Масс-спектрометрия представляет собой один из наиболее мощных инструментов анализа молекулярной структуры, включающий регистрацию и интерпретацию спектров ионов, образующихся при ионизации вещества. Несмотря на то что сама техника напрямую не чувствительна к хиральности, разработаны подходы, позволяющие исследовать стереохимические особенности молекул, различать энантиомеры и диастереомеры, а также определять пространственную конфигурацию соединений.
Хиральные молекулы обладают одинаковыми массами и идентичными элементными составами, что делает их спектры масс обычным образом неразличимыми. Для выявления стереохимических различий используются специальные стратегии, основанные на создании условий, в которых пространственная конфигурация влияет на поведение ионов.
1. Хиральные дериватизирующие агенты (ХДА). Энантиомеры предварительно реагируют с хиральным реагентом, образуя диастереомерные производные. Эти производные уже имеют различные физико-химические свойства, что отражается в масс-спектрах, например, в различиях скоростей фрагментации или в интенсивности ионных сигналов.
2. Комплексообразование с хиральными катализаторами или лигандами. При образовании ионных комплексов с хиральными молекулами возможно различие в устойчивости и энергии диссоциации комплексов, что фиксируется масс-спектрометрией с коллизионной индукцией диссоциации (CID). Такой подход позволяет различать энантиомеры без химического превращения исходного соединения.
3. Хиральная ионная подвижность (IMS-MS). Метод ионной подвижности в электрическом поле в сочетании с хиральными газовыми модификаторами позволяет достичь пространственного разделения ионов энантиомеров. Времена пролёта ионов в дрифтовой трубке зависят от их стереохимии, что создаёт возможность регистрации различий даже между зеркально-симметричными молекулами.
4. Хиральная жидкостная хроматография в сочетании с масс-спектрометрией (LC-MS). Использование хиральных стационарных фаз в предварительном разделении позволяет вводить в масс-спектрометр пространственно разделённые энантиомеры, что делает возможным их индивидуальный анализ. Этот метод широко применяется в фармацевтическом контроле качества.
Ионизация играет ключевую роль в возможности сохранения или разрушения хиральной информации.
Основная сложность анализа хиральных соединений заключается в том, что сами по себе масс-спектры энантиомеров идентичны. Отличия проявляются только при использовании методов дериватизации или комплексообразования. В интерпретации ключевым становится анализ:
Масс-спектрометрия хиральных соединений играет важную роль в ряде областей:
Современные исследования направлены на создание более чувствительных и селективных методов прямого различения энантиомеров без необходимости в дериватизации. Активно развиваются гибридные методики, сочетающие масс-спектрометрию с круговым дихроизмом, спектроскопией колебательной дисперсии, лазерной спектроскопией. Особое внимание уделяется применению вычислительных методов для моделирования поведения хиральных комплексов и предсказания различий в их масс-спектрах.
Таким образом, масс-спектрометрия становится не только методом определения молекулярных масс и структурных фрагментов, но и инструментом глубинного изучения пространственной организации молекул, открывающим возможности анализа стереохимии в самых различных областях современной науки.