動力學法鑑定同分異構物

動力學法的概念是由Cooks等人³⁸於 1977 年首先提出，並用來量測 alkylamines的質子親合力，所量得的pyridine質子親合力為 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子[A-H⁺-B]與惰性氣體進 行碰撞誘導解離後，離子斷片AH⁺與BH⁺的相對強度(式 1 和 2)，推導出分 析物A的質子親合力和氣相酸度；B為已知PA值的參考物。假設質子化二聚

離子[A-H⁺-B]解離形成AH⁺或BH⁺的反應為不可逆，則k_-1與k_-2可忽略不計。

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。

動力學法除了物性的探討外，也可以應用質子親合力或氣相酸度的差 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，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合力。

除了結構異構物外，Cooks 等人於 1994 年更將動力學法推展至分析混 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)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 Vainiotalo等人⁴¹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。

2.10.2 質譜動力學法對三同分異構物相對定量分析

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。⁴²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 在 2005 年提出利用動力學法計算N-Heterocyclic Carbenes的質子親合力大 小，並利用密度泛涵理論(DFT calculations)來推算理論值作實驗與理論的比 較⁴⁴。2010 年Lee 等人也利用此方法與理論計算方式對Phosphines的化合物 作計算，建立於有機合成上關於Phosphines的質子親合力大小⁴⁵。2012 年 Nyulászi等人將carbene作催化反應的催化特性利用密度泛涵理論計算來解 釋，並用動力學法得知carbene五圓環取代基效應的原子質子親合力大小為

N > S > O，較高的質子親合力會因為碳氮鍵間有雙鍵的結構而有些微減少

46。

2.10.4 動力學法和加速揮發方式偵測同分異構物樣品

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本實驗室已於 年 成功利用動力學法和加速揮發方式偵測同分異 構 物 樣 品 ， 選 定 以 結 構 異 構 物 ： 非 對 稱 性 二 甲 基 精 氨 酸(asymmetric dimethylarginine, ADMA) 和 對 稱 性 二 甲 基 精 氨 酸 (symmetric dimethylarginine, SDMA)為分析物研究 表( 2-1)。以及對混合液中的三個同 分異構物的分析，探討的分析物有三大類，分別為醣胺類(GluNH₂, GalNH₂ and ManNH₂)、 醣 類 (glucose, galactose and mannose) 與 甲 基 精 胺 酸 (2-methylpyridine, 3-methylpyridine and 4-methylpyridine)。各別將醣胺類、

醣類進行相對含量的定量分析，並利用文獻值比較結果( 2-2)。 表 表 2-1 兩種計算方法所求得混合液中ADMA/SDMA比例⁵¹

表 2-2 比較不同比例的醣胺類分析物混合液實驗結果與理論值⁵¹