电喷雾质谱中的双键断裂反应研究

Electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) has become one of the most widely used analytical instruments. The fragmentation reactions in multi-stage mass spectrometry can be applied in structural identification of organic compounds. However, fragmentation rules of organic compounds in ESI-MS are quite insufficient, which has restricted the further application of ESI-MS in the field of analytical chemistry. In recent years, researches on the fragmentation rules have received tremendous attention. This project intends to systematically study the double bond cleavage reactions of organic molecules in ESI-MS for the first time. Three types of model compounds containing C=C, C=N and C=O bond are designed. A variety of experimental methods such as high resolution mass spectrometry, isotope labeling, and substituent effect combined with high-level theoretical calculations are used to clarify the mechanism of double bond cleavage and to reveal the intrinsic relationship between the compound’s structure and double bond cleavage. Finally, the model will be applied to identify the structure of synthetic organic compounds, pharmaceuticals and other samples, especially the trace components in the mixture samples, such as drug impurities and drug metabolites.

电喷雾质谱已经成为应用最为广泛的分析仪器之一，运用多级质谱中的裂解反应能够对有机化合物进行结构鉴定。但是目前有机化合物在电喷雾多级质谱中的裂解反应规律非常匮乏，已经成为制约电喷雾质谱进一步发展和应用的重要因素之一，因此近年来电喷雾质谱中的裂解规律研究得到了广泛地关注。本项目拟首次对有机化合物在电喷雾质谱中发生双键断裂的裂解现象进行深入系统地研究。针对C=C、C=N和C=O三类常见的双键化合物，分别设计模型化合物，通过高分辨质谱、同位素标记、取代基效应等多种实验手段以及高精度的理论计算，阐明这三类双键断裂反应的机理，揭示双键优先发生断裂与化合物结构之间的内在联系。在总结一系列裂解反应规律的基础上，构建电喷雾质谱中普适性的双键断裂反应模型，并将该模型应用于有机合成化合物、药物等实际样品的结构分析，尤其是复杂样品中的微量成分的结构鉴定，如药物杂质、药物代谢物等。

电喷雾质谱已经成为应用最为广泛的分析仪器之一，运用多级质谱能够对有机化合物进行结构鉴定。但是目前有机化合物在电喷雾多级质谱中的裂解反应规律非常匮乏，已经成为制约电喷雾质谱进一步发展和应用的重要因素之一，因此近年来电喷雾质谱中的裂解规律研究得到了广泛的关注。本项目首次对有机化合物在电喷雾质谱中发生双键断裂的裂解现象及机理进行深入系统的研究。针对C=C、C=N和C=O三类常见的双键化合物，分别选择和设计模型化合物，通过串联质谱、高分辨质谱、同位素标记等多种实验手段以及高精度的理论计算，阐明这三类双键断裂反应的机理，揭示双键优先发生断裂与化合物结构之间的内在联系。在总结一系列裂解反应规律的基础上，提出了电喷雾质谱中普适性的双键（C=C、C=O、C=N）断裂反应模型：双键首先结合一个质子（来自于离子化或者分子内氢迁移），然后分子内一对电子（或者电负性基团，如氢负离子等）转移到双键上，从而使双键还原成单键，然后发生断裂。该裂解反应模型在一些药物分子和合成化合物（酮替芬、赛庚啶、α,β-不饱和酮、席夫碱等）的质谱裂解分析中得到了较好的应用。本研究提高了我们对电喷雾串联质谱中有机化合物的双键断裂反应的认识和理解，为相关化合物的质谱解析提供了理论依据，为有机质谱学和气相离子化学提供了新的研究内容。本项目在实施期内总共发表标注项目号的SCI论文8篇，完成了研究计划和目标。