不具有 2 個甲基胺取代基的類似物

為了進一步瞭解帶有兩個胺基(-NH₂)的芳香族化合物是否都會在 ESI 的過程中失去 NH₃，我們探討了三種市面上較容易取得的二胺基芳香 族化合物的解離現象；分析的化合物為：m-phenylenediamine (m-PDA)、

o-phenylenediamine (o-PDA) 和 p-aminobenzylamine (p-ABA) 。 不 同 於 m-XDA 在苯環的間位鍵結兩個-CH2NH₂取代基，m-PDA (分子量 108.14

NH₂ H₂N

圖4-6 m-PDA 的分子結構

圖4-7 m-PDA 正電模式：(A)電噴灑游離質譜圖；(B) m/z 109 離子碰撞誘 導解離質譜圖；(C) m/z 92 離子碰撞誘導解離質譜圖

圖 4-8 m-PDA 的 m/z 92 離子的生成機制

改以觀察 o-PDA 在氣相中的表現，圖 4-9A 是 o-PDA 分子經 ESI 游 離後的質譜圖，圖4-9B 和圖 4-9C 則分別是質子化 o-PDA 離子的一次和 二次碰撞誘導解離質譜圖，發現其結果與 m-PDA 相同，二次 CID 的產物 離子中沒有[MH - NH₃ - H•]^●+、[MH - NH₃ - H₂]⁺和[MH - 2NH₃]⁺離子。這 意謂著取代基相對位置的改變，並不會影響苯二胺化合物的解離途徑(圖 4-10)。

圖4-9 o-PDA 正電模式：(A)電噴灑游離質譜圖；(B) m/z 109 離子碰撞誘 導解離質譜圖；(C) m/z 92 離子碰撞誘導解離質譜圖

圖4-10 o-PDA 的 m/z 92 離子的生成機制

須要注意的是，實驗過程中發現 o-PDA 在配製兩小時後，溶液顏色 會由原先的透明無色開始轉變為淡黃色，並隨著靜置時間的增長而顏色 逐漸加深；若對新鮮配製和久置後的 o-PDA 溶液分別進行 ESI/MS 分析，

比較圖4-11A 和圖 4-11B，可以發現 o-PDA 的 MH⁺離子(m/z 109)的訊號 強度轉弱，而 m/z 119 強度增強外，並且有一系列與 m/z 119 質荷比相差 14 dalton (Da)的離子產生。為了瞭解 o-PDA 溶液的穩定性，我們同時將 高濃度(10^-2 M)和低濃度(10^-4 M)的 o-PDA 溶液靜置在不同條件的光照和 溫度下十小時，但只選擇濃度較低的10^-4 M o-PDA 溶液注射到質譜儀分 析，並比較其間 ESI/MS 結果的不同。圖 4-12 的縱軸為離子訊號強度分 率，橫軸為 o-PDA 的 MH⁺離子及其他特定離子的質荷比訊號；其中的A 是將10^-4 M o-PDA 溶液置於室溫且有光照的環境，C 是將 10^-4 M o-PDA 溶液置於室溫而沒有光照(包覆鋁箔)的環境，D 是將 10^-4 M o-PDA 溶液 置於冰箱(-20°C)但不包覆鋁箔(冰箱內無光照)的環境，E 是將 10^-4 M o-PDA 溶液置於冰箱(-20°C)且又另外包覆有鋁箔的環境，F 是直接在室 溫且有光照的環境下配製完10^-4 M 的樣品溶液後立刻進行質譜分析。以 肉眼觀察，只有在室溫且有光照環境下的10^-2 M 溶液會變為黃色，其餘

的10^-2 M 溶液再稀釋為 10^-4 M 溶液後進行 ESI/MS 分析(圖 4-12 的 B)，

其 m/z 133 和 m/z 147 離子訊號強度的相對比值較高，有可能是導致溶液 變為黃色的原因。實驗結果發現，新鮮配製的 o-PDA 溶液的 MH⁺離子(m/z 109)訊號最強，較不受其他離子訊號的抑制；保存於-20°C 冰箱中的溶液 雖然也可獲得不錯的 m/z 109 訊號強度，但已可見一定強度的 m/z 119、

m/z 133、m/z 147...等等一連串的訊號；若是將溶液放置於室溫和光照的 條件下，m/z 109 的訊號強度會較弱，甚至低於其他離子。另外，我們也 針對 m/z 119、m/z 133、m/z 147 和 m/z 161 離子進行 CID 實驗，發現各離 子都需要20.0 eV 左右的碰撞能才會有 m/z 92 的碎片離子生成，顯示這 些離子可能不只是單純的加成離子(adduct ion)。因此，未來在進行 o-PDA 的相關實驗時，樣品應該要新鮮配製。

圖 4-11 o-PDA 正電模式：(A)新鮮配製溶液；(B)久置溶液的電噴灑游離 質譜圖

圖4-12 於各種存放條件，o-PDA 在正電模式下的電噴灑游離質譜圖中，

m/z 109、m/z 119、m/z 133、m/z 147、m/z 161、m/z 175 和 m/z 189 離子訊 號強度的相對比值

上述兩種苯二胺化合物的二次 CID 斷片皆沒有[MH - NH₃ - H•]^●+、 [MH - NH₃ - H₂]⁺和[MH - 2NH₃]⁺等離子的生成，我們接著研究苯環上各 鍵結一個-CH₂NH₂和-NH₂取代基的化合物 p-ABA (分子量 122.17 g/mol，

圖 4-13)的解離現象。圖 4-14A 是 p-ABA 的電噴灑游離質譜圖，依據我 們的理論計算結果，p-ABA 分子中-NH₂和-CH₂NH₂的質子親和力約各為 211.2 kcal/mol 和 228.0 kcal/mol，所以質子化 p-ABA 離子的質子應是落 在-CH₂NH₂上(圖 4-15)。

質譜儀的碰撞能設定在 5.0 eV 便可以很有效率使質子化 p-ABA 離子 失去NH₃ (圖 4-14B 和圖 4-15)，這個離子雖可再進一步解離生成 m/z 79 和 m/z 77 離子，但與苯二胺結果相同，並沒有[MH - NH₃ - H•]^●+、[MH - NH - H ]⁺和[MH - 2NH ]⁺等離子的生成(圖 4-14C)。結果顯示，雖然

o-PDA、m-PDA 和 p-ABA 都帶有兩個胺基，但它們的 MH⁺離子經二次 CID 後並不會像 m-XDA 一樣的生成[MH - NH₃ - H•]^●+離子。因此，苯環 上的兩個胺基必須都是甲基胺，這是MH⁺離子經二次CID 後要生成少見 的[MH - NH₃ - H•]^●+自由基陽離子和斷裂成[MH - 2NH₃]⁺離子的必要條 件。

H₂N

NH₂

圖4-13 p-ABA 的分子結構

圖4-14 p-ABA 正電模式：(A)電噴灑游離質譜圖；(B) m/z 123 離子碰撞誘 導解離質譜圖；(C) m/z 106 離子碰撞誘導解離質譜圖

圖4-15 p-ABA 的 m/z 106 離子的生成機制

理論計算可以模擬各種 MH⁺離子解離成[MH - NH₃]⁺離子，或是[MH - NH₃]⁺離子解離成[MH - NH₃ - H•]^●+自由基陽離子所需的能量，為了能預 測一些 XDA 衍生物可能得到的 CID 斷片，我們以能量的觀點來探討何 以 o-PDA、m-PDA 和 p-ABA 的[MH - NH₃]⁺離子無法解離生成[MH - NH₃ - H•]^●+離子。結果顯示，o-PDA 的[MH - NH₃]⁺離子生成[MH - NH₃ - H•]^●+

離子需要77.2 kcal/mol，m-PDA 需要 86.2 kcal/mol，而 p-ABA 則需要 112.6 kcal/mol，三者皆比 m-XDA (48.6 kcal/mol)的值高(圖 4-16 和圖 4-17)。可 以看出來，由 o-PDA、m-PDA 和 p-ABA 生成的[MH - NH₃]⁺離子解離•H，

成為自由基陽離子所需的底限能極高，造成碰撞誘導解離質譜圖中沒有 [MH - NH₃ - H•]^●+離子的顯現。若比對三種PDA 結構異構物的底限能，

則任一種解離情形所需的能量都比 m-XDA 高(圖 4-16)，導因於 PDA 為 苯胺化合物，由其身上解離NH₃和•H 都會破壞芳香性，因此，PDA 結構 異構物兩個-NH₂相對位置的不同，並不會造成底限能太大的變化。相反 的，由ABA 解離 NH₃並不會破壞芳香性，圖4-17 是三種 ABA 結構異構 物底限能的計算結果。m-ABA 生成[MH - NH₃]⁺離子的底限能為 30.6 kcal/mol，僅略高於 m-XDA (29.0 kcal/mol)，o-ABA (24.2 kcal/mol)和 p-ABA (13.3 kcal/mol)所需的能量較 m-XDA 略低，而與 p-XDA (26.7

中將說明何以 o-XDA 生成[MH - NH₃]⁺離子的底限能會遠高於 m-XDA。

然而，三種ABA 由[MH - NH₃]⁺離子解離成[MH - NH₃ - H•]^●+離子的底限 能都較 m-XDA 高了許多，原因在於失去•H 將會破壞芳香性。

圖 4-16 以 UB3LYP/6-311++G(d,p)理論計算質子化 PDA 離子解離生成 [MH - NH3]⁺和[MH - NH3 - H•]^●+離子所需能量

圖 4-17 以 UB3LYP/6-311++G(d,p)理論計算質子化 ABA 離子解離生成 [MH - NH3]⁺和[MH - NH3 - H•]^●+離子所需能量

化合物 m-XDA 的結構中具有兩個-CH₂NH₂取代基，其 MH⁺離子經 CID 後會解離成數個 EE 離子斷片和數個罕見的 OE 離子斷片，我們選擇 在結構中具有兩個-CH₂OH 取代基的分子，觀察此種分子在質譜中的氣相 表現，並與 m-XDA 的解離情形進行比較。化合物 p-benzenedimethanol (p-BDM，分子量 138.17 g/mol，圖 4-18)在 ESI 負電模式下可以觀察到[M - H]^－ (m/z 137)和[M - H - H₂O]^－ (m/z 119)離子的生成(圖 4-19A)，若是選 擇[M - H]^－離子進行 CID 後主要會解離成 m/z 119 和 m/z 107 離子(圖 4-19B)，其中的 m/z 119 離子是[M - H]^－離子失去一個水分子的斷片離子，

而 m/z 107 離子則是[M - H]^－離子失去一個甲醛分子的斷片離子(圖

4-20)。圖 4-19C 是選擇 p-BDM 的[M - H - H₂O]^－離子進行 CID 實驗，與 m-XDA 針對[MH - NH3]⁺離子的CID 結果並不相同，p-BDM 的[M - H - H₂O]^－離子經 CID 後不會產成[M - H - 2H₂O]^－離子或者其他的OE 離子。

OH HO

圖4-18 p-BDM 的分子結構

圖4-19 p-BDM 負電模式：(A)電噴灑游離質譜圖；(B) m/z 137 離子碰撞 誘導解離質譜圖；(C) m/z 119 離子碰撞誘導解離質譜圖

圖 4-20 p-BDM 的 m/z 107 離子的生成機制

4.3 具有 2 個甲基胺取代基的 6 環 m-XDA 類似物