Масс-спектры моносахаридов и их производных
Масс-спектрометрический метод принципиально отличается от Других физико-химических методов. ЯМР-, ИК- или УФ-спектроскопия основаны на анализе такого поглощения энергии внешнего электромагнитного поля веществом, которое вызывает переход молекулы на более высокие энергетические уровни, но не ведет к разрыву ковалентных связей. Однако в масс-спектрометрии применяются воздействия (ускоренные электроны с энергией 20-70 эв, УФ-свет), вызывающие ионизацию молекулы с потерей одного из электронов и ее дальнейший распад, сопровождающийся разрывом ковалентных связей. Следовательно, масс-спектрометрия основана на изучении химических изменений вещества и с этой точки зрения близка к обычным деструктивным методам органической химии.
В масс-спектрометре происходит разделение ионизированных молекул и возникающих из них заряженных осколков по их массам. Масс-спектр вещества представляет собой ряд пиков, каждый из которых соответствует ионам с данным отношением массы к заряду (т/е), причем последний обычно равен единице. Поэтому величина т/е чаще всего равна массе данного иона. Интенсивность пика зависит, в первую очередь, от стабильности соответствующего ему иона, а последняя определяется законами, хорошо известными из органической химии. Анализируя масс-спектр, можно получить ценные сведения о структуре исследуемой молекулы.
Имеются два серьезных ограничения в применении масс-спектрометрического метода. Во-первых, для получения масс-спектра вещества необходимо, чтобы оно обладало некоторой минимальной летучестью. Современные масс-спектрометры устроены таким образом, что для измерения масс-спектра нужно перевести образец вещества в парообразное состояние. Хотя описаны масс-спектры столь сильнополярных и малолетучих веществ, как метилгликозиды, обычно предпочитают работать с производными Сахаров, в которых для увеличения летучести большая часть гидроксильных групп заменена на ацетокси- или метоксигруппы. Необходимость работы с летучими производными является самым важным техническим ограничением метода.
Имеются два серьезных ограничения в применении масс-спектрометрического метода. Во-первых, для получения масс-спектра вещества необходимо, чтобы оно обладало некоторой минимальной летучестью. Современные масс-спектрометры устроены таким образом, что для измерения масс-спектра нужно перевести образец вещества в парообразное состояние. Хотя описаны масс-спектры столь сильнополярных и малолетучих веществ, как метилгликозиды, обычно предпочитают работать с производными сахаров, в которых для увеличения летучести большая часть гидроксильных групп заменена на ацетокси- или метоксигруппы. Необходимость работы с летучими производными является самым важным техническим ограничением метода.
Другое, уже принципиальное ограничение применения масс-спектрометрии связано с относительно низкой чувствительностью этого метода к стереохимическим особенностям: обычно масс-спектры стереоизомерных сахаров практически одинаковы, хотя иногда имеются некоторые небольшие различия в интенсквностях отдельных пиков. Анализ масс-спектра - сложная задача и состоит в выяснении структур получающихся фрагментов и возможных путей их образования, знание которых дает возможность воссоздать строение исходной молекулы или ее частей.
Общих закономерностей распада для всех изученных производных моносахаридов не существует. Для каждой группы имеются свои характерные особенности, и даже внутри группы механизм распада определяется природой заместителей, связанных с кислородными атомами, а также другими деталями структуры.
По характеру распада производные моносахаридов можно разделить на три большие группы: ациклические производные, моноциклические производные и производные, содержащие несколько циклов. Наиболее просто протекает распад ациклических производных.
Так, в масс-спектре пентаацетата арабита есть четыре фрагмента, отвечающие всем принципиально возможным первичным разрывам углеродной цепи.
Другие фрагменты возникают за счет отщепления молекулы кетена (т/е=42) или молекулы уксусной кислоты (т/е=60) от указанных выше четырех первичных фрагментов. Более сложно протекает распад ациклических производных, имеющих функциональные группы, например ацетатов аль-форм, тиоацеталей или их ацетатов; в этом случае разрывы происходят по соседству с функциональной группой.
Распад циклических производных
сахаров - пираноз или фураноз - начинается с разрыва связей, находящихся поблизости от гликозидного центра, причем распад ацетатов существенно отличается от распада метиловых эфиров, а фрагментация фураноз от фрагментации пираноз. Для фураноз очень характерен разрыв связи С4 - С5. Аналогичный разрыв связи С5 - С6 в гексопиранозах происходит в гораздо меньшей степени.
Хотя использование масс-спектрометрии для установления строения частично метилированных моносахаридов и является очень важным, область применения масс-спектрометрического метода этим не ограничивается. Есть немало примеров использования масспектрометрии для определения структуры моносахаридов. Метод бурно развивается, и, без сомнения, в ближайшем будущем будут найдены новые области для его дальнейшего применения.