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

1、2004年第62卷第19期,19591962化学学报ACTA CHI M ICA SINICAVol.62,2004No.19,19591962·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-环糊精、-环糊精和-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-环糊精具备较-环糊精和-环糊精更强的手性区分能力,-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

2、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

6、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25.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79.本工作研究了以-环糊精、-环糊精和-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

7、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Bruc ker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;-环糊精(-CD、-环糊精(-CD和-环糊精(-CD(购自Sig ma公司,美国;消旋托品烷和E-mail:yl guo;Fax:021-*. Received M arch3,2004;revised and accepted May17,2004.国家自然科学基金(No.20175034资助项目.-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

8、酸(分析纯 .图1托品烷结构式-型羟基朝上,-型羟基朝下Figure 1Structure of tropine1.2标准溶液的配制取-CD ,-CD 和-CD 用水配成浓度为0.002mol /L 的溶液,取消旋和-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-托品烷和消旋托品烷按不同配比混合得到-对映体e e 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

9、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 ,CI D 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 ,CI D 实验离子激发脉冲强度为19.5dB .注射泵的流速为3L /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-CD ,-CD ,-CD 和消旋托品烷及-托品烷摩尔比为1/1的溶液(由于得不到-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

10、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=K dl K d 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-托品烷的非共价键合率,下标dl 和d 分别表示消旋和-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-托品烷的配位作用都强于与-托品烷的配位作用,不过由于-CD ,-CD 和-CD 的吡喃葡萄糖数目的不

11、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,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-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Table 1Values of K and R for three types of cyclodextrin and enantiomers of tropine环糊精类型托品烷异构类型KR-CD消旋3.231.17-型2.77-CD 消旋5.002.40-型2.08-CD消旋5.561.28-型4.351.4.2-CD 和托品

12、烷复合物的CID 实验对-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.1.4.3CID 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-CD 对手性托品烷分子的区分效应最强,这提示我们-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

13、离子的丰度比来进行e e 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e e 值和R 值之间存在一表2不同ee 值托品烷的R 值Table 2Values of R for different enantiomeric e

14、xcess of tropine ee 值dB 值3018.5R 值a 12.6×1071.46×1071.780.751.40×1070.82×1071.700.51.62×1071.0×1071.620.251.59×1071.01×1071.5701.75×1071.20×1071.46aR 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Figure2Mass spectra of cyclodext

15、rin and tropine图3环糊精和托品烷二聚体复合物的CID质谱图Figure3CID Mass spectrum for the complex of tropine with cyclodextrin 定的对应关系,对应5个不同e e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-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

16、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.1961No.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 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.;

17、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.A cta2003,482,1.7Yu,C.-T.;Guo,Y.-L.A cta Chim.Sinica2001,59(4,615(in Chinese.(余 天,郭寅龙,化学学报,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