Paternò-Büchi（PB）反应与串联质谱结合实现不饱和脂质精确结构解析
发布时间：2021-04-05 18:35
脂质在一系列关键生命过程中发挥着重要作用。结构决定功能,因此脂质结构解析与功能研究一直受到研究者的关注。尽管质谱已成为脂质分析的最常用技术之一,但脂质的精细结构解析仍面临诸多挑战。为解决上述问题,将Paternò-Büchi（PB）光化学反应与串联质谱相结合,实现了不饱和脂质中碳碳双键■的定位以及不饱和脂质■位置异构体的定量分析。此外,该技术可与鸟枪法、液相色谱-质谱和质谱成像等技术联用,用于复杂生物样品中脂质的分析。
【文章来源】：分析测试学报. 2020,39(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
脂质结构解析的一般流程:PS 16 ∶1/18 ∶1在负离子模式下的PB-MS/MS谱图(A),A中m/z 339.3处对应离子的MS3谱图(B),A中m/z 311.2处对应离子的MS3谱图(C),PE 16 ∶1/18 ∶1的MS/MS谱图(D),在m/z 714.6处的去质子PE 16 ∶1/18 ∶1的MS/MS谱图(E),PE 16 ∶1/18 ∶1在正离子模式下的PB-MS/MS谱图(F)
在有机合成领域,研究PB反应主要是为了提高区域和空间选择性。PB反应的机理有两种。一种情况是羰基被紫外光激发,通过n-π*电子跃迁,转换为S1单线态。S1单线态的寿命较短,可很快与烯烃反应生成氧杂环丁烷。在另一情况下,S1态通过系间跃迁生成更稳定的T1态,随后与反应,形成1个1,4-双自由基中间体。为形成闭壳产物,未成对电子的自旋方向发生反转,此过程将伴随C—C键的旋转。上述两种途径分别通过S1和T1态与作用生成氧杂环丁烷。但T1激发态的寿命更长,且关环过程需要电子自旋翻转及C—C键的旋转。氧杂环丁烷的内张力较大,加热后容易分解回到反应物或产生新的酮类和烯烃,即逆PB反应[24-25](图1,以油酸与丙酮的反应为例)。在PB-MS/MS方法中,逆PB反应是实现不饱和脂质中定位的基础。在质谱仪的真空环境下,PB产物与中性气体分子发生碰撞而被碎裂,所产生的高丰度特征离子可用于脂质结构鉴定及定量[26]。根据溶剂条件的不同,丙酮的吸收带在250～280 nm[27]。由于丙酮能与大部分有机溶剂混溶,对脂质的溶解度亦满足质谱检测要求,可直接用于ESI-MS分析。2 PB反应与ESI-MS联用
在nanoESI在线模式下,衍生化反应在nanoESI喷针中进行。反应前,将5～10 μL不饱和脂质溶液(溶剂:50 ∶50丙酮/水,体积比)加入喷针中。采用发射波长254 nm的低压汞灯作为激发光源。反应装置示意图如图2B所示。尽管硼硅酸盐玻璃对254 nm的UV光不透明,但喷针的尖端玻璃壁厚已降至μm水平,透光率大大增加,因而使得反应可在此处发生。丙酮既作为PB试剂,也作为nanoESI溶剂。以PC 16 ∶0/18 ∶1(9Z)(10 μmol/L,溶于50 ∶50 丙酮/水中,1%乙酸)为例,UV照射1～2 min后,在 +58 Da的位置清晰检测到光衍生化产物(m/z 818.6)。从提取离子流图(XIC)可见,反应在1 min内即达到稳态。除PB产物外,一般还会检测到少量由丙酮的诺里斯类型1断裂和后续氧化所产生的副产物。nanoESI硼硅酸盐玻璃喷针的使用大大简化了实验装置的设计,实现了反应装置和离子源一体化。但由于nanoESI喷针中的脂质溶液受电渗流驱动,因此该装置仅对较小的流速范围(20 ～100 nL/min)适用[36]。在常规有机反应中PB反应通常需在mL级的有机溶剂中反应数小时,无法直接与ESI-MS联用。使用nanoESI-喷针反应器或者流式微反应器极大地提高了PB 反应和分析的速度。PB反应和在线MS分析在20～30 s即可完成,仅需数μL脂质溶液。丙酮作为PB反应试剂具有与大部分溶剂混溶、廉价易得、可直接作为电喷雾溶剂等优点。而与nanoESI-喷针反应器相比,流式微反应器的优点是反应动力学可精确控制、产率高、副反应少。更重要的是,后者能在较宽的流速范围内与ESI-MS及LC-MS联用[37]。
本文编号：3119889
【文章来源】：分析测试学报. 2020,39(01)北大核心CSCD
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【部分图文】：
脂质结构解析的一般流程:PS 16 ∶1/18 ∶1在负离子模式下的PB-MS/MS谱图(A),A中m/z 339.3处对应离子的MS3谱图(B),A中m/z 311.2处对应离子的MS3谱图(C),PE 16 ∶1/18 ∶1的MS/MS谱图(D),在m/z 714.6处的去质子PE 16 ∶1/18 ∶1的MS/MS谱图(E),PE 16 ∶1/18 ∶1在正离子模式下的PB-MS/MS谱图(F)
在有机合成领域,研究PB反应主要是为了提高区域和空间选择性。PB反应的机理有两种。一种情况是羰基被紫外光激发,通过n-π*电子跃迁,转换为S1单线态。S1单线态的寿命较短,可很快与烯烃反应生成氧杂环丁烷。在另一情况下,S1态通过系间跃迁生成更稳定的T1态,随后与反应,形成1个1,4-双自由基中间体。为形成闭壳产物,未成对电子的自旋方向发生反转,此过程将伴随C—C键的旋转。上述两种途径分别通过S1和T1态与作用生成氧杂环丁烷。但T1激发态的寿命更长,且关环过程需要电子自旋翻转及C—C键的旋转。氧杂环丁烷的内张力较大,加热后容易分解回到反应物或产生新的酮类和烯烃,即逆PB反应[24-25](图1,以油酸与丙酮的反应为例)。在PB-MS/MS方法中,逆PB反应是实现不饱和脂质中定位的基础。在质谱仪的真空环境下,PB产物与中性气体分子发生碰撞而被碎裂,所产生的高丰度特征离子可用于脂质结构鉴定及定量[26]。根据溶剂条件的不同,丙酮的吸收带在250～280 nm[27]。由于丙酮能与大部分有机溶剂混溶,对脂质的溶解度亦满足质谱检测要求,可直接用于ESI-MS分析。2 PB反应与ESI-MS联用
在nanoESI在线模式下,衍生化反应在nanoESI喷针中进行。反应前,将5～10 μL不饱和脂质溶液(溶剂:50 ∶50丙酮/水,体积比)加入喷针中。采用发射波长254 nm的低压汞灯作为激发光源。反应装置示意图如图2B所示。尽管硼硅酸盐玻璃对254 nm的UV光不透明,但喷针的尖端玻璃壁厚已降至μm水平,透光率大大增加,因而使得反应可在此处发生。丙酮既作为PB试剂,也作为nanoESI溶剂。以PC 16 ∶0/18 ∶1(9Z)(10 μmol/L,溶于50 ∶50 丙酮/水中,1%乙酸)为例,UV照射1～2 min后,在 +58 Da的位置清晰检测到光衍生化产物(m/z 818.6)。从提取离子流图(XIC)可见,反应在1 min内即达到稳态。除PB产物外,一般还会检测到少量由丙酮的诺里斯类型1断裂和后续氧化所产生的副产物。nanoESI硼硅酸盐玻璃喷针的使用大大简化了实验装置的设计,实现了反应装置和离子源一体化。但由于nanoESI喷针中的脂质溶液受电渗流驱动,因此该装置仅对较小的流速范围(20 ～100 nL/min)适用[36]。在常规有机反应中PB反应通常需在mL级的有机溶剂中反应数小时,无法直接与ESI-MS联用。使用nanoESI-喷针反应器或者流式微反应器极大地提高了PB 反应和分析的速度。PB反应和在线MS分析在20～30 s即可完成,仅需数μL脂质溶液。丙酮作为PB反应试剂具有与大部分溶剂混溶、廉价易得、可直接作为电喷雾溶剂等优点。而与nanoESI-喷针反应器相比,流式微反应器的优点是反应动力学可精确控制、产率高、副反应少。更重要的是,后者能在较宽的流速范围内与ESI-MS及LC-MS联用[37]。
本文编号：3119889
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