Органический синтез методом масс-спектрометрии

Ионизация распылением в электрическом поле, или просто электроспрей, — один из самых популярных методов образования заряженных ионов в методе масс-спектрометрии, который используется для идентификации и анализа молекул. Для упрощения процедуры выделения в образцах некоторых специфических молекул учёные решили добавить к ним реагенты, взаимодействуя с которыми искомые молекулы (если они есть) меняют свою массу, что позволяет им выделиться из сложной смеси близких по весу молекулярных ионов.

Сама по себе идея хороша и применима во множестве других методов аналитической химии, но Томас Мюллер (Thomas Müller) из Университета Инсбрука (Австрия) и его коллега Грэм Кукс (R. Graham Cooks) из Университета Пердью (США) пошли дальше, предложив использовать масс-спектроскопию для проведения направленного синтеза в миллиграммовых количествах.

Вот эта реакция использовалась учёными в качестве примера. (Иллюстрация Wiley-VCH.)

Чтобы больше не возвращаться к аналитической теме, заметим, что добавление к сложной смеси дополнительных реагентов в общем случае может сильно повлиять на результаты анализа образца в целом, поскольку электроспрей, помимо желаемых реакций, вполне способен запускать и совершенно неожиданные химические превращения. Однако эта проблема обходится с помощью сравнения результатов масс-спектрометрического анализа, проведённого с добавлением реагентов и без оных, а также путём аккуратного подбора минимально необходимой концентрации добавок. Причём все промежуточные результаты также не будут лишними.

В качестве демонстрации рациональности своей сногсшибательной идеи учёные провели сравнительный эксперимент. Смешав в обычной реакционной колбе 1-инданон и 4-хлорбензальдегид с каталитическим количеством гидроксида калия, они наблюдали за процессом образования 2-(4-хлорбензилиден)индан-1-она с помощью масс-спектрометра. Одновременно проводилась ионизация той же исходной реакционной смеси посредством электроспрея, а вылетающие из прибора ионы собирались на стеклянную вату. После эксперимента все продукты, абсорбировавшиеся на вате, были смыты, и полученная смесь проанализирована методом всё той же масс-спектрометрии для сравнения результатов с теми, что были получены в ходе стандартного реакционного процесса в круглодонной колбе.

Вылетевшие (на вату) за две с половиной минуты ионы принесли химикам около 1,5 мг продукта, содержащего новую углерод–углеродную связь. А если бы реакция проводилась в обычной колбе, для её завершения потребовалось бы несколько часов. (Здесь мы вынуждены заметить, что масштабы выработки продукта в случае колбы не указываются, в то время как для синтеза в масс-спектрометре приводится и время реакции, и масса полученного продукта.) На этом основании учёные делают вывод о том, что масс-спектрометрия вполне может быть принята химией в качестве альтернативного способа проведения органических реакций.

Достоин упоминания и такой факт. Реакция в условиях масс-спектрометра привела к образованию девяти побочных продуктов, не наблюдающихся в условиях химической колбы. Несмотря на то что общий выход побочных продуктов составил около 8%, ничего особенно радостного в этом факте всё равно нет.

Подробнее о необычном взгляде на метод масс-спектрометрию можно узнать из статьи, опубликованной в журнале Angewandte Chemie.

Подготовлено по материалам Chemistry World.