电喷雾离子源正离子模式下环烯醚萜苷的质谱裂解行为

电喷雾离子源正离子模式下环烯醚萜苷的质谱裂解行为
李存满;梁鑫淼;薛兴亚
【摘要】利用高分辨率四极杆-飞行时间串联质谱(Q-TOF MS/MS)对环烯醚萜苷同系组分7,8-环戊烯型和环戊烷型环烯醚萜苷在电喷雾正离子(ESI+)模式下的质谱裂解行为进行了研究.在ESI+模式下,环烯醚萜苷主要的质谱裂解途径是脱去母环上的功能基团,如丢失H2O,CO2,CH3 OH,CH3COOH和糖单元部分等,由于它们均为葡萄糖苷,所以共有碎片离子[Glc+Na]+(m/z 185.0).环烯醚萜苷母核环上半缩醛结构的异构化造成二氢吡喃环的断裂,但未发现与苷元部分在负离子(ESI-)模式下相同的其它断裂.环烯醚萜苷在ESI+模式下的断裂途径特征性不如其在ESI-模式下的明显,且灵敏度比后者低.%The mass spectral fragmentation behaviors of iridoid glucosides (IGs) was studied via electrospray ionization(ESI) quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry ( Q-TOF MS/MS) in the positive ion mode. The homogeneous IGs, such as 7 ,8-cyclopentene-type and cyclopentane-type IGs, the main and typical losses of these classes of compounds are the H2O, CO2, CH3OH, CH3COOH and a glucosidic unit, which indicate the presence of OH, COOH, COOCH3, CH3COO and glucosidic groups on the aglycone moiety. The common fragment ion [Glc+Na]+(m/z 185.0) was detected, due to the existence of glucosidic unit. In addition , the cleavages of the dihydro-pyranoid ring were observed in the different sub-classes, but no cleavages were observed in other parts of the aglycone moieties and glucosidic units. The mass spectral fragmentation patterns of IGs in positive ion mode were less characteristic
than those in negative ion mode, and the ion intensities were also weaker than those in negative ion mode.
【期刊名称】《高等学校化学学报》
【年(卷),期】2013(034)003
【总页数】6页(P567-572)
【关键词】环烯醚萜苷;质谱裂解行为;电喷雾离子源;正离子模式
【作者】李存满;梁鑫淼;薛兴亚
【作者单位】中国科学院大连化学物理研究所,大连116023
【正文语种】中文
【中图分类】O657
环烯醚萜是单萜类化合物，主要结构特征是骨架上连接有1个环戊烷类的基团，其在自然界中通常以苷的形式存在．环烯醚萜苷是一类分布广泛的植物代谢产物，具有多种生物活性［1～4］，经常被用作化学分类标记物．
目前，鉴定环烯醚萜苷的结构主要通过紫外吸收光谱(UV)、核磁共振(NMR)和质谱(MS)等技术的联用来实现．在这些技术中，质谱尤其是它与软电离离子源［如电喷雾离子源(ESI)］联用时，是一种表征环烯醚萜苷结构的有效手段．从分子结构角度看，环烯醚萜苷含有1个特征的环烯醚萜的结构骨架，即1个二氢吡喃环顺式连接1个环戊烷类的单元结构，在C1位置上通常连接1个葡萄糖基［5］．天然产物中的环烯醚萜苷的结构明显不同，主要表现在功能团的数目、种类和所在位置等［6，7］．根据环烯醚萜苷基本骨架(母核)的结构，可将其分为环
戊烯型、环戊烷型和环氧烷型等同系组分［8］．近年来，环烯醚萜苷的质谱裂解行为被广泛研究．Madhusudanan等［9，10］考察了正离子模式下碱金属阳离
子对4个环烯醚萜苷裂解途径的影响;Es-Safi等［11］对6个含有肉桂酸取代基
的环烯醚萜苷在电喷雾正、负离子模式下的二级质谱裂解规律进行了研究;Zhou等［12］利用高分辨率四极杆-飞行时间质谱(Q-TOF MS)和离子阱质谱(ITMSn)联用，在正离子模式下研究了硫代环烯醚萜苷的裂解行为;我们在前期工作中考察了5个
环烯醚萜苷在ESI-MSn［13］以及环烯醚萜苷几个同系组分在Q-TOF MS/MS负离子模式下的质谱裂解行为［14］．环烯醚萜苷在电喷雾正、负离子模式下的裂
解行为不同，Qin等［15］研究了细叶婆婆纳(V．linariifolia)中12个环烯醚萜苷的质谱裂解行为，发现这些环烯醚萜苷在正离子模式下不稳定，易产生碎片离子，而在负离子模式下则能够给出更有用的碎片离子信息．目前，对于环烯醚萜苷包括同分异构体和同系组分等的裂解行为仍缺乏系统的研究．本文应用Q-TOF
MS/MS对环烯醚萜苷同系组分在正离子(ESI+)模式下的质谱裂解行为进行了研究，并与负离子(ESI－)模式下的裂解信息进行了比较．
1 实验部分
1．1 仪器、试剂与材料
ACQUITY UPLC/Q-TOF Premier超高效液相色谱/电喷雾四极杆-飞行时间质联用仪(UPLC/Q-TOF MS，美国Waters公司)．
乙腈(色谱纯)购自英国Fisher Scientific公司;甲酸(色谱纯)购自美国TEDIA公司;
实验用水为Milli-Q水(美国Millipore公司)．对照品10-乙酰基-鸡矢藤苷(ASD，Mw=432)，车叶草苷酸(AA，Mw=432)、鸡矢藤苷(SD，Mw=390)、鸡矢藤苷
甲酯(SME，Mw=404)、去乙酰基车叶草苷酸甲酯(DAME，Mw=404)和车叶草苷(A，Mw=414)均参照文献［16］方法从白花蛇舌草中分离纯化得到;对照品京尼
平苷(G，Mw=388)、山栀苷(SZ，Mw=392)、山栀酮苷甲酯(GME，Mw=388)
和京尼平-1-O-龙胆双糖苷(GG，Mw=550)均从栀子中分离纯化得到．10个对照品的分子结构(图1)均经过UV，NMR及MS鉴定并对照文献［2，17～19］确定，纯度分别为91.5%，97.1%，91.3%，95.4%，97.7%，97.1%，99.0%，94.1%，90.0%和93.2%．
Fig．1 Structures of the 10 standards of iridoid glucosides10-Acetyl scandosede(ASD):R1=OH，R2=H，R3=H，R4=Ac;asperuloside
acid(AA):R1=H，R2=OH，R3=H，R4=Ac;scandoside(SD):R1=OH，R2=H，
R3=H，R4=H;scandoside methyl ester(SME):R1=OH，R2=H，R3=CH3，
R4=H;deacetylasperuloside acid methyl ester(DAME):R1=H，R2=OH，
R3=CH3，R4=H;geniposide(G):R1=H，R2=H，R3=CH3，R4=H．
1．2 UPLC/Q-TOF MS 分析条件
ESI离子源条件:毛细管电压3.0 kV，碰撞诱导电压30 V，离子源和脱溶剂温度分
别为120和350℃，氮气的脱溶剂和锥孔流速分别为800和50 L/h，样品锥孔电压35 V．离子质量扫描范围m/z 50～1000．为了更好控制对照品的纯度，以获
得更准确的质谱信息，实验采用UPLC/Q-TOF MS对其进行分析．色谱柱为UPLC BEH C18柱(2.1 mm×50 mm，1.7 μm);流动相为体积比1∶9的乙腈-
0.1%(体积分数)甲酸水溶液;流速0.25 mL/min;柱温25℃;进样体积0.5 μL．
1．3 离子命名
环烯醚萜苷骨架断裂产生的诊断性碎片离子的命名参照Ma等［20］针对黄酮裂
解提出的离子命名法进行．其中i，jF和i，jF0代表从苷元裂解产生的碎片离子，i 和j分别表示基本骨架的环上各键之间的断裂．环烯醚萜苷断裂途径命名示意图见图2．
Fig．2 Ion nomenclature adopted for fragmentation of iridoid glucosideIllustrated on SD．
2 结果与讨论
2．1 环烯醚萜苷对照品在正离子模式下的MS分析
对10个环烯醚萜苷对照品在ESI+模式下的裂解途径进行了研究．在这些对照品
的一级质谱中，除GME外的9个对照品只检测到其加钠的加合离子［M+Na］+，而未发现其加质子的准分子离子［M+H］+，而且其一级质谱信号未发现与负离
子模式相同的一些分子结构的特征［14］．而GME的质谱信号中未发现
［M+Na］+和［M+H］+，可能是由于其环外双键的影响．
2．2 环烯醚萜苷对照品在正离子模式下的MS/MS分析
为了进一步研究环烯醚萜苷在正离子模式下的裂解行为，以上述9个对照品(除GME外)的加钠加合离子为母离子，对其进行了MS/MS分析．根据所生成的碎片离子的特点，将上述9个对照品分为3组:第一组包括对照品ASD，AA，SD，SME，DAME和A;第二组包括对照品G和GG;第三组仅包括对照品SZ．
第一组中的6个对照品ASD，AA，SD，SME，DAME和A均为7，8-环戊烯型环烯醚萜苷，且其分子结构中C6位均有取代基(见图1)．这6个对照品的Q-TOF MS/MS质谱图见图3．根据碎片离子的精确质量数可获得其元素组成，进而排除一些碎片离子定性上的不确定性．由图3可见，6个对照品的断裂碎片多由母环上的取代基断裂产生，但也发现了由母环断裂产生的碎片离子(m/z 147.0和119.1)，这是由于它们分子结构的相似性所致．下面以对照品ASD为例，讨论该类环烯醚萜苷的质谱裂解途径．
Fig．3Q-TOF MS/MS spectra of standards ASD(A)，AA(B)，SD(C)，SME(D)，DAME(E)and A(F)in ESI+mode
在对照品ASD的一级质谱中存在其加钠的加合离子［M+Na］+(m/z 455.1)，以其［M+Na］+离子为母离子进行Q-TOF MS/MS质谱分析，所得质谱信息见图
3(A)．由图3(A)可见，ASD丢失了H2 O，CO2，CO，CH3OH，CH3COOH和
Glc(脱水葡萄糖基，Δm=162)等相关的母环上的取代基团，其裂解途径与负离子模式下的相似［14］．另一个主要的裂解途径为二氢吡喃环的断裂，生成(1，4F －H2O)·Na+离子(m/z 147.0)及其进一步失去一分子CO而产生的碎片离子(m/z 119.1)．但未发现1，4F·Na+离子及其母环的其它断裂方式产生的离子，如2，6F·Na+，2，7F·Na+和2，7F0·Na+等［14］．根据(1，4F －H2O)·Na+离子，可推测ASD或其裂解产物C8位上的取代基．对照品ASD的裂解途径见图4．Fig．4 Fragmentation pathways of standard ASD in ESI+mode
第二组中的对照品G和GG也是7，8-环戊烯型环烯醚萜苷，但其分子结构中C6位没有取代基．G和GG的Q-TOF MS/MS谱图见图5，二者的质谱裂解途径与第一组各对照品的裂解途径相似，这是由于缺少C6位上的取代基，故二氢吡喃环断裂生成的是1，4F·Na+离子(m/z 149.1)，而不是生成与第一组相同的(1，4F－H2O)·Na+离子(m/z 147.0)．其原因是第一组对照品的C6位有OH，首先会丢失一分子H2O，从而生成双键，而后发生环断裂产生(1，4F－H2O)·Na+离子，即离子m/z 147.0(见图4)．而第二组中，C6位没有OH，在环断裂产生1，
4F·Na+离子(m/z 149.1，见图6)前不存在丢失其它取代基生成双键的过程;同样，第二组环断裂进一步生成(1，4F－CO)·Na+离子(m/z 121.1)，而第一组与之对应的是(1，4F－H2O－CO)·Na+离子(m/z 119.1)．因此，根据以上2个碎片离子质量数的差别，可以初步推断环戊烯环上取代基的个数，但无法推测此五元环上取代基的类型，只能再结合各功能团丢失的情况进行分析．对照品G的质谱裂解途径见图6．
Fig．5 Q-TOF MS/MS spectra of standards G(A)and GG(B)in ESI+mode Fig．6 Fragmentation pathways of standard G in ESI+mode．
第三组仅含的对照品SZ是环戊烷型环烯醚萜苷(分子结构见图1)．SZ的加合离子［M+Na］+的二级质谱图见图7(A)．SZ的断裂途径与前2组对照品相似，同样
首先中性丢失H2O，CO2和Glc等，其次是二氢吡喃环的断裂，与第一组相似，SZ生成的(1，4F－H2O)·Na+离子为m/z 149.1，因其五元环上不含有双键．SZ 的质谱裂解途径见图7(B)．
Fig．7 Q-TOF MS/MS spectra(A)and fragmentation pathways of standard SZ in ESI+mode(B)
综上所述，环烯醚萜苷在电喷雾正离子(ESI+)模式下的断裂途径特征性不如其在负离子(ESI－)模式下的明显，而且其在ESI+模式下的灵敏度比ESI－低．在ESI+模式下，环烯醚萜苷同系组分质谱主要的裂解途径是脱去母环上的功能基团，如丢失H2O，CO2，CH3OH，CH3COOH和糖单元部分等;由于它们均是葡萄糖苷，所以共有碎片离子［Glc+Na］+(m/z 185.0)．另外，环烯醚萜苷母核环上半缩醛结构的异构化造成二氢吡喃环的断裂，但是未发现与负离子模式相同的苷元部分其它的断裂．
参考文献
【相关文献】
［1］ Kim Y．，Park E．J．，Kim J．，Kim Y．B．，Kim S．R．，Kim Y．C．，J．Nat．Prod．，2001，64，75—78
［2］ Kim D．H．，Lee H．J．，Oh Y．J．，Kim M．J．，Kim S．H．，Jeong T．S．，Baek N．I．，Arch．Pharm．Res．，2005，28，1156—1160
［3］ Diaz A．M．，Abad M．J．，Fernandez L．，Recuero C．，Villaescusa L．，Silvan A．M．，Bermejo P．，Biol．Pharm．Bull．，2000，23，1307—1313
［4］ Konoshima T．，Takasaki M．，Tokuda H．，Hoyoku N．，Cancer Letters，2000，157，87—92
［5］ Bianco A．，Studies in Natural Products Chemistry，Vol．7，Elsevier，Amsterdam，1990，439
［6］ El-Naggar L．J．，Beal J．L．，J．Nat．Prod．，1980，43，649—707
［7］ Boros C．A．，Stermitz F．R．，J．Nat．Prod．，1991，54，1173—1246
［8］ Xiao C．H．，Chemistry of Chinese Materia Medica，Shanghai:Science and Technology Press，1996，437(肖崇厚．中药化学，上海:科学技术出版社，1996，437)
［9］ Madhusudanan K．P．，Raj K．，Bhaduri A．P．，J．Mass Spectrom．，2000，35，901—911
［10］ Madhusudanan K．P．，Raj K．，Bhaduri A．P．，Rapid Commun．Mass Spectrom．，2000，14，885—896
［11］ Es-Safi N．E．，Kerhoas L．，Ducrot P．H．，Rapid Commun．Mass Spectrom．，2007，21，1165—1175
［12］ Zhou Y．，Zou X．，Liu X．，Peng S．L．，Ding L．S．，Rapid Commun．Mass Spectrom．，2007，21，1375—1385
［13］ Ren L．L．，Xue X．Y．，Zhang F．F．，Wang Y．C．，Liu Y．F．，Li C．M．，Liang X．M．，Rapid Commun．Mass Spectrom．，2007，21，3039—3050
［14］ Li C．M．，Zhang X．L．，Xue X．Y．，Zhang F．F．，Xu Q．，Liang X．M．，Rapid Commun．Mass Spectrom．，2008，22，1941—1954
［15］ Hong J．L．，Qin X．Y．，Shu P．，Wu G．，Wang Q．，Qin M．J．，Rapid Commun．Mass Spectrom．，2010，24，2680—2686
［16］ Li C．M．，Xiao Y．S．，Xue X．Y．，Feng J．T．，Zhang X．L．，Liang X．M．，Chem．Res．Chinese Universities，2011，27(3)，392—396
［17］ Takagi S．，Yamaki M．，Nishihama Y．，Ishiguro K．，Shoyakugaku
Zasshi(Japanese)，1982，36，366—369
［18］ Ono M．，Ueno M．，Masuoka C．，Ikeda T．，Nohara T．，Chem．Pharm．Bull．，2005，53，1342—1344
［19］ Damtoft S．，Hansen S．B．，Jacobscen B．，Jensen S．R．，Nielsen B．J．，Phytochemistry，1984，23，2387—2389
［20］ Ma Y．L．，Li Q．M．，van den Heuvel H．，Claeys M．，Rapid Commun．Mass Spectrom．，1997，11，1357—1364。