Kis molekulatömegű anyagok szerkezetfelderítése lágyionizációs tömegspektrometriai módszerekkel

A tétel rövid nézete
dc.contributor.advisorKéki, Sándor
dc.contributor.authorNagy, Lajos
dc.contributor.departmentKémiai tudományok doktori iskolahu
dc.contributor.submitterdepDE--TEK--Természettudományi Kar--Alkalmazott Kémiai Tanszék
dc.date.accessioned2009-06-18T06:44:20Z
dc.date.available2009-06-18T06:44:20Z
dc.date.created2009en
dc.date.defended2009-06-26
dc.description.abstractMunkám során különböző kémiai szerkezetű anyagokat vizsgáltam MALDI-TOF és ESI-TOF tömegspektrometriával. Kihasználtam, hogy bár ezek a módszerek lágy ionizációs technikák, kiválóan alkalmazhatóak fragmentáció vizsgálatára is, így a különböző kémiai rendszerekben lévő kölcsönhatások vizsgálatára PSD-MALDI-TOF MS/MS és ESI-CID méréseket végeztem. Először a nanotechnológiában is fontos klaszterek különböző molekulákkal való kölcsönhatását tanulmányoztam. Megállapítottam, hogy MALDI körülmények között ezüst-klasztereket lehet előállítani. Kimutattam, hogy a minta ezüst ionnal történő ionizációja esetén a spektrumban megjelenik az [M+Ag3]+ addukt ion. Ezután a klaszter-molekula kölcsönhatást vizsgáltam, melyhez három különböző vegyületcsaládba tartozó anyagot használtam fel. A fragmentáció vizsgálata során legnagyobb kölcsönhatást, a diszulfid hidat tartalmazó vegyület esetén tapasztaltam. Bizonyítottam, hogy a klaszterion elektronszerkezete, ezáltal a stabilitása, nagymértékben változhat attól függően, hogy milyen molekulával van kölcsönhatásban. Ezt követően kis molekulatömegű vegyületek fragmentációját tanulmányoztam három különböző vegyületcsaládba tartozó, fontos biológiai hatással rendelkező származékokon keresztül. A benzotiazepinek esetén PSD-MALDI-TOF MS/MS méréseket végeztem, megállapítottam, hogy ezek a vegyületek MALDI körülmények között protonnal és ezüstionnal jól ionizálhatók. A kapott eredmények segítségével meghatároztam a benzotiazepinek bomlási sémáját, valamint a fragmentáció mechanizmusát, és bizonyítottam, hogy a bomlás mechanizmusa a kationizáló ágenstől is nagymértékben függ. Benzoxazepinek esetén a PSD-MALDI-TOF MS/MS és az ESI-CID méréseket végeztem, megállapítottam, hogy MALDI és elektroporlasztásos körülmények között ezek a vegyületek jól vizsgálhatóak. Meghatároztam a bomlási sémát és a bomlás mechanizmusát. Megállapítottam, hogy a két módszer esetén bekövetkező bomlás, hasonló fragmentációt eredményez. Megfigyeltem azonban különbségeket is, például, ESI technika esetén az N-szubsztituált benzoxazepinek alként veszítenek, valamint H2X (ahol X= O vagy S) kihasadása is megfigyelhető, míg MALDI körülmények között ezek a fragmentációk nem jellemzőek. A triszubsztituált-pirazolinokat ESI körülmények között tanulmányoztam. Megállapítottam, hogy ezzel a módszerrel ezek a vegyületek jól mérhetőek. MS/MS és pszeudo-MS3 mérésekkel feltérképeztem a fragmentációs útvonalakat. Kimutattam, hogy a fragmentáció során gyök kation képződik, amely képződése elektroporlasztásos ionizáció esetén nem jellemző. Megállapítottam, hogy az N(1) nitrogénen lévő szubsztituens jelentősen befolyásolja a fragmentációt, valamint ha ez a szubsztituens acetil vagy propionil csoport, akkor először ketén lehasadása megy végbe. Az eredmények ismeretében meghatároztam a pirazolin származékok fragmentációs stabilitását. Munkám további részében Fe(II)-fenantrolin komplexek relatív gázfázisú stabilitását vizsgáltam ESI-CID technika segítségével. Megállapítottam, hogy a módszer jól alkalmazható megfelelő stabilitású komplexek vizsgálatára, annak ellenére, hogy hasonló méréseket, amelyekben fémkomplexek gázfázisú stabilitását vizsgálták volna ezzel a módszerrel, nem találtam az irodalomban. Kimutattam, hogy a fragmentáció során csak egy ligandum lehasadása történik meg, valamint igazoltam, hogy a fragmentáció elsőrendű kinetika szerint megy végbe és leírható az Arrhenius és a Rice-Ramsperger-Kassel modellekkel. Az eredmények ismeretében meghatároztam a fragmentációhoz szükséges kritikus energiát és a komlexek relatív gázfázisú stabilitását (4,7-Ph-Phen > Phen  5-Cl-Phen  5-Me-Phen  3,4,7,8-Me-Phen). In our work we deal with the investigation of different compounds by MALDI-TOF and ESI-TOF mass spectrometry. Although these methods are known as soft ionization techniques they can be applied to study the fragmentation as well (PSD-MALDI-TOF MS/MS, ESI-CID). Due to fragmentation we could gather more information on the interactions in different chemical systems. In the first part of the dissertation the interactions between silver-cluster and three different organic molecules were studied under MALDI conditions. In every case the [M+Ag3]+ adduct ion appeared in the spectra. To investigate this adduct PSD MS/MS measurements were performed which pointed out that the electronic structure of the molecule had appreciable influence on the stability of the cluster adduct ion. It was found under MALDI conditions that several organic compounds which are able to produce adduct with silver ions, are also capable of forming adducts with Ag3+ cluster ions under appropriate conditions. Ag3+ cluster ion can be “in situ” generated under MALDI conditions from silver trifluoroacetate cationization agent in the presence of organic MALDI matrices. In this part the fragmentation of three different compounds including a commercial plasticizer, a peracetylated isoflavone glycoside and a pyrazolylphenyl disulfide derivative cationized with silver ions and Ag3+ cluster ions were compared. It was observed that the complexes of Ag3+ are less fragmented as compared to the corresponding adduct ions with silver. The presumable fragmentation channel of [M+Ag3+] is the elimination of Ag2 units from these complexes. No significant dissociation of [M+Ag3+], into their building blocks, i.e. M and Ag3+ takes place indicating a tight connection between the corresponding molecule and the Ag3+ cluster ion. However, with a compound carrying very labile groups such as the pyrazolylphenyl disulfide derivative, intramolecular cleavages can occur prior to significant dissociation of the Ag3+ cluster ion. Hereinafter the fragmentations of various molecules of small molar mass were investigated under MALDI and electrospray conditions. At first benzothiazepine derivatives were investigated which were ionized with proton and silver ions respectively. We observed a relationship between the fragmentation mechanism and the cationization agent. The fragmentation behavior of six tetracyclic 2,3-dihydro-1,5-benzothiazepine derivatives cationized with protons and silver ions under post source decay (PSD) matrix assisted laser desorption/ionization (MALDI) conditions is followed. The protonated adduct ions decompose into several structurally important fragment ions, including substituted cyclopropane and benzohydrothiazole cations. Elimination of Ag and H and/or AgH from the silver-cationized adduct ions of these ([M+Ag]+) compounds was observed. It was also found that [M+Ag]+ produced silver-depleted fragment ions exclusively. Based on the PSD results a fragmentation pathway is proposed for the [M+H]+ and [M+Ag]+ precursor ions. As a continuation of our work benzoxazepines were fragmented under PSD-MALDI-TOF MS/MS and ESI-CID conditions. Both methods gave nearly the same fragmentations; some important differences are dealt with in this dissertation. Fragmentations of the protonated adduct ions [M+H]+ of seven 1,4-benzoxapine derivatives were studied using the “post-source decay” matrix-assisted laser desorption/ionization (PSD MALDI) and electrospray nozzle-skimmer collision induced dissociation (ESI-CID) mass spectrometric methods. It was found that both methods generated mainly fragment ions arising from the cross-ring cleavages of the benzoxazepine ring. Similar fragment ions were generated under MALDI and ESI conditions, however, it was observed that the loss of the alkylene unit from the N-substituted benzoxazepine, and the loss of a H2X molecule (where X=O or S) are more preferred under ESI conditions. Based on the experimental results a mechanism is also proposed for the fragmentation of the oxazepines studied. At last pirazolin derivatives were investigated by micro-TOFQ ESI-TOF mass spectrometer which was equipped with a TOF and a quadrupole analyzer this way real MS/MS and pseudo MS3 measurements could be performed. The latter technique was necessary to determine the fragmentation pathways and to verify the formation of radical cations which wasn’t characteristic under electrospray conditions. Fragmentations and fragmentation pathways of the protonated adduct ions [M+H]+ generated from electrosprayed solutions of nine 1,3,5-trisubstituted 2-pyrazoline derivatives were studied using energy-variable collision-induced dissociation (CID) and pseudo-MS3 (in-source CID combined with MS/MS) methods. It was shown that under CID conditions several structurally important fragment ions such as 2,4-substituted azete and 1,2-substituted aziridine ions were formed. The composition of the fragment ions was unambiguously supported by accurate mass measurement (mass accuracy was within 8 ppm). The fragmentation pathways of 1,3,5-trisubstituted 2-pyrazolines were established by means of pseudo-MS3. It was found that a substituent at the N-1 position greatly affects the fragmentation pathways of the 2-pyrazoline derivatives. 1-Acetyl- and 1-propionyl-2-pirazoline dissociate mainly trough the formation of a pyrazolium cation, while in the case of 1-phenyl-2-pirazoline derivatives product ions arising from the consecutive fragmentation of 2,4-substituted azete and 1,2-substituted aziridine ions dominate. Another interesting finding is the formation of a radical cation from the 2,4-substituted azete by loss of a methyl radical. The fragmentation yield as a function of the collision energy for each of the 1,3,5-trisubstituted 2-pyrazolines was determined. Based on the fragmentation yield versus collision energy curves the relative fragmentation stability for the 1,3,5-trisubstituted 2-pyrazoline derivatives were also evaluated. Henceforth different Fe(II)-phenantroline complexes were studied by ESI-CID technique. The method was very simple and fast to determine relative stabilities of complexes in the gas phase but we were the first who applied this technique. The stability of these complexes is very important because this technique can’t be applied for complexes of stability because they are fragmented immediately. Phenanthroline ligands were selected for this study because they are among the most utilized chelating agents in coordination chemistry forming stable complexes with Fe2+ ions in solution. The gas phase stabilities of Fe()32+ complexes, where  represents the 1,10-phenanthroline, 5-chloro-1,10-phenanthroline, 5-methyl-1,10-phenanthroline, 3,4,7,8-tetramethyl-1,10-phenanthroline and 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline ligands were investigated by collision-induced dissociation (CID) in the capillary-first skimmer region upon changing the voltage difference between the capillary and the skimmer. The loss of only one ligand from the Fe()32+ complexes was observed with each of the phenanthroline ligands studied. An increase in the voltage difference between the capillary and the skimmer resulted in a higher fragmentation yield as calculated from the intensity of the precursor and the fragment ion. The fragmentation yield versus capillary-skimmer voltage difference plots were evaluated by means of the Arrhenius and the Rice-Ramsperger-Kassel (RRK) model, by fitting the model parameters to the experimental data. Both models yielded practically the same results. In addition, if the internal energy gained through the capillary-skimmer region is estimated correctly, the approximate value of the critical energy (activation energy) for fragmentation can be extracted from the fragmentation yield versus capillary-skimmer voltage difference plots. It was found that the gas phase stabilities of the Fe()32+ complexes are nearly identical except for the more stable Fe(II)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline complex. The critical energy for fragmentation was estimated to be approximately 1.2 and 0.9 eV for the Fe(II)- 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline and the other complexes, respectively.en
dc.format.extent93en
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/2437/88077
dc.language.isohuen
dc.language.isoenen
dc.subjecttömegspektrometriaen
dc.subjectmass spectrometryen
dc.subject.disciplineKémiai tudományokhu
dc.subject.sciencefieldTermészettudományokhu
dc.titleKis molekulatömegű anyagok szerkezetfelderítése lágyionizációs tömegspektrometriai módszerekkelen
dc.title.translatedStructure Determination of low Molecular Weight Compounds by Soft Ionization Mass Spectrometric Methodsen
Fájlok
Eredeti köteg (ORIGINAL bundle)
Megjelenítve 1 - 3 (Összesen 3)
Nincs kép
Név:
NagyL_Doktori-disszertacio.pdf
Méret:
2.86 MB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
Nem hozzáférhető
Letöltés
Nincs kép
Név:
ertekezes.pdf
Méret:
2.86 MB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
Értekezés
Letöltés
Nincs kép
Név:
tezis.pdf
Méret:
115.87 KB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
Tézis - magyar - angol
Letöltés
Gyűjtemények
Kémiai Tudományok Doktori Iskola