引言
傳統的質譜法不能區分對映異構體或映象異構體。2024年2月8日，清華大學歐陽證團隊在Science線上發表題為“Differentiating enantiomers by directional rotation of ions in a mass spectrometer"研究論文，該研究報道了一種透過誘導手性氣相離子的定向旋轉來打破手性對稱並區分對映體的技術。
採用雙交流激勵來控制捕獲離子的運動，包括圍繞質量中心的旋轉和圍繞陷阱中心的宏觀運動。碰撞截面的差異可以透過10000以上高解析度的離子云剖面來測量。採用微型離子阱質譜儀，將高場離子遷移率與串聯質譜分析相結合，實現了對映體的分析。該方法的有效性在多種有機化合物(包括氨基酸、糖和幾種藥物分子)以及不對稱氫化配體最佳化研究中得到了證明。
生物系統通常傾向於蛋白質、碳水化合物、DNA和RNA中氨基酸、糖和核苷酸的兩種映象形式或對映體中的一種。具體來說，手性氨基酸大多以l-對映體的形式存在，而碳水化合物主要是D-對映體。由於生物系統固有的手性環境，對映體藥物分子往往表現出不同的生理行為和藥理活性。以治療藥物沙利度胺為例，R-對映體具有鎮靜作用，而S-對映體具有致畸性，濫用對映體導致超過10,000名新生兒出生缺陷。對映體的分化對藥物開發和疾病診斷至關重要。
對映體的分析可以基於它們與電磁場的微分相互作用來實現，如偏振的旋光性、圓二色性)或X射線晶體學中的異常色散；或者透過與手性選擇劑的相互作用，如色譜中的固定相。現代質譜(MS)系統是高通量分析具有高結構特異性的複雜混合物的強大平臺。雖然對映體過量的測定通常是透過質譜與氣相色譜或(HPLC)與手性固定相的耦合來完成的，但用質譜直接區分對映體仍然是一個主要的挑戰。離子遷移率質譜(IMMS)可用於進行手性分析，而在IMMS分析之前，需要引入手性參考物或在串聯IMMS分析期間引入氣相碰撞參考物。
原理，儀器設定，和模擬宏觀運動和對映體離子的定向旋轉被捕獲在LIT（Credit: Science）
最近，研究人員開發了一種僅透過離子阱進行高場離子遷移率分離和質量分析的IMMS方法。離子云剖面在高E/N條件下進行，這使得使用高場離子遷移率識別分子結構差異的超高解析度達到10,000以上。這項工作的動機是探索使用這種高解析度IM方法直接區分對映體的可能性，這種方法在離子阱內的電磁場誘導的碰撞截面上存在微小差異。已經證明，分化效應可以由電磁場引起，通常基於對映體的極性差異。
映象螺旋槳結構已被用來說明由於方向旋轉可能引起對映體的差異。假設，利用電磁場操縱手性化合物的旋轉方向對離子態比中性態更有效。在這項工作中發現了離子云分析過程中對映異構體離子碰撞截面的差異，並隨後開發了一種使用雙交流(ac)激勵控制離子定向旋轉的方法，從而實現了對映異構體的直接分離和分析。
原文連結
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj8342
責編|探索君
排版|探索君
文章來源|“iNature”
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