第二讲_气相色谱中的衍生试剂及其新进展

第二讲气相色谱中的衍生试剂及新进展气相色谱中化学衍生的重要性改善样品的挥发性和热稳定性改善样品的峰形提高分离性能增加分离检测的选择性和灵敏度气相色谱衍生试剂的主要类型硅烷化试剂烷基化试剂(包括酯化试剂)酰基化试剂其它衍生试剂(手性试剂等)1硅烷化试剂-OH-COOH-SH-NH2=NH-O-Si(CH3)3-COO-Si(CH3)3-S-Si(CH3)3-NH-Si(CH3)3-NSi(CH3)3Si(CH3)3=N-Si(CH3)3TMS凡含有活泼氢的化合物都能与硅烷化试剂反应.最重要的是三甲基硅衍生试剂.三甲基硅（TMS）衍生试剂与待测物的反应方程式：被衍生化合物的各极性官能团接受硅烷基的能力依次为:醇(伯仲叔)酚羧酸胺(一级胺二级胺)酰胺常见的三甲硅烷化试剂(CH3)3SiNHSi(CH3)3(CH3)3SiClCH3CNSi(CH3)3OCH3NSi(CH3)3OCH3CF3CCH3CNSi(CH3)3OSi(CH3)3CNSi(CH3)3OSi(CH3)3CF3reagentsabbreviationstructurehexamethyldisilazaneHMDStrimethylchlorosilaneTMCSN-methyl-N-TMS-acetamideMSAN-methyl-N-TMS-trifluoroacetamideMSTFAN,O-Bis-TMS-acetamideBSAN,O,bis-TMS-trifluoroacetamideBSTFATrimethylsilylimidazoleTMSIM(CH3)3SiNNN-甲基-N-三甲硅基三氟乙酰胺（MSTFA），N，O-双三甲硅基乙酰胺（BSA），N，O-双三甲硅基三氟乙酰胺（BSTFA），三甲硅基咪唑（TMSIM）的反应性较强。MSTFA衍生物的挥发性最好。TMSIM易与羟基及羧羟基反应，但与脂肪胺不反应，也不能促进烯醇-TMS醚的形成，主要适于衍生有空间障碍的羟基化合物。综合各试剂的反应性、选择性、挥发性和副产物的形成等因素，BSTFA和MSTFA二种试剂应用最多。三甲基硅烷衍生物的优点:热稳定性好，挥发性强，易于制备，色谱性能好，应用最广。所有硅烷化试剂制备衍生物后，可直接进行GC分析，节省了样品制备时间。三甲基硅烷衍生物的缺点：对水和酸不稳定，易分解；由于氧化硅的沉积，易污染FID检测器应用Mongillo等[1]研究了HMDS,BSTFA,乙酸酐,五氟丙酸酐(PFPA)与阿司匹林及其代谢产物的衍生条件,发现HMDS与分析物在90oC反应1h,乙酸酐与分析物在75oC反应30min,PFPA与分析物在70oC反应45min均形成混合衍生物,而BSTFA与分析物分别在室温,60oC,90oC反应1h均能与所有羟基反应形成单一衍生物。三甲硅烷衍生试剂与醇、酚类化合物反应的影响因素1.立体效应:伯醇仲醇叔醇2.催化剂常用的催化剂:三甲基氯硅烷（TMCS），TMSIM，三甲碘硅烷（TMSI）和乙酸钾Wang等[2]测定了头发、血液、唾液及尿液中的海洛因及其六种代谢产物，样品经固相萃取处理后，加入衍生试剂BSTFA+1%TMCS在70oC反应20min，检出限可达1ng/ml。其它烷基取代的甲硅烷化试剂1.二甲硅烷化衍生试剂（DMS）N-甲基-N-特丁基二甲硅烷基三氟乙酰胺（MTBSTFA）该试剂可用于衍生羟基、羧基、巯基、一级胺和二级胺中的活泼氢，形成特丁基二甲硅烷基（TBDMS）衍生物。反应形成的副产物易于挥发。TBDMS衍生物在质谱中易于失去特丁基形成高丰度的[M-57]+特征离子，适于MS定量分析。二甲硅烷化衍生物比三甲硅烷化衍生物挥发性好，对水更稳定（但仍不稳定），能给出有用的质谱碎片。2.卤烷基二甲硅基试剂XCH2SiYCH3CH3X=CChloromethyldimethylsilyl（CMDMS）；X=BrBromomethyldimethylsilyl（BMDMS）；X=IIodomethyldimethylsilyl（IMDMS）；Y=Cl，chlorosilane；Y=NHSi（CH3）2CH2X，disilazane该类试剂能增加衍生物的亲电力,适用于灵敏度很高的电子捕获检测器.硅烷化衍生试剂的特点-小结1.应用范围广:凡含有活泼氢的化合物都能与硅烷化试剂发生反应.2.形成的衍生物热稳定性好，挥发性强，易于制备，色谱性能好.3.衍生反应完成后,可直接进行气相色谱分析.4.溶剂的选择：使用非质子化溶剂如吡啶，乙腈，二甲亚砜，四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺等.5.衍生物因硅的沉积易玷污FID检测器.6.反应需无水条件.2烷基化试剂烷基化反应是衍生试剂分子中的烷基取代化合物中的酸性氢.OHCOOHSHNH2R-XbaseORCOORSRNHRNR2X为卤素或其它易离去基团。衍生物是醚，酯，硫醚，N-烷基胺，N-烷基酰胺;弱酸基团的烷基化需强碱催化剂，酚羟基和羧酸羟基等酸性较强,需弱碱催化剂。常见烷基化试剂及典型反应条件TypeofreagentTypicalreactionconditionGroupsderivatizedDiazoalkaneNon-polarsolventAcidicOHandNHAlkylhalide-strongbaseDMSOAlcohols,amidesAlkylhalide-weakbaseK2CO3-acetoneThiols,phenols,acids,amines,acidicNHAlkylhalide-weakbase-ionophoreK2CO3-18-crown-6Thiols,phenols,acids,amines,acidicNHAlkylhalide–quaternaryammoniumsaltPhasetransferThiols,phenols,acids,amines,acidicNHQuaternaryammoniumOn–columnderivatizationThiols,phenols,acids,amines,acidicNH重氮烷烃烷化1.类型:目前主要有三种.•重氮甲烷:应用最为广泛。该试剂与化合物的衍生条件温和、反应迅速、高效、无副产物，但它毒性大，不易贮存，制备时有发生爆炸的危险。•三甲硅基重氮甲烷（TMSDM）:是一种在安全性上优于重氮甲烷的试剂，但TMSDM的衍生速率及衍生产率均低于重氮甲烷，且易于形成三甲基硅的副产物。•五氟苯基重氮甲烷:用于前列腺素类化合物的衍生，用ECD和MS检测，灵敏度高。2.应用:羧酸，磺酸，酚，烯醇等含-OH和-NH-化合物的烷基化。•主要是一些低分子量的脂肪卤化物，如CH3，C2H5，n-C3H7，i-C3H7etc.，苄基和取代苄基溴化物等。其中以五氟苄基溴（PFB-Br）的应用最多。•烷基衍生物可通过在有机介质中反应、相转移反应及固相萃取衍生等途径来制备。•相转移反应也称为“萃取烷基化”。衍生试剂常用CH3I，相转移试剂为硫酸氢四已基胺或氢氧化四丁基胺。•固相萃取衍生是目前制备烷基化衍生物的一种非常有发展前景的方法,根据样品的性质，可选择阴离子交换树脂，C18等作固相萃取剂，常用的衍生试剂是PFB-Br。该方法已广泛应用于生物医学和食品检测等领域。烷基卤化物的烷化萃取烷化水相Ar-OH+R4N+X-ArO-R4N++HX有机相Ar-OR/+R4N+X-ArO-R4N++R/X该方法可以使萃取，衍生同时进行.使酸性化合物以阴离子形式进入非质子化的有机相，裸露的阴离子对烷基化试剂反应性强，容易快速，高效生成衍生物。常用于生物样品的测定,样品的纯化与衍生可一步完成。季铵盐-热解烷基化XCH3CH3CH3NZ-(1)X=HZ=OH(2)X=CF3Z=OH(3)X=HZ=F(4)X=HZ=OCOCH3(5)X=HZ=CNCH2NRCH3CH3XXF-(6)X=HR=phenyl(7)X=CF3R=CH3(8)X=CH3R=phenyl衍生方法：直接将分析物与试剂的甲醇溶液的混合物注入气相色谱的进样口，热解产生烷基化衍生物。特点：衍生效率高，但腐蚀性强，可能会损坏色谱柱。据报道四烷基铵氟化物无腐蚀性，衍生效率与相应的氢氧化物相当.(1-5)所示的试剂已商品化。(6-8)是几种性能较好的苄基铵盐试剂,可用作酸、酚类化合物的在柱烷基化衍生试剂,生成苄基酯和苄基醚衍生物。季铵盐-热解烷基化3.酰基化衍生试剂酰基化衍生试剂主要有酰卤，酸酐、酰基咪唑、酰胺及烷基氯甲酸酯等。可用于衍生醇、酚、硫醇、胺、酰胺、磺酰胺等化合物。衍生反应的实质是衍生试剂的酰基取代极性化合物中的活性氢。酸酐衍生反应方程式如下:R-OHR-NH2R-SHR-OCR'R-NH-COR'R-S-COR'O(R'CO)2O酰卤和酸酐特点：衍生反应一般在吡啶、二甲胺吡啶或其它可接受酸副产物的溶剂中进行。酰卤和酸酐与被测物的衍生反应完成后，过量的试剂和副产物损坏色谱柱，必须在GC分析前除去。常用试剂：三氟醋酐（TFAA),五氟丙酐（PFPA),七氟丁酐（HFBA)应用：Rohrich等[3]以丙酸酐(PSA)和三氟乙酸酐(TFAA)为衍生试剂,测定了头发中的苯异丙胺及其代谢产物,研究表明,PSA衍生物的稳定性比TFAA衍生物好,但TFAA衍生物在质谱中特征离子的丰度更高。以4-乙酯基六氟丁酰氯[4]为衍生试剂，可测定血清中的苄醇。因衍生物分子量高，用GC-MS特征离子检测时，可以免受血清中其它干扰物质的影响，得到很好的分离。该试剂还可用于尿液中苯酚的测定[5]。酰基咪唑和酰胺酰卤和酸酐与被测物的衍生反应产生酸副产物，对一些易酸解的化合物，衍生试剂可选用酰基咪唑。该反应的副产物是碱性离去基团，不会引起衍生物的分解。咪唑试剂易于水解，当衍生物稳定性高时，可用水洗去多余的试剂。五氟丙酰三唑（PFPT)：广泛用于儿茶酚胺类和吲哚胺类的衍生化，形成单一稳定、稳定的衍生物。酰胺如N-甲基双三氟乙酰胺（MBTFA）:挥发性好，副产物不损坏色谱柱，衍生反应完成后可直接进行GC分析。卤代酰基化试剂特点：增加化合物的亲电力，使衍生物适于灵敏的ECD或NCl-MS检测。用MS检测时，碎片离子在高的质荷比处丰度高，分析时可以免受低分子量化合物的干扰。应用：全氟酰衍生物如三氟乙酰（TFA），五氟丙酰（PFP）和七氟丁酰（HFB）实际应用最广。烷基氯甲酸酯类型:烷基氯甲酸酯主要包括甲基、乙基、丙基、异丁基氯甲酸酯（MCF，ECF，PCF,IBCF）及一些含卤试剂如三氯乙基氯甲酸酯（TCECF），五氟苄基氯甲酸酯（PFBCF）。特点：•该类试剂与酚、胺的衍生反应可以直接在水相中进行，衍生产物是碳酸酯和氨基甲酸酯。氯甲酸酯作为胺的酰基化试剂，衍生产物色谱性能优良。•该类试剂的衍生反应产率高，速度极快，只需几秒-几分。•衍生反应完成后,必需去除过量试剂及副产物.烷基氯甲酸酯应用:以乙基氯甲酸酯为衍生试剂。在水相中衍生氨基酸和二肽，用气相色谱-阳离子化学电离质谱（GC-PCI-MS）和GC-NCI-MS检测。二肽的衍生和分析时间加起来是10min[6]。Namera等[7]以乙基氯甲酸酯为衍生试剂,测定了尿液中15种氨基酸,线性范围1.0-300µg/ml,检出限0.5ng/ml.4.其它衍生试剂1)形成环状衍生物的试剂含多个极性官能团的药物可与环化试剂反应生成环状衍生物。被测药物常为顺式1，2-和1，3-位二官能团化合物。常用环化试剂：烷基取代硼酸。主要有甲基、丁基、苯基、环己基硼酸。丁基硼酸最好。该类反应条件温和，反应迅速，反应混合物可直接用于GC分析。BRHOHOCCOHOHCCOOBR+2H2O+2)手性衍生试剂一些手性试剂在药物和毒物分析中的应用derivatizationreagentscompoundsRef.S-(-)-heptafluorobutyrylprolylchloridefenfluramine，methyl