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安捷倫 ICP-MS/MS 帶您了解 2022 諾貝爾化學(xué)獎和點(diǎn)擊化學(xué)
10 月 5 日，瑞典皇家科學(xué)院頒發(fā)諾貝爾化學(xué)獎，將 1000 萬瑞典克朗的獎金授予 Carolyn R.Bertozzi、Morten Meldal和K.Barry Sharpless，以表彰他們在發(fā)展點(diǎn)擊化學(xué)和生物正交化學(xué)方面的貢獻(xiàn)。
在現(xiàn)實(shí)生活中，復(fù)雜問題的解決需要化學(xué)家構(gòu)建越來越復(fù)雜的分子，然而合成復(fù)雜分子十分昂貴，而且在合成過程中化學(xué)鍵的打開再連接，會導(dǎo)致很多不必要的副反應(yīng)和額外損失。如果有一個方法將一些完整的小分子通過類似“分子魔術(shù)扣"的部件連接——它們就像汽車安全帶的一對鎖扣，只需輕輕“Click"就能連在一起：這就是“點(diǎn)擊化學(xué) Click Chemistry"的初衷和神奇功能。
在此研究領(lǐng)域，Morten Meldal 和 K.Barry Sharpless 分別獨(dú)立報(bào)告了“一價銅催化的疊氮化物-炔烴環(huán)加成"反應(yīng)（如下圖），它被稱為點(diǎn)擊化學(xué)“王冠上的明珠"。炔烴、疊氮化物都是合成的基礎(chǔ)模塊，在一價銅的催化下可以高效的合成不同的化合物。或許您有沒有想過，如果你的實(shí)驗(yàn)室有一臺安捷倫的 ICP-MS/MS，你也可以驗(yàn)證這顆“王冠上的明珠"。
產(chǎn)生一價銅離子是 ICP-MS/MS 的看家本領(lǐng)，只需向等離子體引入含銅元素的溶液，它就會源源不斷的產(chǎn)生大量的 Cu+， ICP-MS/MS 的第一個四極桿具有單位質(zhì)量分辨的功能，在軟件中設(shè)置 Q1=63Cu（或者 65Cu）就可以篩選出單一的 Cu+， 炔烴和疊氮化物的引入僅需要動動手將氣源接到 ICP-MS/MS 的碰撞反應(yīng)池氣路中(安捷倫 ICP-MS/MS 的四個質(zhì)量流量計(jì)控制的氣路可以引入不同的氣體)；炔烴、疊氮化合物和一價 Cu 離子在碰撞反應(yīng)池相遇，碰撞反應(yīng)池的高真空是三者反應(yīng)的絕佳環(huán)境，反應(yīng)產(chǎn)物可以通過第二個四極桿掃描進(jìn)行定性確認(rèn)和定量分析，如此以來你就完成了一個典型的一價銅催化疊氮化物-炔烴環(huán)加成反應(yīng)，如圖 2 所示。
圖 2. ICP-MS/MS 觀察銅催化疊氮化物-炔烴環(huán)加成（CuAAC）反應(yīng)的銅中間產(chǎn)物
清華大學(xué)分析中心何倩博士后（現(xiàn)為中國海洋大學(xué)副教授）等[1] 曾采用安捷倫 8800 ICP-MS/MS 在碰撞反應(yīng)池中通入乙炔、芐基疊氮。Q1 起過濾作用：僅允許 Cu+ 離子參與乙炔和芐基疊氮的反應(yīng)，Q2 掃描反應(yīng)產(chǎn)物，通過質(zhì)荷比觀察到了 CuAAC 反應(yīng)的幾個中間體 CuC2H2、 Cu2C2H、CuBnN3C2H（見圖 3）。除了 Cu+ 離子，還可以試一試 V+、Mo+、Mn+ 等誰的效率更高。
圖 3. A: HC2Cu+; B: H2C2Cu+; C: HC2Cu2+ ; D: BnN3C2HCu+
是不是很神奇？使用 Agilent ICP-MS/MS 就可以推理并親自觀察到點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)的過程。
利用安捷倫 ICP-MS/MS 作為反應(yīng)器和檢測器，研究有機(jī)反應(yīng)的反應(yīng)過程和催化機(jī)理，開發(fā)了無機(jī)質(zhì)譜在有機(jī)領(lǐng)域的新應(yīng)用。
以下是安捷倫 ICP-MS/MS 可以使用的氣體推薦列表：
諾貝爾化學(xué)委員會主席約翰·奧奎斯特在公報(bào)中說：“今年的化學(xué)獎不是關(guān)于應(yīng)對過于復(fù)雜的問題，而是用容易和簡單的方法處理問題。" 安捷倫 ICP-MS/MS 同樣以“四極桿+八極桿碰撞反應(yīng)池+四極桿"三個模塊的“Click"設(shè)計(jì)，神奇地解決了元素分析中各種復(fù)雜干擾的問題，被稱為“十幾年來 ICP-MS 領(lǐng)域最激動人心的技術(shù)進(jìn)步之一"，并獲得問世當(dāng)年的 R&D 大獎。
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參考文獻(xiàn)：
1.Rapid screening of copper intermediates in Cu(I)-catalyzed azide–alkyne cycloaddition using a modified ICP-MS/MS platform。Q. He, Z. Xing, C. Wei, X. Fang, S. Zhang and X. Zhang, Chem.Communication, 2016
2.Rapid screening of gaseous catalysts in methane activation using ICP-QQQ-MS。Q. He, J.Wu, S. Zhang, X. Fang, Z,Xing，C.Wei,X,Zhang; JAAS, 2018
3. Direct Evidence of a Dinuclear Copper Intermediate in Cu(I)-Catalyzed Azide-Alkyne Cycloadditions。B. T. Worrell, J. A. Malik and V. V. Fokin, Science, 2013