（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯異構(gòu)體的GC／MS研究

王 敏，彭 奇

（中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所，福建 福州 350002）

（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯異構(gòu)體的GC／MS研究

王 敏，彭 奇

（中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所，福建 福州 350002）

為了研究鈀催化的2，4－二甲氧基苯甲酸與烯丙基丙二酸二乙酯的脫羧Heck反應(yīng)的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，建立了（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯同分異構(gòu)體的分離與鑒定的氣相色譜－離子阱質(zhì)譜方法。首先通過脫羧Heck反應(yīng)制得（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯異構(gòu)體混合物，然后利用GC／MS聯(lián)用技術(shù)對混合物進行分析，得到各組分的EI和CI全掃描模式質(zhì)譜信息。通過對照各組分的分子離子峰確定互為異構(gòu)體的組分，再對異構(gòu)體組分采用MS／MS模式獲取各自的裂解碎片。通過分析異構(gòu)體的不同的裂解碎片，討論質(zhì)譜裂解方式，從而確定異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)。該方法省時、經(jīng)濟、高效，可為此類化合物的分析與鑒別提供參考。

氣相色譜－質(zhì)譜法；異構(gòu)體的識別；Heck反應(yīng)；丙二酸二乙酯；芳基烯烴

Heck反應(yīng)是一類重要的鹵代芳烴烯基化形成新的C—C鍵的合成反應(yīng)，在過去的40多年中已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一種應(yīng)用廣泛的有機合成方法，在醫(yī)藥、天然產(chǎn)物、農(nóng)藥以及新型高分子材料的制備方面有著重要的應(yīng)用價值［1－10］。Heck反應(yīng)通常是鹵代芳烴與含有α－吸電子基團的烯烴在鈀催化下反應(yīng)生成芳代烯烴。該反應(yīng)生成主產(chǎn)物的同時，還常伴隨著重排副反應(yīng)，導(dǎo)致生成的產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)性質(zhì)十分相近的異構(gòu)體混合物，分離識別十分困難［11－12］。隨著現(xiàn)代化儀器設(shè)備的快速發(fā)展，色質(zhì)聯(lián)用、質(zhì)譜串聯(lián)、核磁共振等技術(shù)的發(fā)展使得這類異構(gòu)體的分離和識別變得相對容易［13－19］。

鈀催化2，4－二甲氧基苯甲酸與烯丙基丙二酸二乙酯的脫羧Heck反應(yīng)是制備芳代烯烴的新方法［20］，但該反應(yīng)生成的芳代烯烴同樣存在多個同分異構(gòu)體。這些同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)性質(zhì)十分相近，分離提純困難，結(jié)構(gòu)難以確認(rèn)。本研究采用氣相色譜－離子阱質(zhì)譜法研究該反應(yīng)產(chǎn)物（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)。

1 試驗部分

1.1 主要儀器與試劑

CP3800－Saturn4000氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國Varian公司產(chǎn)品，配有液體化學(xué)源（CI，色譜級甲醇為化學(xué)電離反應(yīng)試劑）。

三氟醋酸鈀、苯醌、1－金剛烷羧酸、2，4－二甲氧基苯甲酸、烯丙基丙二酸二乙酯：美國Sigma公司產(chǎn)品；乙酸乙酯：色譜純，純度99.9%，德國默克公司產(chǎn)品；N，N－二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、二氧六環(huán)：分析純，上海國藥公司產(chǎn)品，重新蒸餾。

1.2 樣品合成

在DMF、DMSO和二氧六環(huán)的混合溶液中，加入2，4－二甲氧基苯甲酸（0.25mmol，45.5 mg）、烯丙基丙二酸二乙酯（0.5mmol，100.1 mg）、三氟醋酸鈀（0.025mmol，8.3mg）、1－金剛烷 羧 酸 （1mmol，180.3mg）、苯 醌 （0.3 mmol，32.5mg），120℃條件下反應(yīng)1h［4］。反應(yīng)液冷卻后倒入水中，乙酸乙酯萃取，飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥后濃縮得到粗產(chǎn)物，再通過柱層析提純（柱層析硅膠300～400目），用V（乙酸乙酯）∶V（正己烷）＝1∶10的混合溶液洗脫，得到（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯，產(chǎn)率為72%（異構(gòu)體混合物），反應(yīng)式示于圖1。

1.3 實驗方法

取1mg異構(gòu)體混合物用乙酸乙酯定容于25mL容量瓶中，充分搖勻后進行分析。

通過多次優(yōu)化程序升溫條件，使各組分能達(dá)到較好分離，最終確定最佳的分離條件。

圖1 （2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯的合成機理Fig.1 The synthesis mechanism of diethyl（3－（2，4－dimethoxyphenyl）allyl）malonate isomers

1.4 實驗條件

1.4.1 色譜條件 色譜柱：VF－5ms石英毛細(xì)柱（30m×0.25mm×0.25μm）；進樣口溫度：280℃；載氣：He，純度 99.999%，流速1.0 mL／min；程序升溫：柱溫100℃，保持1min，以20℃／min升至230℃，然后以2℃／min升至250 ℃，保持10min；進樣量：1.0μL；分流比：30∶1。

1.4.2 質(zhì)譜條件 電子轟擊（EI）離子源；電子能量：70eV；離子阱溫度：220℃；傳輸線溫度：280℃；電子倍增器電壓：1 300V；化學(xué)電離（PCI）源；電子能量：12eV；質(zhì)量掃描范圍：m／z 50～500。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗結(jié)果

在優(yōu)化的分析條件下檢測待測混合物，發(fā)現(xiàn)只有兩種組分A和B，并且互為異構(gòu)體，其總離子流圖示于圖2。分別對其做EI－MS、CI－MS掃描，獲取各自的裂解碎片峰。為了進一步確定兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，分別對化合物A和B做EI－MS／MS、CI－MS／MS掃描，結(jié)果分別示于圖3～8?；衔顰、B的質(zhì)譜圖中的主要碎片及其豐度列于表1。

2.2 結(jié)構(gòu)討論

據(jù)鈀催化的碳?xì)浠罨悸?lián)反應(yīng)機理推測，2，4－二甲氧基苯甲酸與烯丙基丙二酸二乙酯的脫羧Heck反應(yīng)產(chǎn)物可能為3種結(jié)構(gòu)Ⅰ、П、Ш（示于圖1）。結(jié)構(gòu)I最為穩(wěn)定，裂解方式比較簡單，丟失丙二酸二乙酯得到的正離子碎片（m／z 177），由于2，4－二甲氧基苯乙烯的共軛作用十分穩(wěn)定，因此給出的該碎片離子信號一定很強，這與化合物B的質(zhì)譜圖相吻合（示于圖4，圖6）。結(jié)構(gòu)II中的雙鍵由于丙二酸二乙酯的強烈吸電效應(yīng)而容易斷裂，應(yīng)該會出現(xiàn)m／z 164和m／z 172兩個碎片峰，化合物A與B質(zhì)譜圖中都沒有這兩個碎片峰，從而可以排除結(jié)構(gòu)П的可能。結(jié)構(gòu)Ш如果裂解丟失丙二酸二乙酯給出的正離子與苯環(huán)同位于雙鍵的同側(cè)并處于苯環(huán)的β位，結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，信號應(yīng)該比較弱，化合物A正是這樣，m／z 177的碎片峰只能在CI源下才能找到，豐度只有15%，而丟失乙醇、一氧化碳、乙氧基而得到的碎片189成為結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的1，3－丁二烯的共軛體系，因而離子信號最強（示于圖3，圖5）。CI源下MS／MS數(shù)據(jù)可以進一步證明上面的推測，化合物A丟失一分子水出現(xiàn)m／z 319，丟失一分子乙醇，一分子乙氧基成為m／z 245的碎片峰，m／z 245的碎片存在多共軛體系，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，豐度最大（示于圖7）；化合物B依然是m／z177的碎片峰最為穩(wěn)定，豐度最大（示于圖8）。

圖2 異構(gòu)體混合物的總離子流圖Fig.2 TIC chromatograms of isomers

圖3 化合物A的EI－MS質(zhì)譜圖Fig.3 EI－MS spectra of A

圖4 化合物B的EI－MS質(zhì)譜圖Fig.4 EI－MS spectra of B

圖5 化合物A的CI－MS質(zhì)譜圖Fig.5 CI－MS spectra of A

圖6 化合物B的CI－MS質(zhì)譜圖Fig.6 CI－MS spectra of B

圖7 化合物A的CI－MS／MS質(zhì)譜圖Fig.7 CI－MS／MS spectra of A

圖8 化合物B的CI－MS／MS質(zhì)譜圖Fig.8 CI－MS／MS spectra of B

表1 化合物A和B的質(zhì)譜圖中的主要碎片及其豐度Table 1 Main fragments and their abundance of A and B

2.3 裂解機理分析

化合物A和B的EI－MS表明，發(fā)生裂解的方式根據(jù)偶聯(lián)基團連接到烯烴雙鍵不同的位置存在著較大差別。對于化合物A，2，4－二甲氧基苯基偶聯(lián)到丙二酸二乙酯的β位，失去多個離子得到的碎片峰m／z 189成為結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的1，3－丁二烯的共軛體系，豐度最大，裂解過程示于圖9；對于化合物B，2，4－二甲氧基苯基偶聯(lián)到丙二酸二乙酯的γ位，裂解方式比較簡單，丟失丙二酸二乙酯得到的正離子碎片m／z 177，由于2，4－二甲氧基苯乙烯的共軛作用十分穩(wěn)定，主要采用該種裂解方式，裂解過程示于圖10。

圖9 化合物A的電子轟擊質(zhì)譜裂解機理Fig.9 EI－MS fragmentation mechanism of A

圖10 化合物B的電子轟擊質(zhì)譜裂解機理Fig.10 EI－MS fragmentation mechanism of B

3 結(jié) 論

本研究通過氣相色譜－質(zhì)譜法分析了2，4－二甲氧基苯甲酸與烯丙基丙二酸二乙酯的脫羧Heck反應(yīng)產(chǎn)物。該產(chǎn)物中含有兩種組分且互為異構(gòu)體，通過討論這兩種異構(gòu)體的質(zhì)譜裂解方式，確定了它們各自的結(jié)構(gòu)。該方法具有快速簡便，檢測效率高，準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點，適用于芳基烯烴同分異構(gòu)體的檢測，同時也為其它復(fù)雜樣品中該類同分異構(gòu)體的測定提供了可以借鑒的方法。

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Study on Diethyl［3－（2，4－Dimethoxyphenyl）Allyl］Malonate Isomers by Gas Chromatography－Mass Spectrometry

WANG Min，PENG Qi
（Fujian Institute of Research on the Structure of Matter，Chinese Academy of Sciences，F(xiàn)uzhou350002，China）

A method applying gas chromatography－ion trap mass spectrometry（GC／MS）for the simultaneous analysis of diethyl［3－（2，4－dimethoxyphenyl）allyl］malonate isomers is described.The diethyl［3－（2，4－dimethoxyph－enyl）allyl］malonate mixture of isomers was prepared by the decarboxylative Heck reaction of 2，4－dimethoxybenzoic acid with diethyl 2－allylmalonate firstly，and then was analyzed by GC／MS in Electron ionization（EI）and Chemical ionization（CI）full－scan mode.Two components were isolated by gas chromatography，and identified as isomers from the determination of the molecular ions.Next，the isomers were analyzed by tandem mass spectrometry（MS／MS）mode.Through the analysis of different cleavage fragments of the isomers in MS／MS mode，mass spectrometric fragmentation pathways of the isomers were discussed.The structures of two isomers were determined on the base of different mass characteristic fragmentation pathways.This new meth－od of identifying isomers is a time－saving，economical and effective method，which could provide reference for analysis and identification of this kind of compounds.

gas chromatography－mass spectrometry（GC／MS）；identification of isomers；Heck reaction；diethyl malonate；aryl olefin

O 657.63

A

1004－2997（2012）04－0219－06

2012－03－15；

2012－06－01

王 敏（1980～），女，山東濟寧人，助理研究員，從事分析化學(xué)研究工作。E－mail：wangmin04＠fjirsm.ac.cn

彭 奇（1962～），女，福建古田人，高級實驗師，從事分析化學(xué)研究工作。E－mail：wpqjj＠tom.com