质谱(Mass Spectrometry, MS)与药学研究 (6)

多少解谱心酸事
都付一三笑谈中

这个坑挖的太久了，好久没填了，真是不好意思！那今天就来点ESI质谱解析中最关键的猛料，可以这么说吧，只要掌握这一点，就掌握了质谱解析的百分之八十以上，其他的就靠自己回去偷着演练了。今天的内容相当于武功里面的“九阴真经”和“葵花宝典”！不过不需要自宫哦~

首先我们要明白为什么质谱，尤其是多级质谱的解析很难，甚至比核磁还难？！这是因为其提供的信息非常有限，NMR可以提供原子层次的信息，而质谱只能提供到基团（多个原子构成的特定组成）层次。这些有限的信息，少到从理论上就不可能推测出一个唯一的结构！是啊，确实如此，就像我们遇到了无解的方程，难道还有比这更难的吗？举了例子，对绝大多少小分子化合物来说，一套NMR图谱(1H, 13C, HMQC, HMBC)，有经验的人就可以推测出其结构；而拿来一套小分子的多级质谱，即便有10级的数据，如果解析的人不知道其他背景知识的话，比如样品是天然产物，还是合成的，若是天然产物，来自什么植物或药材，有没有紫外吸收等等，绝大多数情况没有人可以确切的推出化合物的结构。当然，你们可能会问我，给我一套多级质谱数据，我是否能推出其结构呢？这个问题留待后面回答！

看到这里，是不是感觉很失望！既然这么难，为什么非要用质谱分析呢？用NMR不就得啦！不然，质谱的优势在于其灵敏度高，同时在其与LC联用以后，就成为一种强大的混合物分子工具（LC-MS），这是NMR不可比拟的。LC-MS成熟以前，若要研究清楚一味药材中有哪些成份，不花几年功夫，基本没戏，一般一个植化的硕士或博士研究清楚一个药材就可以毕业了!但有了LC-MS，这个过程可能只需要几个月，甚至几周就可以获得以前需要几年才能获得的信息！因此，质谱是其他技术暂时无法替代的！

虽然普遍意义上的质谱数据没有唯一解，但只要限定研究的范围和条件，那还是有解可循的。就如化合物的浓度与其UV响应的关系我们是没法知道的，可在一个很窄的范围内，就能用直线来近似他们的关系！那么如何限定质谱研究的范围呢？首先我有几项假设，所有的质谱推理都建立在它们之上：

• 假设1：结构相似的化合物具有相同或相似的裂解规律；
• 假设2：化合物的裂解行为的外因是质谱构造和碰撞能量，内因是分子结构特性，外因决定几率，内因决定终点；

假设1首先肯定了在某些情况下，即结构相似，质谱的裂解数据是有规律可循的！结构相似，可以指有相同的官能团，或者在天然产物分类上属于一类，比如都属于黄酮、甾体、萜等。这个相似性越接近，那么它们具有相同的裂解形式的可能越大，同属于查尔酮的化合物间的行为就比其他黄酮更接近。

假设2更进一指明了化合物的结构与质谱的关系，主要用来解决“为什么不同质谱仪器获得的质谱数据有很大差别”（NMR不应该有这种情况）的问题，可以肯定一点，不同仪器获得的数据是有规律可循的，这一点也为我们建立不同质谱仪器数据的智能解析程序鉴定了基础（我们正在开发的一种秘密武器）！“外因决定几率”指碎片离子在质谱图上的丰度高低，“内因决定终点”是指可能存在哪些类型的碎片离子。

有了以上两点假设，就可以明白为什么现在的研究论文都是“***类化合物的多级质谱研究”或“质谱法研究**中的***类化合物”了！不这样做，事情就没得玩儿！通过前面两个假设，知道了质谱的规律性在一个很小的范围内是可以成立的，那最关键的就是建立这一小类化合物的裂解规律，而如何建立裂解规律呢？要先从分析已知化合物的多级质谱入手。那么、可是我们还不知道它们的裂解规律啊，怎么分析这些质谱数据呢？我想这就是大多数人遇到的第一个难题了，获得了质谱数据，即便是已知化合物的，也不知道那些棒棒们代表什么！在这里，我假定大家已经知道了最基本的质谱知识，比如full scan, MS/MS, 准分子离子，碎片离子，丰度等。直接进入我们今天题目中所讲的、传说中的、最神秘的“一三断裂”，可以说“一三断裂”是CID(碰撞诱导解析)质谱中最常见的裂解形式，与以往70eV的EI-MS非常不相同。EI-MS中的能量太高了，一般小分子的大部分结构单元都受不起这么高的能量，碎的面目全非；而ESI-MS中的CID温和很多，并且碰撞的能量还不是一气就全招呼上，慢慢来，一点一点的把化合物结构中不稳定的部位给敲掉。正是因为能量不高，化合物结构中不同基团的特异性差异才得以最大化的体现，也让分子有机会摆好“一三”的pose后，才被打掉！说的专业一点，“一三断裂”是一种能垒较低的裂解反应！大家熟知的麥式重排仅是“一三断裂”的一个特列而已，据我所知，现有的小分子内的重排裂解都可归到“一三断裂”中（参看我2007年写的“奇怪的远距离重排”）！

“一三断裂”的具体内容在我的硕士论文的第35页，下面是抓图：

你们是不是觉得这个太简单了，好似大家都知道吧！唉，这么多年了，我就靠这么点本事混饭吃啊~以后谁再说质谱解析难，看看上面的图然后回家面壁吧！感兴趣的可以用这个规律去解释我2007年那篇重排文章的例子。当然会有一些例外，比如自由基断裂，还有黄酮中4-CO的丢失等。如果你实验中，遇到一些不符合这个规律的例子，欢迎与我分享。(待续)