.5R′值a12.6×10

7

1.46×107

1.780.75

1.40×1070.82×1071.70

0.51.62×1071.0×1071.620.251.59×1071.01×1071.570

1.75×107

1.20×107

1.46

a

R′代表分别在30dB和18.5dB时复合物离子强度比值.

1960

　　　　　　化学学报Vol.62,2004

图2　环糊精和托品烷包合物及托品烷质谱图

Figure2　Massspectraofcyclodextrinand

tropine

图3　环糊精和托品烷二聚体复合物的CID质谱图Figure3　CIDMassspectrumforthecomplexoftropinewithcyclodextrin定的对应关系,对应5个不同ee值1,0.75,0.50,0.25,0的R′值分别是1.78,1.70,1.62,1.57,1.46,两者成线性关系,这一实验结果提示我们进一步深入研究其中具体的关系,从这个角度着手建立一个确定对映体含量的方法.

2　结论

　　三种环糊精中β-CD对托品烷具有较强的手性区分能力,通过CID实验发现通过改变激发能量引起复合物离子强度衰减的程度和托品烷ee值呈现出线性对应关系,这种方法有望为手性化合物的质谱区分研究提供新的途径.

1961

No.19任士芳等:

环糊精对托品烷手性识别的电喷雾傅立叶变换离子回旋共振质谱研究

References

1Fales,H.M.;Wright,G.W.J.Am.Chem.Soc.1977,99,2339.

2Tao,W.A.;Zhang,D.;Nikolaev,E.N.;Cooks,R.G.J.

Am.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.;Ahn,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.Acta2003,482,1.

7Yu,C.-T.;Guo,Y.-L.ActaChim.Sinica2001,59（4,615

（inChinese.

（余

天,郭寅龙,化学学报,2001,59（4,615.

8He,P.;Guo,Y.-L.Anal.Lett.2003,36,493.

9Armstrong,D.W.;Ward,T.;Armstrong,R.D.;Beesley,T.

E.Science1986,232,1132.

10Hinze,W.L.;Riehl,T.E.;Armstrong,D.W.;Demond,W.;Alak,A.;Ward,T.Anal.Chem.1985,57,237.

11Lu,H.-J.;Yu,C.-T.;Guo,Y.-L.ActaChim.Sinica2002,60（6,882（inChinese.

（陆豪杰,余天,郭寅龙,化学学报,2002,60（6,882.12Eftink,M.R.;Andy,M.L.;Bysttom,K.J.Am.Chem.

Soc.1998,111（17,6765.

13Tao,W.A.;Clark,R.L.;Cooks,R.G.Anal.Chem.2002,74,3783.

（A0403037　CHENG,B.

1962　　　　　　化学学报Vol.62,2004