Beckmann重排反應的同分異構物動力學法

將 VESI 與動力學法結合對 Beckmann 重排反應進行線上動力學法偵 測，藉助的是分析物與參考物於氣相中形成質子化二聚離子(proton-bound dimeric ion, PBD)，再經碰撞誘導解離後產生分析物與參考物相關的斷片，

因為分析物與參考物具有不同質子親合力(proton affinity, PA)，具有較高 PA 值的化合物於MS/MS 圖中強度較強。同分異構物具有不同的 PA 值，當各

先以具有醯胺結構的acetaminophen (acetyl-para-aminophenol, APAP) 作為參考物，分別與AA與NMB生成穩定的PBD (圖 4-61)，質譜圖中顯現 的離子主要有m/z 136 ([AA + H]⁺ or [NMB + H]⁺)、m/z 152 [APAP + H]⁺、m/z 271 ([AA-H⁺-AA] or [NMB-H⁺-NMB]) 、 m/z 287 ([AA-H⁺-APAP] or [NMB-H⁺-APAP]) (圖 4-62)。

圖 4-61 (A) AA與APAP混合液的質譜圖；(B) NMB與APAP混合液的質譜圖  

圖 4-62 AA與NMB結合APAP形成的質子化二聚離子示意圖

圖 4-63 PBD的斷片質譜圖: (A)AA與APAP; (B)NMB與APAP

以 5 V碰撞能對[AA-H⁺-APAP]進行CID，所得斷片離子的相對強度(I

136/I₁₅₂)為 0.15，相同條件下，由[NMB-H⁺-APAP]解離的斷片離子相對強度 (I ₁₃₆/I₁₅₂)為 4.17 (圖 4-63)。此項結果說明PA值的大小關係為: NMB >

APAP > AA，而且以動力學法分析AA和NMB兩種同分異構物時，由APAP 所衍生出來的兩個(I ₁₃₆/I₁₅₂)數據大小適中，因此在未來研究中APAP是一個 很適當的參考物。

初步展示動力學法是可應用於辨別AA和NMB標準品後，接下來將探討 動力學法分析混合物中AA和NMB相對比例的能力，觀察動力學法結果的準 確度是否會受混和比例的不同而影響，理論上PA是一種物性，因此當PBD 於CID後所生成的兩種斷片相對比，並不會受到樣品中異構物相對比例不 同，得到的斷片相對比而有所改變。將體積比各為 1:1、1:10 和 10:1 的AA 和APAP混合液進行電噴灑游離，觀察所生成[AA-H⁺-APAP]離子的碰撞誘 導解離結果，得到(I ₁₃₆/I₁₅₂) 分別為 0.15 (1:1 混合液)、0.15 (1:10 混合液)和 0.15 (10:1 混合液)，代表著(I ₁₃₆/I₁₅₂)並不會因為樣品中AA與APAP相對含量 不同而有所改變(圖 4-64)。

圖 4-64 含不同 AA 與 APAP 量生成之質子化二聚體的 CID 圖：(AA/APAP) 體積比(A) 1:1； (B) 1:10； (C) 10:1

 

其次以體積比各為1:1、1:10 和 10:1 的NMB和APAP混合液進行文氏管 電噴灑游離法，並進行碰撞誘導解離，所得(I ₁₃₆/I₁₅₂)比值分別為 4.14 (1:1 混合液)、4.21(1:10 混合液)和 4.29(10:1 混合液)，彼此間並無顯著差別(圖 4-65)。結果同樣顯示，(I ₁₃₆/I₁₅₂)並不會受到混合液中分析物與參考物比例 的不同而有顯著的改變，所以未來分析未知樣品時，不同樣品之間所含的 AA或NMB量雖各有不同，但皆可以加入等量的參考物APAP而不會影響分 析結果。

圖 4-65 含不同 NMB 與 APAP 量生成之質子化二聚體的 CID 圖：

初步所得顯示R_A為0.15，R_B為4.21，由AA:NMB為 40:60 所混和的樣品 所得的R

B

M為1.19 ( )，由這 3 個數值求得實驗值AA:NMB為 39:61 與 理論值一致。

圖 4-66

圖 4-66 AA:NMB:APAP = 2:3:1 混合之樣品所得 PBD 的 MS/MS 圖  

目前的研究結果顯示，動力學法可以成功的推估混合液中 AA 與 NMB 的相對含量，未來將使用更多不同比例的AA 與 NMB 樣品驗證動力學法的 可靠性，不同於 4.9.2 章節所用，以特定斷片離子的相對強度分析同分異構 物的相對含量，動力學法操作時不需要建立檢量線，在操作執行上較前者 簡易方便。

本研究所開發的VESI 自動進樣方式搭配了動力學法，作線上偵測具有 的立體選擇性有機反應，探討裝置應用的可能性。在實際應用於線上偵測 苯乙酮合成醯胺反應上，雖未同時得到兩種同分異構物產物作為線上偵測 的目標，但可結合T 型雙重進樣裝置作半定量混合液中兩者的相對含量。

第五章 結論

自電噴灑游離時，所用霧化氣體形成 Venturi effect 所導致的壓力差而非原 先設想的泰勒錐。當開啟霧化氣體並以管內徑130 μm 長度 10 公分的 PEEK 管進行葡萄糖胺水溶液自動進樣測試，關閉或開啟電噴灑游離電壓時所記 錄的樣品液流速依序為19.9±1.9 μL/min 和 18.7±1.1 μL/min，顯示電噴灑游 離電壓並非造成樣品液流動的主因，相反的，關閉霧化氣體時不論是否開 啟電噴灑游離電壓，樣品液都沒什麼流動。

為了進一步了解所開發的VESI 工作原理以及未來可能的應用面，因而

有利水解反應，而酸性環境下則會抑制水解反應，這結果與文獻報導一致。

苯乙酮合成醯胺反應是用來探討雙重進樣於有機反應立體選擇性研究上的 可能性，苯乙酮經Beckmann 重排反應後可得到 AA 和 NMB 兩種同分異構 物，以雙重進樣方式應用動力學法，我們成功克服了無法直接以質荷比區 分AA 和 NMB 兩種同分異構物的問題，並可半定量混合液中兩者的相對含 量，當實際應用於苯乙酮合成醯胺反應時，則因異構物產物幾乎只有 AA 單一化合物，而無法進一步觀察溫度和溶劑等實驗參數對產物立體選擇性 的影響。

本研究所開發的VESI 質譜法具有操作簡單、成本便宜、能快速切換樣 品、具有擴充性等特點，特別適用於一些反應時間只有數分鐘的反應機制 探討。雙重進樣的設計可以進行串連反應，若是運用於動力學法上，便可 以探討特定化學反應其立體選擇性與反應參數間的關係。研究中所採用的 質譜游離方式為電噴灑游離法，因此所探討的化學反應受限於以水和甲醇 溶劑為主的溶液，未來可進一步發展以大氣化學游離法做為游離方式，將 化學反應可用的溶劑範圍進一步擴充，此外樣品液若存在固體將會堵塞進 樣管，若能改良樣品進樣方式避免固體堵塞進樣管，將可擴充VESI 可以研 究的化學反應種類。

第六章 參考文獻

1. Zhu, L.; Gamez, G.; Chen, H. W.; Huang, H. X.; Chingin, K.; Zenobi, R.

Rapid Commun. Mass Spectrom. 2008, 22, 2993-2998.

2. Chen, T.-Y.; Chao, C.-S.; Mong, K.-K. T.; Chen, Y.-C. Chem. Commun.

2010, 46, 8347.

3. Takats, Z.; Wiseman, J. M.; Gologan, B.; Cooks, R. G. Science 2004, 306, 471-473.

4. Workman, J.; Creasy, K. E.; Doherty, S.; Bond, L.; Koch, M.; Ullman, A.; Veltkamp, D. J. Anal. Chem. 2001, 73, 2705-2718.

5. Pintar, A.; Malacea, R.; Pinel, C.; Fogassy, G.; Besson, M. Applied Catalysis A: General 2004, 264, 1-12.

6. Schafer, W. A.; Hobbs, S.; Rehm, J.; Rakestraw, D. A.; Orella, C.;

McLaughlin, M.; Ge, Z.; Welch, C. J. Organic Process Research &

Development 2007, 11, 870-876.

7. Brum, J.; Dell’Orco, P. Rapid Commun. Mass Spectrom. 1998, 12, 741-745.

8. Santos, L. S.; Knaack, L.; Metzger, J. O. Int. J. Mass spectrom. 2005, 246, 84-104.

9. Marquez, C.; Metzger, J. O. Chem. Commun. 2006, 1539-1541.

10. Marquez, C. A.; Fabbretti, F.; Metzger, J. O. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6915-6917.

11. Dalmázio, I.; Santos, L. S.; Lopes, R. P.; Eberlin, M. N.; Augusti, R.

Environmental science & technology 2005, 39, 5982-5988.

12. Santos, L. S.; Pavam, C. H.; Almeida, W. P.; Coelho, F.; Eberlin, M. N.

Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4330-4333.

13. Dell'Orco, P.; Brum, J.; Matsuoka, R.; Badlani, M.; Muske, K. Anal.

Chem. 1999, 71, 5165-5170.

14. Brum, J.; Dell'Orco, P.; Lapka, S.; Muske, K.; Sisko, J. Rapid Commun.

Mass Spectrom. 2001, 15, 1548-1553.

15. Clinton, R.; Creaser, C. S.; Bryant, D. Anal. Chim. Acta 2005, 539, 133-140.

16. Jones, M. A.; Kramer, A.; Humbert, M.; Vanadurongvan, T.; Maurer, J.;

Bowser, M. T.; Borgerding, A. J. Anal. Chem. 2008, 80, 123-128.

17. Cisper, M.; Hemberger, P. Rapid Commun. Mass Spectrom. 1997, 11, 1449-1453.

18. Petucci, C.; Diffendal, J.; Kaufman, D.; Mekonnen, B.; Terefenko, G.;

Musselman, B. Anal. Chem. 2007, 79, 5064-5070.

19. Xie, Y.; He, L.-F.; Lin, S.-C.; Su, H.-F.; Xie, S.-Y.; Huang, R.-B.; Zheng, L.-S. J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 2009, 20, 2087-2092.

20. Hsieh, C.-H.; Chang, C.-H.; Urban, P. L.; Chen, Y.-C. Anal. Chem. 2011, 83, 2866-2869.

21. Hsieh, C.-H.; Chao, C.-S.; Mong, K.-K. T.; Chen, Y.-C. J. Mass Spectrom. 2012, 47, 586-590.

22. McCullough, B. J.; Bristow, T.; O'Connor, G.; Hopley, C. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2011, 25, 1445-1451.

23. Santos, V. G.; Regiani, T. s.; Dias, F. F. G.; Romão, W.; Jara, J. L. P.;

Klitzke, C. c. F.; Coelho, F.; Eberlin, M. N. Anal. Chem. 2011, 83, 1375-1380.

24. Schwab, N. V.; Porcari, A. M.; Coelho, M. B.; Schmidt, E. M.; Jara, J. L.;

Visentainer, J. V.; Eberlin, M. N. Analyst 2012, 137, 2537-2540.

25. Takada, Y.; Nagano, H.; Suzuki, Y.; Sugiyama, M.; Nakajima, E.;

Hashimoto, Y.; Sakairi, M. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2011, 25, 2448-2452.

26. Schäfer, K.-C.; Balog, J.; Szaniszló, T.; Szalay, D.; Mezey, G.; Dénes, J.;

Bognár, L. s.; Oertel, M.; Takáts, Z. Anal. Chem. 2011, 83, 7729-7735.

27. Yu, Z.; Chen, L. C.; Mandal, M. K.; Nonami, H.; Erra-Balsells, R.;

Hiraoka, K. J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 2012, 23, 728-735.

28. Kolakowski, B. M.; Simmons, D. A.; Konermann, L. Rapid Commun.

Mass Spectrom. 2000, 14, 772-776.

29. Miao, Z.; Chen, H.; Liu, P.; Liu, Y. Anal. Chem. 2011, 83, 3994-3997.

30. Konermann, L.; Douglas, D. Biochemistry 1997, 36, 12296-12302.

31. Wilson, D. J.; Konermann, L. Anal. Chem. 2003, 75, 6408-6414.

32. Lee, E. D.; Mueck, W.; Henion, J. D.; Covey, T. R. J. Am. Chem. Soc.

1989, 111, 4600-4604.

33. Sam, J. W.; Tang, X. J.; Peisach, J. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 5250-5256.

34. Li, Z.; Sau, A. K.; Furdui, C. M.; Anderson, K. S. Analytical biochemistry 2005, 343, 35-47.

35. Li, Z.; Song, F.; Zhuang, Z.; Dunaway-Mariano, D.; Anderson, K. S.

Analytical biochemistry 2009, 394, 209-216.

36. Gawly, R. E.; Smith, M. B.; March, J. John Wiley & Sons: New York, 2001 1988, 35, 1.

37. De Luca, L.; Giacomelli, G.; Porcheddu, A. The Journal of Organic Chemistry 2002, 67, 6272-6274.

38. Cooks, R. G.; Kruger, T. L. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 1279-1281.

39. Cooks, R. G.; Patrick, J. S.; Kotiaho, T.; McLuckey, S. A. Mass Spectrom. Rev. 1994, 13, 287-339.

40. Kumari, S.; Prabhakar, S.; Vairamani, M.; Lavanya Devi, C.; Chaitanya, G. K.; Bhanuprakash, K. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2007, 18,

1516-1524.

41. Hyyrylainen, A. R. M.; Pakarinen, J. M. H.; Fulop, F.; Vainiotalo, P. J.

Am. Soc. Mass Spectrom. 2009, 20, 34-41.

42. Lianming, W.; Rebecca, L. C.; Cooks, R. G. Chem. Commun. 2003, 136-137.

43. Nagaveni, V.; Prabhakar, S.; Vairamani, M. Anal. Chem. 2004, 76, 3505-3509.

44. Chen, H.; Justes, D. R.; Cooks, R. G. Org. Lett. 2005, 7, 3949-3952.

45. Liu, M.; Yang, I.; Buckley, B.; Lee, J. K. Org. Lett. 2010, 12, 4764-4767.

46. Oldamur Hollóczki, Z. K., and László Nyulászi The Journal of Organic Chemistry 2012, 77, 6014-6022.

47. 張淨雲 以動力學法和加速揮發方式快速偵測樣品中的特定成分 2010, 國立高雄大學, 52-53.

48. Vicente Pereira, A. Analyst 1998, 123, 1011-1015.

 

在文檔中 文氏管電噴灑游離質譜法的開發 (頁 101-114)