段華健 武正華 余史丹 汪碩聞 陳明 范國榮
中圖分類號 R917 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1001-0408(2021)14-1692-06
DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2021.14.05
摘 要 目的:分析雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯和五味子丙素的質(zhì)譜裂解規(guī)律,鑒定雙環(huán)醇原料藥中的雜質(zhì)。方法:采用超高效液相色譜-電噴霧-四極桿-飛行時間質(zhì)譜法,以電噴霧電離源為離子源,在正離子模式下,利用飛行時間質(zhì)譜對雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯和五味子丙素的準(zhǔn)分子離子及其特征碎片離子信息進(jìn)行分析,根據(jù)碎片質(zhì)量變化推測可能的裂解途徑,分析總結(jié)其質(zhì)譜裂解規(guī)律;雙環(huán)醇原料藥樣品首先通過液相色譜分離,尋找其中的雜質(zhì)峰,然后利用質(zhì)譜對雜質(zhì)峰進(jìn)行分析,結(jié)合裂解規(guī)律輔助鑒定雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)。結(jié)果:3種化合物在正離子模式下均產(chǎn)生[M+H]+的準(zhǔn)分子離子,經(jīng)碰撞誘導(dǎo)解離后發(fā)生C—O鍵、C—C鍵的簡單斷裂以及氧環(huán)的開環(huán)斷裂,并伴隨以CH2O為主,CO2、CO、CHO為輔的中性碎片丟失,解離均集中在中高質(zhì)量區(qū)。3種化合物只有支鏈結(jié)構(gòu)和/或氧環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生C—C、C—O鍵的簡單斷裂,而聯(lián)苯母核結(jié)構(gòu)未曾改變。其中,雙環(huán)醇由于含有芐位羥基結(jié)構(gòu),故在酸性流動相條件下,會以[M+H-H2O]+的形式穩(wěn)定存在;五味子丙素因其含有八元環(huán)結(jié)構(gòu),故碰撞電壓下率先出現(xiàn)開環(huán),繼而再出現(xiàn)中性碎片丟失。雙環(huán)醇原料藥中雜質(zhì)的二級質(zhì)譜與聯(lián)苯雙酯的二級碎片表現(xiàn)出的質(zhì)譜裂解行為基本一致。結(jié)論:本研究歸納了3種五味子衍生物的質(zhì)譜裂解規(guī)律。雙環(huán)醇原料藥中出現(xiàn)的雜質(zhì)可能為聯(lián)苯雙酯。
關(guān)鍵詞 雙環(huán)醇;聯(lián)苯雙酯;五味子丙素;超高效液相色譜-電噴霧-四極桿-飛行時間質(zhì)譜;質(zhì)譜裂解規(guī)律;雜質(zhì)鑒定
UHPLC-ESI-Q-TOF-MS Analysis of Bicyclol, Bifendate and Schisandrin C and Application
DUAN Huajian1,2,WU Zhenghua2,YU Shidan3,WANG Shuowen2,CHEN Ming2,F(xiàn)AN Guorong1,2(1. School of Pharmacy, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 201100, China; 2. Dept. of Clinical Pharmacy, the First Affiliated Peoples Hospital of Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200080, China; 3. Dept. of Pharmacy, No. 906 Hospital of the Joint Logistics Support Force of PLA, Zhejiang Ningbo 315040, China)
ABSTRACT? ?OBJECTIVE: To analyze the mass spectrometry fragmentation regularity of bicyclol, bifendate and schisandrin C, and to identify the impurities of bicyclol raw material. METHODS: UHPLC-ESI-Q-TOF-MS method was adopted. Using electrospray ionization source, in positive ion mode, the excimer ion and characteristic fragments of bicyclol, bifendate and schisandrin C were analyzed by means of TOF-MS. According to the mass change of fragments, the possible fragmentation pathways were speculated, and the fragmentation regularity were analyzed and summarized. Bicyclol raw material sample was first separated by liquid chromatography to find the impurity peaks in it, and then the impurity peaks were analyzed by mass spectrometer; the impurity identification was conducted by combining with the fragmentation regularity. RESULTS: The 3 compounds all produced [M+H]+ excimer ion in the positive ion mode. After collision-induced dissociation, the C-O bond, the simple rupture of the C-C bond and the ring-opening cleavage of the oxygen ring occurred; with the loss of neutral fragments, mainly CH2O, supplemented by CO2, CO and CHO, the dissociation was concentrated in the middle and high quality regions. C-C and C-O bonds of 3 compounds were simply broken only in the branched chain structure and/or oxygen ring structure, but the structure of the biphenyl parent nucleus remained unchanged. Among them, the bicyclol contained a benzyl alcohol structure, so under acidic mobile phase conditions, it would exist stably in the form of [M+H-H2O]+. Because schisandrin C contained 8-membered ring structure, ring opening first occurred under collision voltage, and then neutral fragment loss occurred. The secondary mass spectra of impurity in bicyclol raw material were consistent with the mass spectra fragmentation of secondary fragments of bifendate. CONCLUSIONS: The study summarized mass spectrometry fragmentation regularity of 3 schisandrin derivatives. The impurity in bicyclol raw material may be bifendate.
KEYWORDS? ?Bicyclol; Bifendate; Schisandrin C; UHPLC- ESI-Q-TOF-MS; Mass spectrum fragmentation regularity; Impurity identification
五味子為木蘭科植物五味子Schisandra chinensis(Turcz.) Baill.或華中五味子S. Sphenanthera Rehd. et Wils的干燥成熟果實。因其辛、甘、苦、澀、咸共生五味,故被稱為五味子[1]。五味子的果實、種子含豐富的木脂素類化合物,如五味子醇,五味子甲素、乙素、丙素以及五味子酚等[2]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),所有活性成分中五味子丙素(結(jié)構(gòu)式見圖1A)的保肝作用最強(qiáng),但含量較低[3]。為此,研究者合成了五味子丙素及其衍生物,經(jīng)篩選后,得到了易于合成且能夠大規(guī)模生產(chǎn)的聯(lián)苯雙酯(結(jié)構(gòu)式見圖1B),該衍生物可顯著下調(diào)乙肝患者的轉(zhuǎn)氨酶水平,但具有停藥反跳現(xiàn)象[4]。隨后,經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化,研究者合成了新的衍生物雙環(huán)醇(結(jié)構(gòu)式見圖1C),該衍生物在延續(xù)聯(lián)苯雙酯保肝作用的同時,其停藥反跳現(xiàn)象的發(fā)生率遠(yuǎn)低于聯(lián)苯雙酯,故在臨床上得到了廣泛應(yīng)用[5-6]。
鑒于雙環(huán)醇具有良好的保肝降酶作用,并且臨床上應(yīng)用廣泛,因此研究其有關(guān)物質(zhì)具有重要意義。雙環(huán)醇有關(guān)物質(zhì)的深入研究需通過高分辨質(zhì)譜分析提供基礎(chǔ)信息支撐。電噴霧-四極桿-飛行時間質(zhì)譜(ESI-Q-TOF- MS)作為高分辨質(zhì)譜,是通過軟電離技術(shù),在測定化合物精確分子量的同時,提供準(zhǔn)確且豐富的碎片信息,尤其適用于未知化合物的結(jié)構(gòu)鑒定[7]。該技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于中藥、化學(xué)藥和生物大分子等研究領(lǐng)域[8-10]。關(guān)于五味子類衍生物的結(jié)構(gòu)鑒定,目前有賀銳銳等[11]采用Discovery Studio軟件探究了五味子乙素質(zhì)譜裂解途徑,靳茂禮等[12]對五味子酯甲的代謝產(chǎn)物進(jìn)行了鑒定,但現(xiàn)有研究并不全面?;诖耍狙芯坎捎贸咝б合嗌V(UHPLC)-ESI-Q-TOF-MS法,在正離子模式(ESI+)下,經(jīng)碰撞誘導(dǎo)解離(CID)獲取碎片的二級質(zhì)譜信息,并以此初步推測五味子丙素、聯(lián)苯雙酯、雙環(huán)醇的裂解途徑,從而總結(jié)得到這3種化合物的裂解規(guī)律,再根據(jù)此初步鑒定雙環(huán)醇雜質(zhì)的結(jié)構(gòu),旨在為雙環(huán)醇質(zhì)量控制提供參考,也為其他五味子衍生物的結(jié)構(gòu)分析奠定理論基礎(chǔ)。
1 材料
1.1 主要儀器
本研究主要儀器包括Agilent 1290型UHPLC儀(配有G7120A型二元泵及內(nèi)置脫氣機(jī)、G7159B型自動進(jìn)樣器、G7116B型柱溫箱、Mass Hunter 10.0在線分析軟件)和G6545型Q-TOF型質(zhì)譜儀(美國Agilent公司)、CPA-225D型電子天平(德國Satorius公司)、Centrifuge 5804R型冷凍高速離心機(jī)(德國Eppendorf公司)、SK5200H型超聲儀(上海科導(dǎo)超聲儀器有限公司)、Research UV型超純水機(jī)(上海和泰儀器有限公司)等。
1.2 主要藥品與試劑
雙環(huán)醇原料藥(批號170657,純度98.0%)購自北京協(xié)和藥廠;聯(lián)苯雙酯對照品(批號100192-201504,純度98.0%)購自中國食品藥品檢定研究院;五味子丙素對照品(批號MB6954,純度98.0%)購自大連美侖生物技術(shù)有限公司;甲醇和乙腈均購自德國Merck公司,均為色譜純;甲酸和乙酸銨均購自上海安譜實驗科技有限公司,均為分析純;其余試劑均為分析純或?qū)嶒炇页S靡?guī)格,水為自制超純水。
2 方法與結(jié)果
2.1 溶液的配制
精密稱定雙環(huán)醇原料藥、聯(lián)苯雙酯對照品、五味子丙素對照品各10 mg,分別置于10 mL量瓶中,加入甲醇溶解并定容,超聲(功率200 W,頻率53 kHz,下同)10 min使完全溶解,得上述成分質(zhì)量濃度均為1 mg/mL的貯備液,于4 ℃下儲存。取上述貯備液適量,用80%甲醇梯度稀釋制成質(zhì)量濃度為1 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液,臨用現(xiàn)配。取上述3種樣品的標(biāo)準(zhǔn)溶液各100 μL,置于同一EP管中,超聲5 min使充分混勻,得到質(zhì)量濃度均為0.33 mg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,備用。
2.2 UHPLC條件
以Dikma Diamonds C18(150 mm×4.6 mm,5 μm)為色譜柱;以2 mmol/L乙酸銨-0.1%甲酸溶液為流動相A、乙腈為流動相B進(jìn)行梯度洗脫(0~1 min,40%B→70%B;1~4 min,70%B;4~4.5 min,70%B→95%B;4.5~8 min,95%B);流速為1 mL/min;柱溫為25 ℃;檢測波長為276 nm;進(jìn)樣量為15 μL;分流比為3 ∶ 7。
2.3 質(zhì)譜條件
離子源為ESI,掃描模式為ESI+;鞘氣溫度為350 ℃,流速為11 L/min;霧化溫度為320 ℃,霧化氣電壓為35 psi;干燥氣流速為8 L/min;錐孔電壓為65 V;毛細(xì)管電壓為175 V;碰撞電壓為10~30 V;掃描范圍為m/z 100~1 700。
2.4 色譜和質(zhì)譜分析
吸取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μL,按照“2.2”“2.3”項下條件進(jìn)樣,先經(jīng)UHPLC分離后再進(jìn)入質(zhì)譜分析。首先,由一級質(zhì)譜提取離子流(EIC)圖得到每個化合物的保留時間(RT)和準(zhǔn)分子離子的精確m/z值;然后以準(zhǔn)分子離子的m/z值作為靶m/z值,以RT前后0.5 min作為掃描時間范圍,并在適宜碰撞電壓下進(jìn)行Target MS/MS掃描。經(jīng)CID得到化合物的二級碎片,記錄特征碎片離子信息,并根據(jù)碎片離子m/z值的變化情況,推測其可能的結(jié)構(gòu)。
2.5 雜質(zhì)鑒定
吸取雙環(huán)醇標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μL,按照“2.2”“2.3”項下條件進(jìn)樣分析,并以80%甲醇作為空白對照。首先經(jīng)UHPLC的紫外(UV)檢測,尋找除雙環(huán)醇色譜峰以外的其他特征色譜峰,然后在一級質(zhì)譜圖中查找該色譜峰對應(yīng)化合物的RT和m/z值。二級碎片采集操作同“2.4”項,根據(jù)得到的碎片信息結(jié)合質(zhì)譜裂解規(guī)律進(jìn)行雜質(zhì)的初步鑒定。
2.6 軟件輔助分析
采用Mass Hunter Qualitative Analysis 10.0軟件對所有化合物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和定性分析。首先,采用軟件中的“generate formula”功能,通過限制C、H、O以及不飽和鍵的數(shù)量來確定特征峰對應(yīng)化合物的分子式;然后,使用Molecular Structure Correclator 8.1軟件,根據(jù)二級碎片離子信息并結(jié)合原型藥的分子結(jié)構(gòu),對碎片離子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行推測,以輔助裂解過程的推斷(上述軟件均來源于美國Agilent公司)。
3 結(jié)果與分析
3.1 3種化合物的色譜和質(zhì)譜信息
色譜結(jié)果顯示,雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯和五味子丙素的RT依次約為3.0、3.9、7.2 min,詳見圖2。
質(zhì)譜結(jié)果顯示,隨著碰撞電壓的增加,雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯和五味子丙素二級碎片數(shù)量也隨之增加。在動態(tài)變化過程中,通過斷裂時的電壓推斷支鏈結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,對于分析支鏈斷裂順序具有重要的指導(dǎo)意義。分析二級質(zhì)譜信息,以質(zhì)量偏差(ppm)小于2×10-6、碎片響應(yīng)值大于1×103為標(biāo)準(zhǔn),歸納雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯和五味子丙素的主要特征碎片離子信息,詳見表1~表3。
3.2 雙環(huán)醇的質(zhì)譜裂解途徑
雙環(huán)醇在ESI+下產(chǎn)生質(zhì)子化離子m/z 391.034 1[M+H]+為其準(zhǔn)分子離子峰。該成分C2位含芐位羥基,會脫去1分子H2O產(chǎn)生m/z 373.091 9的碎片離子,得到其二級質(zhì)譜擬合圖見圖3。
雙環(huán)醇的碎裂反應(yīng)主要由CID引發(fā)[13],由圖3可知,裂解行為主要集中在中高質(zhì)量區(qū),在脫水得到的m/z 373.091 9的母離子基礎(chǔ)上,首先C2′位酯鍵斷裂丟失1分子CH2O,得到m/z 343.081 1的碎片離子。該碎片可繼續(xù)于C2′、C4′位發(fā)生簡單斷裂丟失1分子CHO和1分子CH2O,得到m/z 314.078 4、284.067 4的碎片離子;也可于C5、C6位發(fā)生兩個C—O鍵斷裂,氧環(huán)開環(huán)后失去1分子CO2,得到m/z 299.091 4的碎片離子。該碎片有兩種裂解方式,一種先開環(huán)后支鏈發(fā)生簡單斷裂,于C5、C6位開環(huán)斷裂失去1分子CO,得到m/z 271.096 1的碎片離子,繼而于C4′、C2′位發(fā)生兩次簡單斷裂,先后得到m/z 241.049 1和m/z 213.090 9的碎片離子;另一種為C4′支鏈結(jié)構(gòu)先發(fā)生簡單斷裂得到m/z 269.080 6的碎片離子,然后氧環(huán)開裂,最終也得到m/z 213.090 9的碎片離子。推測雙環(huán)醇可能的裂解途徑如圖4所示。
3.3 聯(lián)苯雙酯的質(zhì)譜裂解途徑
聯(lián)苯雙酯在ESI+下產(chǎn)生質(zhì)子化離子m/z 419.239 9
[M+H]+為其準(zhǔn)分子離子峰,又經(jīng)CID,得到其二級質(zhì)譜擬合圖見圖5。
在ESI+下,聯(lián)苯雙酯得準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+,經(jīng)CID共產(chǎn)生6個特征碎片,其裂解方式與雙環(huán)醇相似,但過程更為簡單。由圖5可知,裂解行為主要集中在中高質(zhì)量區(qū),首先C2′位酯鍵斷丟失1分子CH4O,得到m/z 387.070 6的碎片。該碎片有兩種裂解方式,一種于C2、C4、C4′位發(fā)生連續(xù)C—O鍵的簡單斷裂,相繼丟失1分子CH2O和1分子CHO,得到m/z 357.060 2和328.057 8的碎片離子;另一種是位于C5、C6位的氧環(huán)先開裂,丟失1分子CO2,得到m/z 343.081 3的碎片,隨后C2、C4、C4′位發(fā)生簡單斷裂,形成m/z 313.034 3、285.075 7的碎片離子。推測聯(lián)苯雙酯可能的裂解途徑如圖6所示。
3.4 五味子丙素的質(zhì)譜裂解途徑
五味子丙素在ESI+下產(chǎn)生質(zhì)子化離子m/z 385.164 6
[M+H]+為其準(zhǔn)分子離子峰,又經(jīng)CID,得到其二級質(zhì)譜擬合圖見圖7。
由圖5可知,五味子丙素經(jīng)CID產(chǎn)生5個主要碎片離子峰。裂解過程與前人研究得到五味子乙素裂解的碎片情況基本相似[11],亦與上述雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯的裂解行為類似。特殊之處在于五味子丙素含八元環(huán)結(jié)構(gòu),會發(fā)生2個C—C鍵的均裂脫,失去1分子C5H10使體系趨于穩(wěn)定,得到m/z 315.089 3的碎片離子。從分子式水平分析,上述碎片離子的O原子數(shù)與母離子相同,而另一m/z 355.153 7的碎片離子的O原子數(shù)較母離子減少1,故通過O原子的變化情況可以推斷出前一碎片離子由母離子直接得到。推測五味子丙素可能的裂解途徑如圖8所示。
3.5 雜質(zhì)的鑒定結(jié)果
在對雙環(huán)醇原料藥進(jìn)行色譜和質(zhì)譜分析時,檢測到1個雜質(zhì)(圖9),RT為3.846 min,該保留時間與聯(lián)苯雙酯的保留時間基本一致,為確定雜質(zhì)成分,采用ESI-Q-TOF-MS做進(jìn)一步的檢測。
該雜質(zhì)在ESI+下也產(chǎn)生m/z 419.240 5[M+H]+的準(zhǔn)分子離子峰,經(jīng)CID得到的二級質(zhì)譜檢測結(jié)果顯示,該雜質(zhì)共產(chǎn)生6個主要特征碎片離子,且碎裂集中在高質(zhì)量區(qū),擬合圖見圖10。其中,該雜質(zhì)產(chǎn)生m/z 387.071 1、357.060 5的碎片離子,與準(zhǔn)分子離子差30和60,即連續(xù)丟失1分子或2分子CH2O,說明雜質(zhì)中含有多個—OCH3結(jié)構(gòu);除此之外,還有m/z343.081 2、328.057 8、313.064 3、285.075 7的特征碎片離子,推測為上述2個碎片離子丟失CO2、CH2O、CHO、CO丟失所致。對比主要特征碎片,結(jié)合質(zhì)量數(shù)推測中性碎片丟失情況,該雜質(zhì)的二級質(zhì)譜與聯(lián)苯雙酯的二級質(zhì)譜碎片表現(xiàn)出的裂解行為完全一致。查閱相關(guān)文獻(xiàn)證實,雙環(huán)醇的合成工藝中采用聯(lián)苯雙酯作為起始原料[14-15],因此極有可能在生產(chǎn)過程中引入聯(lián)苯雙酯,故可判斷雙環(huán)醇中出現(xiàn)的雜質(zhì)可能為聯(lián)苯雙酯。
4 討論
本實驗前期分別在ESI+、負(fù)離子模式(ESI-)下,利用高分辨質(zhì)譜探究了雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯、五味子丙素等3種化合物的質(zhì)譜特征,并比較了其在不同碰撞電壓(10、20、30、40 V)下的碎片丟失情況。結(jié)果顯示,ESI-下的分子離子峰響應(yīng)較ESI+低2個數(shù)量級,且離子豐度較低,故選用ESI+進(jìn)行分析。由于40 V電壓強(qiáng)度過高,在該條件下化合物被打碎且無特征碎片離子形成,因此選擇在10~30 V的碰撞電壓下采集二級碎片信息。
雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯、五味子丙素等3種化合物來源于中藥五味子,具有相似的聯(lián)苯結(jié)構(gòu),經(jīng)CID可產(chǎn)生豐富的碎片信息,可初步鑒定其裂解途徑,并為其他五味子衍生物的結(jié)構(gòu)鑒定提供參考。3種化合物裂解過程有相同點和不同處,可相互補(bǔ)充。在ESI+模式下,3種化合物均產(chǎn)生了[M+H]+的準(zhǔn)分子離子,其中雙環(huán)醇因含有芐位羥基,容易脫水,故其準(zhǔn)分子離子以[M+H-H2O]+的形式穩(wěn)定存在。3種化合物的解離均集中在中高質(zhì)量區(qū)。C2′位酯基易發(fā)生C—O鍵的均裂,由于化合物結(jié)構(gòu)中含有多個—OCH3支鏈,因此會發(fā)生C—O鍵的簡單斷裂,從而導(dǎo)致多分子CH2O的丟失,基于化合物結(jié)構(gòu)的特征性微小差異,裂解過程中還伴隨CO2、CO、CHO等中性碎片的丟失。3種化合物中雙鍵結(jié)構(gòu)的β位均不含H,因此無法發(fā)生麥?zhǔn)现嘏诺葟?fù)雜斷裂。此外,聯(lián)苯結(jié)構(gòu)中兩個苯環(huán)以單鍵直接相連的形式,會形成一個巨大的共軛體系,有利于降低分子勢能而維持其穩(wěn)定性[16]。因此在裂解過程中,3種化合物只有支鏈結(jié)構(gòu)和/或氧環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生C—C、C—O鍵的簡單斷裂,而聯(lián)苯母核結(jié)構(gòu)均未改變。上述規(guī)律在3種化合物的質(zhì)譜裂解過程中均存在,具有共性,即可歸納為3種五味子衍生物的質(zhì)譜裂解規(guī)律。
對于雙環(huán)醇原料藥UHPLC-UV圖譜中發(fā)現(xiàn)的雜質(zhì),通過色譜實現(xiàn)分離,再通過高分辨質(zhì)譜對其二級碎片信息進(jìn)行采集,經(jīng)過對碎片的分析,發(fā)現(xiàn)其中性分子的丟失情況和質(zhì)譜裂解行為與聯(lián)苯雙酯基本一致,符合上述工作中總結(jié)出的質(zhì)譜裂解規(guī)律,得到的規(guī)律可以作為該種化合物雜質(zhì)鑒定的輔助依據(jù)。
本實驗采用UHPLC-ESI-Q-TOF-MS法,通過對雙環(huán)醇、聯(lián)苯雙酯和五味子丙素等3種五味子衍生物的質(zhì)譜裂解途徑進(jìn)行研究,總結(jié)其質(zhì)譜裂解規(guī)律,并將其用于輔助鑒定雙環(huán)醇雜質(zhì)的結(jié)構(gòu),這不僅對五味子衍生物有關(guān)物質(zhì)的快速鑒定具有重要意義,也為后續(xù)藥物代謝產(chǎn)物的分析鑒定提供了重要的理論支持。
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(收稿日期:2021-04-18 修回日期:2021-06-09)
(編輯:鄒麗娟)