GC/MS未知物分析案例:精确质量分子式测定+AIRI保留指数交叉验证

今天分享一个GC/MS未知物分析的案例,该化合物在NIST 23谱库中没有被收录。
GC/MS未知物鉴定
未知峰的GC保留时间为38.63min,使用烷烃校正得到的保留指数为2544。

图1:未知物的GC出峰位置
分子式的确定
在MassWorks,导入PFTBA数据进行质量校正,得到精确质量校正后的样品质谱图,见图2,未知样品的分子离子M+的精确质量测定值为348.2919。

图2:样品的精确质量校正质谱图
图3为精确质量m/z 348.2919的CLPS search检索分子式的参数及分子式分析结果,设定的元素组成为CHON四种元素,质量偏差设定为20mDAa,共得到17个分子式。

图3:CLIPS search分子式检索条件及分析结果
根据图3结果表中的同位素谱图准确度Spectral Accuracy打分排序,第一个分子式C23H40O2应为正确的分子式,它的理论同位素和样品图拥有最佳的重叠拟合。从第二个分子式开始,理论同位素与样品图的重叠存在越来越大的误差。

图4:正确分子式C23H40O2理论同位素(蓝色)与样品图谱(红色)几乎完美重合

图4:第二个分子式C21H36ON2理论同位素(蓝色)在A+1处由于C原子数量的擦会议,与样品图谱(红色)拟合出现差异
碎片离子的分子式
观察样品的质谱图,存在一些关键的特征碎片离子,如m/z 91、m/z 136、m/z 151等。图5显示了这三个主要特征碎片离子的分子式结果,依次为C7H7、C8H8O2、C9H11O2。

图5:碎片离子m/z 91、136、151的分子式测定结果
结构式推测
碎片m/z 77的分子式为C7H7,不饱和度为4.5,可以确定为苯甲基;
母离子的分子式C23H40O2的不饱和度为4,由于苯环的不饱和度为4,故而该化合物除了苯环外,不存在任何其他双键;
碎片m/z 156的分子式C9H11O2与母离子分子式C23H40O2的元素组成差异为C14H29,预示着该化合物存在一个至少14C的饱和烷基团;碎片离子m/z 77与碎片离子m/z 136的分子式C8H8O2的元素组成差异为CHO2,m/z 156比m/z 136多了一个甲基CH3,故而可以推测碎片离子m/z 156的分子骨架为苯环连接了一个甲基和两个甲氧基;而长链烷基团C14H29的与苯甲基相连。
从而推导出可能的几种结构式,如图6。

图6:根据分子式和碎片离子推导出的可能结构式
这五种疑似的结构哪种是正确的呢?我们借助MassWorks的AIRI工具预测它们的保留指数。将五种疑似结构的SMILES结构式同时输入AIRI预测工具,得到表1的分析结果。
表1:AIRI保留指数预测结果
| Label | Original SMILES | Predicted RI | Std. deviation | 95% confidence |
| — | CCCCCCCCCCCCCCCc1cccc(OC)c10C | 2557.0 | 10.8 | ±22.1 2534.9–2579.1 |
| — | CCCCCCCCCCCCCCCc1ccc(OC)cc10C | 2619.0 | 11.7 | ±23.9 2595.1–2642.9 |
| — | CCCCCCCCCCCCCCCc1cc(OC)ccc10C | 2604.2 | 12.9 | ±26.5 2577.7–2630.6 |
| — | CCCCCCCCCCCCCCCc1c(OC)cccc10C | 2572.1 | 11.6 | ±23.8 2548.3–2595.9 |
| — | CCCCCCCCCCCCCCCc1cc(OC)cc(OC)c1 | 2644.6 | 12.4 | ±25.4 2619.2–2670.1 |
对比实测样品的保留指数2544,A结构式的AIRI保留指数2557与实测值最接近,偏差为13,它的可能性最大。最终的验证通过查询文献,验证了该结果。

图7:未知物的结构式和名称
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