（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯異構體的GC／MS研究

王 敏，彭 奇

（中國科學院福建物質結構研究所，福建 福州 350002）

（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯異構體的GC／MS研究

王 敏，彭 奇

（中國科學院福建物質結構研究所，福建 福州 350002）

為了研究鈀催化的2，4－二甲氧基苯甲酸與烯丙基丙二酸二乙酯的脫羧Heck反應的產物結構，建立了（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯同分異構體的分離與鑒定的氣相色譜－離子阱質譜方法。首先通過脫羧Heck反應制得（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯異構體混合物，然后利用GC／MS聯用技術對混合物進行分析，得到各組分的EI和CI全掃描模式質譜信息。通過對照各組分的分子離子峰確定互為異構體的組分，再對異構體組分采用MS／MS模式獲取各自的裂解碎片。通過分析異構體的不同的裂解碎片，討論質譜裂解方式，從而確定異構體的結構。該方法省時、經濟、高效，可為此類化合物的分析與鑒別提供參考。

氣相色譜－質譜法；異構體的識別；Heck反應；丙二酸二乙酯；芳基烯烴

Heck反應是一類重要的鹵代芳烴烯基化形成新的C—C鍵的合成反應，在過去的40多年中已經逐漸發展成為一種應用廣泛的有機合成方法，在醫藥、天然產物、農藥以及新型高分子材料的制備方面有著重要的應用價值［1－10］。Heck反應通常是鹵代芳烴與含有α－吸電子基團的烯烴在鈀催化下反應生成芳代烯烴。該反應生成主產物的同時，還常伴隨著重排副反應，導致生成的產物為結構性質十分相近的異構體混合物，分離識別十分困難［11－12］。隨著現代化儀器設備的快速發展，色質聯用、質譜串聯、核磁共振等技術的發展使得這類異構體的分離和識別變得相對容易［13－19］。

鈀催化2，4－二甲氧基苯甲酸與烯丙基丙二酸二乙酯的脫羧Heck反應是制備芳代烯烴的新方法［20］，但該反應生成的芳代烯烴同樣存在多個同分異構體。這些同分異構體結構性質十分相近，分離提純困難，結構難以確認。本研究采用氣相色譜－離子阱質譜法研究該反應產物（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯同分異構體的結構。

1 試驗部分

1.1 主要儀器與試劑

CP3800－Saturn4000氣相色譜－質譜聯用儀：美國Varian公司產品，配有液體化學源（CI，色譜級甲醇為化學電離反應試劑）。

三氟醋酸鈀、苯醌、1－金剛烷羧酸、2，4－二甲氧基苯甲酸、烯丙基丙二酸二乙酯：美國Sigma公司產品；乙酸乙酯：色譜純，純度99.9%，德國默克公司產品；N，N－二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、二氧六環：分析純，上海國藥公司產品，重新蒸餾。

1.2 樣品合成

在DMF、DMSO和二氧六環的混合溶液中，加入2，4－二甲氧基苯甲酸（0.25mmol，45.5 mg）、烯丙基丙二酸二乙酯（0.5mmol，100.1 mg）、三氟醋酸鈀（0.025mmol，8.3mg）、1－金剛烷 羧 酸 （1mmol，180.3mg）、苯 醌 （0.3 mmol，32.5mg），120℃條件下反應1h［4］。反應液冷卻后倒入水中，乙酸乙酯萃取，飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥后濃縮得到粗產物，再通過柱層析提純（柱層析硅膠300～400目），用V（乙酸乙酯）∶V（正己烷）＝1∶10的混合溶液洗脫，得到（2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯，產率為72%（異構體混合物），反應式示于圖1。

1.3 實驗方法

取1mg異構體混合物用乙酸乙酯定容于25mL容量瓶中，充分搖勻后進行分析。

通過多次優化程序升溫條件，使各組分能達到較好分離，最終確定最佳的分離條件。

圖1 （2，4－二甲氧基苯基）烯丙基丙二酸二乙酯的合成機理Fig.1 The synthesis mechanism of diethyl（3－（2，4－dimethoxyphenyl）allyl）malonate isomers

1.4 實驗條件

1.4.1 色譜條件 色譜柱：VF－5ms石英毛細柱（30m×0.25mm×0.25μm）；進樣口溫度：280℃；載氣：He，純度 99.999%，流速1.0 mL／min；程序升溫：柱溫100℃，保持1min，以20℃／min升至230℃，然后以2℃／min升至250 ℃，保持10min；進樣量：1.0μL；分流比：30∶1。

1.4.2 質譜條件 電子轟擊（EI）離子源；電子能量：70eV；離子阱溫度：220℃；傳輸線溫度：280℃；電子倍增器電壓：1 300V；化學電離（PCI）源；電子能量：12eV；質量掃描范圍：m／z 50～500。

2 結果與討論

2.1 實驗結果

在優化的分析條件下檢測待測混合物，發現只有兩種組分A和B，并且互為異構體，其總離子流圖示于圖2。分別對其做EI－MS、CI－MS掃描，獲取各自的裂解碎片峰。為了進一步確定兩種物質的結構，分別對化合物A和B做EI－MS／MS、CI－MS／MS掃描，結果分別示于圖3～8。化合物A、B的質譜圖中的主要碎片及其豐度列于表1。

2.2 結構討論

據鈀催化的碳氫活化偶聯反應機理推測，2，4－二甲氧基苯甲酸與烯丙基丙二酸二乙酯的脫羧Heck反應產物可能為3種結構Ⅰ、П、Ш（示于圖1）。結構I最為穩定，裂解方式比較簡單，丟失丙二酸二乙酯得到的正離子碎片（m／z 177），由于2，4－二甲氧基苯乙烯的共軛作用十分穩定，因此給出的該碎片離子信號一定很強，這與化合物B的質譜圖相吻合（示于圖4，圖6）。結構II中的雙鍵由于丙二酸二乙酯的強烈吸電效應而容易斷裂，應該會出現m／z 164和m／z 172兩個碎片峰，化合物A與B質譜圖中都沒有這兩個碎片峰，從而可以排除結構П的可能。結構Ш如果裂解丟失丙二酸二乙酯給出的正離子與苯環同位于雙鍵的同側并處于苯環的β位，結構不夠穩定，信號應該比較弱，化合物A正是這樣，m／z 177的碎片峰只能在CI源下才能找到，豐度只有15%，而丟失乙醇、一氧化碳、乙氧基而得到的碎片189成為結構十分穩定的1，3－丁二烯的共軛體系，因而離子信號最強（示于圖3，圖5）。CI源下MS／MS數據可以進一步證明上面的推測，化合物A丟失一分子水出現m／z 319，丟失一分子乙醇，一分子乙氧基成為m／z 245的碎片峰，m／z 245的碎片存在多共軛體系，結構比較穩定，豐度最大（示于圖7）；化合物B依然是m／z177的碎片峰最為穩定，豐度最大（示于圖8）。

圖2 異構體混合物的總離子流圖Fig.2 TIC chromatograms of isomers

圖3 化合物A的EI－MS質譜圖Fig.3 EI－MS spectra of A

圖4 化合物B的EI－MS質譜圖Fig.4 EI－MS spectra of B

圖5 化合物A的CI－MS質譜圖Fig.5 CI－MS spectra of A

圖6 化合物B的CI－MS質譜圖Fig.6 CI－MS spectra of B

圖7 化合物A的CI－MS／MS質譜圖Fig.7 CI－MS／MS spectra of A

圖8 化合物B的CI－MS／MS質譜圖Fig.8 CI－MS／MS spectra of B

表1 化合物A和B的質譜圖中的主要碎片及其豐度Table 1 Main fragments and their abundance of A and B

2.3 裂解機理分析

化合物A和B的EI－MS表明，發生裂解的方式根據偶聯基團連接到烯烴雙鍵不同的位置存在著較大差別。對于化合物A，2，4－二甲氧基苯基偶聯到丙二酸二乙酯的β位，失去多個離子得到的碎片峰m／z 189成為結構十分穩定的1，3－丁二烯的共軛體系，豐度最大，裂解過程示于圖9；對于化合物B，2，4－二甲氧基苯基偶聯到丙二酸二乙酯的γ位，裂解方式比較簡單，丟失丙二酸二乙酯得到的正離子碎片m／z 177，由于2，4－二甲氧基苯乙烯的共軛作用十分穩定，主要采用該種裂解方式，裂解過程示于圖10。

圖9 化合物A的電子轟擊質譜裂解機理Fig.9 EI－MS fragmentation mechanism of A

圖10 化合物B的電子轟擊質譜裂解機理Fig.10 EI－MS fragmentation mechanism of B

3 結 論

本研究通過氣相色譜－質譜法分析了2，4－二甲氧基苯甲酸與烯丙基丙二酸二乙酯的脫羧Heck反應產物。該產物中含有兩種組分且互為異構體，通過討論這兩種異構體的質譜裂解方式，確定了它們各自的結構。該方法具有快速簡便，檢測效率高，準確可靠等優點，適用于芳基烯烴同分異構體的檢測，同時也為其它復雜樣品中該類同分異構體的測定提供了可以借鑒的方法。

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Study on Diethyl［3－（2，4－Dimethoxyphenyl）Allyl］Malonate Isomers by Gas Chromatography－Mass Spectrometry

WANG Min，PENG Qi
（Fujian Institute of Research on the Structure of Matter，Chinese Academy of Sciences，Fuzhou350002，China）

A method applying gas chromatography－ion trap mass spectrometry（GC／MS）for the simultaneous analysis of diethyl［3－（2，4－dimethoxyphenyl）allyl］malonate isomers is described.The diethyl［3－（2，4－dimethoxyph－enyl）allyl］malonate mixture of isomers was prepared by the decarboxylative Heck reaction of 2，4－dimethoxybenzoic acid with diethyl 2－allylmalonate firstly，and then was analyzed by GC／MS in Electron ionization（EI）and Chemical ionization（CI）full－scan mode.Two components were isolated by gas chromatography，and identified as isomers from the determination of the molecular ions.Next，the isomers were analyzed by tandem mass spectrometry（MS／MS）mode.Through the analysis of different cleavage fragments of the isomers in MS／MS mode，mass spectrometric fragmentation pathways of the isomers were discussed.The structures of two isomers were determined on the base of different mass characteristic fragmentation pathways.This new meth－od of identifying isomers is a time－saving，economical and effective method，which could provide reference for analysis and identification of this kind of compounds.

gas chromatography－mass spectrometry（GC／MS）；identification of isomers；Heck reaction；diethyl malonate；aryl olefin

O 657.63

A

1004－2997（2012）04－0219－06

2012－03－15；

2012－06－01

王 敏（1980～），女，山東濟寧人，助理研究員，從事分析化學研究工作。E－mail：wangmin04＠fjirsm.ac.cn

彭 奇（1962～），女，福建古田人，高級實驗師，從事分析化學研究工作。E－mail：wpqjj＠tom.com