Zentralinstitut fUr Er&hnmg in Potsdam-Rehbriicke (Direktor : Prof. Dr. H. Schdke), Akademie der Wissenschaften der DbR

Massenspektranetrie der Rimethylsilyloximderivate von Monosacchariden und Galacturonsliure (Wissenschaftlicher Kurzbericht )

1 Marion Petnika und F. Linow

Voraussetq fiir gaschromtographische und mssenspektrametrische Studien an monomeren Kohlenhydraten ist deren tfberfilhrung in fltichtige und themisch stabile Verbindungen. Dies geschieht durch Derivatisienmg. Um die dabei auf- tretende Vielzahl von Isomeren einrmschrhken, bildet man vorzugsweise ihre acyclischen Trimethylsilyl (TMS)-oldme. Dabei entstehen lediglich m e i Isomere, die Syn- und die Antiformen. Sie werden bei zwecWlger Auswahl gaschromato- graphischer Tr@r und !l'rennphasen getrennt bzw. weisen gleiche Retentions- zeiten m f . Fiir die Identifizierung der im Gaschromtogramu auftretenden Peaks eignet

sich die Massenspektromtrie. Von Pelletier u. a. (I) und von b e u. a. (2, 3) werden bsenspektren und Frqpentienmgen von Methyloxim-TMSDerivater, angegeben und diskutiert. Petersson (4 , 5 ) erortert m6gliche Frqpentierungen von Oxirn-TMS-Derivaten und gibt das M8Ssenspektm von 'lMS4lucuronsliureoxirn

Im folgenden werden anhand der Massenspektren der TMS-Oximderivate einiger an.

Neutralmcker und von Galacturonstiure die Fragmentionen fiir die Substanz- klassen der Pentosen. Hexosen, Desowhexosen und GalacturonsLiure angegeben und diskutiert.

Fkperimentelles

sche und massenspektrometrische Parameter entsprechen eigenen friiheren Anga- ben (6). Die Gaschromatographie w i r d an einer Edelstahlsiiule (20 ft x 1/8"). gefiillt ndt 3 % 0x47 auf Chromosorb W HP (80/100), temperaturprogramoiert (170 - 250 OC, 4 C/min) durchgefiihrt. Der Tr2igergasstrom (He) b e t r w 12 ml/min bei 170 OC.

Gerate, Untersuchungsmaterialien sowie geratespezifische gaschromtographi-

TMsOximbilduq. Je 1 - 2 ng Monosaccharid werden nach Zugabe von 1 m l ge- trocheten midins, in dem 20 mg Iiyclro~lmhhydrochlorid (VEB Laborchemie Apolda, DDR) enthalten sind, 2 h bei 80 C erhitzt. Die Galacturonssure (10 ng Einwaage) ist vor dieser Operation nach der Vorschrift von Petersson (4) in ihr Natriumsalz uberzuftihren. Nach Abkiihlen w i r d d a s Lidsungsrnittel bei 60 OC aus dem Reaktionsgemisch mittels Argons ausgetrieben. Die Jhtfernung von Restwasser erfolgt durch Zugabe einiger Ropfen Benzen und Ein-fen b i s zur Troche (7). Anschlieknd wlrd durch Zugabe von 100 p l N,O-Bis- Rimethylsilyltrifluoracetamid zum Riickstand 15 m i n bei 80 OC derivatisiert.

Ergebnisse und Diskussion Die Syn- und Anti-Isomeren von Arabinose, Xylose und M o s e werden unter

den gewtihlten gaschromtographischen Bedingungen nicht getrennt . Bei Mannose, Galactose, Glucose und GalacturonsWe erscheinen dagegen zwei Peaks, die den genannten Stellungsisomren entsprechen. Nach der Literatur ( 4 ) stellt

'FrUein S. Fiirstenberg sind w i r fiir ausgezeichnete technische Mitarbeit zu Dank verpflichtet.

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das Syn-Isomere die Hauptkomponente der Zuckeroldme dar und erscheint be1 gaschrornatographischer Trennung vor dem Anti-Isomeren, was durch die eigmen Versuche bestiitigt rrerden konnte.

Bei der massenspektrometrischen Charakterisierung ist zu beachten, daB sich die Mcmcuneren in der Art dee Substituenten an GSAtom unterscheiden, der im rreiteren mit X bezeichnet w i d . Be1 Arabinose und Xylose entspricht X einem K-Atan, bei m o s e einer CH -Gruppe, bei Galactose, h o s e und Glucose einer CH m r u p p e ~ n d bei 2~lacturOnstiu-e einer C O O T M S G ~ ~ ~ ~ . charakte- rist ischg nassenspektrometrische hggmentionen der RimethylsilyloXime aller g e m t e n Monosacchmide sind In Abb. 1 a u f g e f W . Ihriiber hinaus entstehen -tionen durch sukzessive Abspaltung von Rimethylsilanol (z. B. A - l W I b A I , A'-"MSOH=A"). b r die intensivsten maasenspektrometrischen Peaks der m e r i v a t e u n t e d c h t e t Tab. I (ab m/e 348 Intensitiitsangaben m i t dem Faktor 10 d t i p l i z i e r t ) . Mese Ergebnisse stehen im Einklang ndt Literabrangaben U b e r Methyloldme (2, 3). Den Basispeak fiir Pentosen. Hexosen und Galacturonsliure bildet das Fragment m l t der Masseneah1 73. Fiir Fihamose 1st daa F r m n t m i t der Massenzahl 117 Basispeak, es resultiert aus der Spaltung der C -C -Bindung (Ion C). Typisch fiir Pentosen sind die FraeJnente A, A ' und C. Dte Spaltung der Hexosen l i e f e r t die Fragmente C, D, A ' , El, P, Q und R. Me in Abb. 1 beschriebenen Hauptfragmente werden bei Galacturon- skime nur ndt geringer Intensittit gebildet. DafUr t r e t en besonders U n l a g e m s - ionen auf. Neben den schon in der Literatur beschriebenen Strukhrren findet lll~n weitere Signale. So kiSnnte z. B. das Ion ndt der Massenzahl 570 durch doppelte H-Wanderung, die fiir C a r b o n s m e s t e r diskutiert wird. entstehen:

+. + 3H - TMS' 0

R-C I \ + 2 H ' bnrs OH

u: 641 d e 570

Die Abapaltung einer CH3-Gruppe vom Ion der Massenzahl 570 wiirde zur Bildung des Ions der Massenzahl 555 fUhren.

Abb. 1. Hauptfragnentierungen d de-Uerte fiir T!&Oxh-Derivate von moncmneren Kohlenhydraten ohne Beriicksichtigung der Stellung der O H G r u p p e n (X = 1 fiir Pentosen, X = 15 fijr Desoxyhexosen, X = 103 fiir Hexosen. ronswe)

X = 117 fiir Galactu-

322

422

22

T X

T X

- -

-(IT -

-(€)- -

-0)- -

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Tabelle 1 Hassenapektraoetrische Intensitiiten (% B) von Fr-tionen der Derivate einiger Monomerer

F'ragment A B C D A' B' A" P Q R R ' M-15 -1 80

Pentose W e ) 307 205 103 217 218 320 %lose ( X B) 36 12 62 45 11

Arabinose (X B) 17 7 72 49 15 4 Desoxyhexose (de) 321 219 117 231 218 422

Fhtmmose ( X B) 2 I1 100 3 11 9 Hexose ( d e ) 409 307 205 103 319 217 229 218 320 422 332 432 h o s e 1 ( X B) 39 19 28 17 5 18 22 14 2 11 h o s e 2 (% B) 4 0 2 2 3 0 1 4 7 1 6 8 1 0 3 5

Glucose 2 (X B) 2 3 4 2 5 2 2 1 4 3 1 7 1 3 6 2 4 Galactose I (% €3) 8 38 16 44 25 7 16 12 14 2 8 Galactose 2 (% B) 3 2 3 2 2 7 17 4 12 9 1 1 2 11 Umnshre (de) 321 219 218 320 422 332

Glucose 1 (X B) 2 35 16 26 14 6 18 13 12 7

7 5 4 1

4 2 3 1

Auff&llige P& in den Massenspektren der Galacturonshre stellen nde 144 und d e 100 dar. Mese Ionen kiinnen BUS dem Fraguiention B entstehen.

+. R -R'-'OTMS (m3)3sio-fI - SI(CH~)~

- - - - - - - +. I

H$ lWO-$H B (de 321) - *

+ t

7% '0 0 m/e 100

m/e 144

Zusamoenfaasend ist festzustellen. daI3 aufgrund der Massenspektren der l l&Oxhe von moncmeren Kohlenhydraten die eindeutige Zuordnung rm den Sub- siznzkhasen Pentosen, Deaowhexosen, Hexosen und Urons-en dglich ist.

100

Die Unterscheidung der Zucker innerhalb einer Substanzklasse ist schwierig, da m geringe Intensitatsunterschiede der Fragmentionen zu beobachten sind.

Literatur (1) Pelletier. 0.. und S. Cadieux, J. ChrOmatOgr. 231, 225 (1982). (2) Laine, R. A . , und C . C. Sweeley, Anal. Blochem. 9, 533 (1971). (3) Laine. R. A . , und C . C. Sweeley, Carbohydrate Res. 12, 199 (1973). (4) Petersson. G., Carbohydrate Res. 2, 47 (1974). (5) Petersson, G., Svensk Papperstidning 1 (1974). (6) Petrzika, M., und F. Linow, Eur. J. Mass Spectrm. in Biochem., Med.

(7) Toha, T., und S. Adachi, J. Chranatogr. 195, 411 (1977).

Dr. Marion Petrzika und Dr. sc. F. Linow. Zentralinstitut fiir E r n t h r u n g , DDR-1505 Bergholz-Rehbriicke, Prthur-Scheunert-Allee 1 14-1 16

Eingegangen 17.7.1985

and hvironmental Res. 2, 53 (1982).