動力學法(kinetic method)

動力學法的概念是由 Cooks 等人 ²⁸於 1977 年首先提出，並用來 量測 alkylamines 的質子親和力，²⁸所量得的 pyridine 質子親和力為 224.7 kcal/mol，3-aminopentane 則為 225.7 kcal/mol，這項結果與利用 其他方式所得數據相符。動力學法使用時以氣相中特定質子化二聚離

17 子親和力(EA)、金屬離子親和力(metal-ion affinity)等物理性質的測 量，或是生化分子結構的判定，以及有機金屬配位基強度的探討等研 究上。以下取自 Cooks 等人 1994 年所發表的回顧文章，舉例說明動 力學法的不同應用: ²⁹

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Hass 等人利用 formate ester 為參考物測量了 52 種 aliphatic alcohols 與 cyclic aliphatic alcohols 的氣相酸度，實驗結果與以平衡法 求得的氣相酸度結果相符。他們並觀察到在一級醇與二級醇上不同位 置甲基化對氣相酸度的影響，發現若在一級醇的α、β、γ 位置分別加 以甲基化，則會使得氣相酸度分別增加 1.9 kcal/mol、1.6 kcal/mol 與 0.9 kcal/mol；同樣的，二級醇上 α、β、γ 位置的甲基化，也使氣相酸 度分別增加 1.0 kcal/mol、1.3 kcal/mol 與 0.8 kcal/mol。

動力學法早期只被用來量測質子親和力和氣相酸度，但以相同的 原理利用 cation-bound dimer 的形成，動力學法也可用來探討特定分 子對金屬離子的親和力。McLuckey 等人於 1982 年首次發表利用動力 學法探討醇類對銀離子的親和力，發現越高碳數與越多支鏈醇類所具 有的銀離子親和力越大，而其相對大小為：tert-butyl alcohol > n-butyl alcohol > iso-propyl alcohol > ethyl alcohol > methyl alcohol。Jacobson 與 Freiser 於 1983 年探討烯類(alkene)對 Ni²⁺的親和力，發現分子量較 s-pyridylethylcysteine，或 arginine 修飾成 dimethylpyrimidylornithine (DMPO)後會形成較強的氫離子鍵結能力，相反的，修飾過後的胺基 酸其金屬離子鍵結能力反而變弱。

除了質子或金屬離子親和力以外，Schroder 等人則藉由觀察

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H2O---Fe⁺---CO 碰撞誘導解離的結果，探討 Fe⁺與 H₂O 和 CO 鍵結力 的大小，發現 Fe⁺對這兩個配位基的親和力差異不大。Sallans 等人則 是以動力學法分析化合物的電子親和力(electron affinity，EA)，發現 1,2-benzanthracene 的 EA 值大於 perylene。

動力學法除了物性的探討外，也可以應用質子親和力或氣相酸度 的差異區分同分異構物。Majumdar 等人首先於 1992 年以動力學法辨 別 數 種 methylcyclohexanols ， 發 現 它 們 氣 相 酸 度 的 大 小 為 ： cis-2-methylcyclohexanol < trans-2-methylcyclo-hexanol = cis-4-methyl- cyclohexanol < trans-4-methylcyclohexanol ，而其中 cis-和 trans-4- methylcyclohexanol 的氣相酸度雖然只差 0.1 kcal/mol，仍然可以加以 分辨。除了區分同分異構物以外，Squires 等人則將動力學法運用於 研究烷基環己酮類進行還原反應時，不同烷基取代基對產物選擇性的 影響。他們先將具有不同取代基的烷基環己酮於氣相中以 hydride(H^-) 進行還原，此時 H^-可從軸向(axial)或水平(equatorial)方向攻擊烷基環 己酮上的羰基(carbonyl group)，生成兩種不同烷氧離子(alkoxide ion) 異構物。這兩種環氧離子具有不同的質子親和力。以動力學法比對不 同異構物的標準品與參考物作用力關係與還原產物實驗所得，可推算 出不同烷基環己酮於氣相中還原時取代基對立體選擇性的影響。於氣 相中沒有溶劑或鹽類等基質的干擾，實驗結果可以用來與理論計算比 較，歸納出烷基環己酮進行還原反應時，立體效應(steric effect)或誘 導效應(inductive effect)這些內在性質(intrinsic effect)對立體選擇性的 影響。

除了結構異構物外，Cooks 等人於 1994 年更將動力學法推展至

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分析混合液中鏡像異構物的組成。以鏡像異構物 l-lucine(l-Ile)和 d-lucine(d-Ile)標準品與參考物 l-alanine(l-Ala)形成聚合離子，經碰撞 誘導解離後，可得相對強度比 l-Ala/l-Ile = 0.0047；l-Ala/d-Ile = 0.0056。並根據這些結果，結合兩點校正法(two-point calibration curves)

29推算出混合液中 l-Ile 與 d-Ile 的相對含量，以分析物 l-Ile 與參考物 產生的產物離子斷片比值對分析物 l-Ile 的相對含量作圖即可得到兩 點所形成的檢量線，以此檢量線對分析物 l-Ile 與 d-Ile 進行相對含量 的定量分析即稱之為兩點校正法。近來 Vairamani 等人³⁰也利用相似 的方法以 L-3,5 diiodo-L-tyrosine 為參考物，對混合液中 d-Val 與 l-Val 進行相對含量的定量分析。除了成功的對鏡像異構物定量外，也發現 以 Cu(Ⅱ)為中心錯合金屬所得的離子斷片差異性較以 Ni(Ⅱ)為中心 金屬時大。Vainiotalo 等人 ³¹以參考物 l-Pro 對兩組 di-endo 與 di-exo 的環類胺基酸異構物以及三組順反式的環類胺基酸異構物。除了可由 參考物與分析物的斷片離子比例分辨同分異構物外，作者也利用兩點 校正法成功求出混合液中順反式的環類胺基酸異構物其莫耳分率大 小。同年， Lee 等人³²也以動力學法提出對 d-form 與 l-form 的 DOPA (3,4-dihydroxy-L-phenylalanine) 進行分析，實驗中除了對中心金屬、

金屬配位基、參考物以及碰撞能大小皆進行實驗參數最佳化的探討 外，也利用兩點校正法成功對混合液中的 DOPA 鏡像異構物進行 enantiomeric excess (ee %)的量測。

除了以動力學法對混合液中的兩種同分異構物進行分析外，

Cooks 等人也在 2003 年提出對混合液中三個立體異構物進行分析。³³ 以 Ni 金屬與參考物以及分析物形成錯化合物，再由兩個不同的參考

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物對相同的金屬錯合物可得到兩種不同的分析物與參考物斷片離子 比例，最後藉由求出混合液中 d、l 與 meso tartaric acid 的莫耳分率。

Cooks 於 2003 年成功地展示以動力學法對混合液中三種同分異構物 進行相對含量的定量分析。隨後，Vairamani 等人也在 2004 年發表利 用相似的方法對混合液中的三種醣胺類進行相對含量的定量分析

34。分別選用 l-Pro 與 l-Trp 做為參考物與三種醣胺類(glucosamine、

galactosamine、mannosamine)形成質子化二聚離子，再藉由外加能量 碰撞產生不同的分析物/參考物離子斷片比例並與分析物相對含量作 圖，即可成功地以三點校正法對混合液中三種醣胺類分析物進行相對 含量的定量分析。

動力學法不僅可利用質子親和力或氣相酸度的不同達到分辨同 分異構物的效果，也可以同分異構物與參考物所形成的質子化二聚離 子藉由碰撞後所生成的分析物/參考物斷片離子比例不同進而分辨同 分異物，並成功地利用兩點或三點校正法對混合液中兩個以及三個同 分異物進行相對含量的定量分析。