化学化工分析方法选择-研发分析方法开发进阶 第一章 衍生的方法与应用 我们在日常的样品分析中经常会遇到一些有机合成反应中控时样品不易气化、热分解、易聚合、又或者是见水分解等等而此时由于条件的有限而又不能做化学分析来进行中控，这时我们总是想到一个熟悉而又陌生的方法---衍生。熟悉是因为我们常常听说这个办法，而陌生是因为我们真的很难找到比较系统、全面的衍生方面的资料或者是方法介绍。 我们常说的衍生，其实我给的定义就是我们人为的加了一步反应，使我们不能直接分析的样品转化为我们能够应用已有的条件来分析。虽然是只加了一步反应，能够分析了，但由此引入的问题也很多，下面逐一的介绍一下。 衍生法种类 衍生法种类繁多，用于色谱试样处理的衍生法主要有：硅烷化法、成肟或腙法、酯化法、酰化法、卤化法、环化法及无机试样衍生法。分析工作者可根据待测试样中所含官能团的种类选择适宜的衍生方法。一般地，硅烷化衍生方法适于羟基化合物，也可用于含羧基、巯基、胺基等官能团的化合物。酯化衍生法主要用于含羧基的化合物试样，所得到的衍生物一般为甲酯、乙酯、丙酯或丁酯，其中最常见的是甲酯化合物。酰化衍生法主要用于胺基的酰化衍生物制备，也可用于含羟基、巯基等化合物的衍生处理。卤化衍生法可由不同的卤化方法分析含不饱和键化合物、羟基、羧基、羰基化合物。羟基化合物在适当条件下可与醚化试剂作用衍生成醚。羰基化合物可适用于成肟或成腙的衍生试剂处理后作色谱分析。环化法可用于分析含两个或两个以上官能团的有机物。水、无机气体、无机酸、金属元素等也可通过衍生试剂作衍生处理后作色谱分析。 我们最常用衍生化反应可归三类：硅烷化，烷基化和酰化反应。 衍生法的作用1，提高化合物热稳定性。（特别是包含极性官能团的化合物）。2， 调整化合物的挥发性。3，在分子中引入适合检测器的标记。气相色谱中化学衍生的作用主要是：1改善样品挥发性，2改善样品的峰形，3改善样品的分离，4提高化合物的检测灵敏度。气相分析中包含有活泼H原子的基团，如：-COOH,-OH,-SH,和 –NH等化合物，因为它们趋向于形成分子间氢键，从而影响基团的化合物原有的相互作用及稳定性。HPLC中常用的衍生方法为了增强紫外吸收，荧光及电化学检测器检测性能。

最常用的衍生方法有： （1） 硅烷化。硅烷基衍生物广泛用于气相，是用三甲基硅烷取代酸、醇、硫醇、胺、酰按、烯醇酮醛等，分子中活泼H而形成。三氟官能团常用于提高电子捕获检测的灵敏度。衍生方法使氨基酸的定量和定性分析容易。 （2） 烷基化。是活泼H被脂肪族戓芳基（如苄基）所取代。这可用硅烷化衍生试剂对含酸性氢的化合物进行改性，如羧酸和酚。将其能转化为酯。烷基化也可用来制备醚类、硫醚、硫酯、N-烷基胺、酰胺和磺胺。虽然羧酸硅烷化衍生物易形成但化合物稳定性差。 （3） 酰化。可通过羧酸或羧酸衍生物反应将包含活泼H的化合物转化为酯、硫酯和酰胺。全氘代衍生物有助于解析硅烷化组分的质谱图。O-烷基羟胺用来制备醛和酮的O-烷基肟。 （4） 增强检测性能的试剂。当紫处吸收光谱254nm检测灵敏度为0或很低时通过在被测分子中接入在254nm有高吸光性的发色团可增强检测性能所有这些试剂均使还原性电化学检测或荧光检测容易。

衍生物制备： 同于绝大部分药物是具备高沸点或高熔点的化合物。并且常带有羟基、羧基、氨基或酰胺基等极性基因，给直接进行GC分析带来很大困难，往往拖尾严重，或被 吸，或热解，而行不出正确结果。为了克服这些困难要，可先制成各类衍生物后再进行分 析。这样做的目的是：1、使原来不挥发的或挥发性差的药物变成一种新的、具有 一定挥发性的化合物，即降低其熔点或沸点。2、避免对热不稳定化合物的分解，增加稳定性。3、降低极性，减小拖尾和吸附。4、改变化合物的理化性质以改进分离。5、产生特殊性质，如引入氟原子，增加电子捕获能力，提高检测灵敏度等。

如硅烷化试剂TMCS(硅烷化试剂BSTFA, BSTFA+TMCS, 硅烷化试剂DMDCS 二甲基二氯硅烷)硅烷化作用是指将硅烷基引入到分子中，一般是取代活性氢（如：羟基hydroxyl, 羧基 carboxylic acid, 胺amine, 硫醇thiol, 磷酸盐phosphate）。活性氢被硅烷基取代后降低了化合物的极性，减少了氢键束缚。因此所形成的硅烷化衍生物更容易挥发。同时，由于含活性氢的反应位点数目减少，化合物的稳定性也得以加强。

衍生化试剂分类： （一）三甲基硅烷化试剂 利用三甲基硅烷化试剂（TMS）所制成的衍生物对热稳定，色谱系统对其吸附性小，反应条件缓和，所以是制血衍生物的最重要的途径之一。TMS化试剂主要用于含羟基化合物的衍生物制备。常 用的试剂有：三甲基氯硅烷（TMCS）、六甲基二硅胺（HMDS）、双（三甲硅烷基）乙酰胺（BSN）、三甲基烷基咪唑（TSIM）、以及双（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺（BSTFM）等。

TMCS、HMDS是广泛使用的TMS化试剂，可以个别地单独使用，也可二者同时使用。单独使用时，需加少许胺，以使反应完全。

R-OH+(CH3)3SICL+胺-------(CH3)3SIOR+胺.HCL 单独使用HMDS时，应痕量酸作为接触剂。 2R-OH+(CH3)3SINHSI(CH3)3-------2(CH3)3SIOR+NH3 当两者同时使用时：3R-OH+(CH3)3SICL+(CH3)3SINHSI(CH3)3-------3(CH3)3SIOR+NH4CL

实际应用中，常二者合用作为TMS试剂。

BSA，OSiNSiH或TSIM, NNSiH优点在于操作比较简便，只要将样品直接溶于其中即可。在生物样品分析中，常将提取物吡啶中，再加BSA。

BSTFA, OSiNSiHFFF与BSA类似。 （二）甲酯化试剂 甲酯化试剂主要用于具有羧基的化合物，二者作用后生成相应的甲酯，进行GC分析。常用的甲酯化试剂为甲醇制HCL(或H2SO4)液或重氮甲烷乙醚液。1、与甲醇制HCL液回流2小时。

HCL RCOOH+CH3OH-------RCOOHCH3+H2O 2、在0℃下与重氮甲烷的乙醚溶液反应 RCOOH+H2C==N+==N--------RCOOCH3+N2

以重氮甲烷为试剂的优点是反应快速，但试剂制备比较困难，有爆炸性。 （三）卤素试剂 用于衍生物制备的卤素试剂大都是含氟化合物。由于氟的亲电性强，对ECD显示很高灵敏度，可检测pg数量级的样品。常用 的试剂有三氟乙酐（TFAA）、五氟丙酐（PFPA）、五氟丁酐(PFBA)、七氟丁酐（HFBA）,以及甲基双三氟乙酰胺（MBTFA）。

这些试剂主要用于含氨基、羟基化合物的衍生物制备。现以TFAA为例列出反应式如下：

R-NH2+(CF3CO)2O-R-NHCOCF3+CF3COOH R-OH+(CF3CO)2O-R-OCOCF3+CF3COOH 操作时，先将样品四氢呋喃中，然后加TFAA试剂及吡啶。放置几分钟即可进样。MBTFA的优点是可用试剂直接溶解样品，TFA化极易，而且不生成反应副产物-酸。

2R-NH2+(CF3CO)2N-CH3----2R-NHCOCF3+H2N.CH.3 除以上最常用的3种衍生物外不有羰基的污化等。 硅烷化试剂 与样品化合物的衍生反应是通过硅烷基取代羟基，羧基，巯基，氨基及亚氨基的活性氢而进行的。衍生反应的产物是硅醚或硅酯。几乎所有含这些活性氢的化合物都能与硅烷化试剂发生衍生反应，其反应活性顺序：醇〉酚〉羧酸〉胺〉酰胺。 硅烷化衍生试剂包括三甲硅烷化衍生试剂，如六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、N-甲基-N-三甲硅基乙酰胺、N-甲基-N-三甲硅基三氟乙酰胺、N,O-双(三甲硅基)乙酰胺、N,O-双(三甲硅基)三氟乙酰胺、N-三甲硅基咪唑等；卤代硅烷基衍生试剂，如氯甲基二甲硅基氯硅烷、碘甲基二甲硅基氯硅烷、氯甲基二甲硅基二硅氮烷、碘甲基二甲硅基二硅氮烷、五氟苯基二甲硅基氯硅烷、特丁基五氟苯基甲硅氯硅烷、五氟苯基异丙基甲硅基氯硅烷等。 烷基化衍生试剂 制备烷基化衍生物的反应是亲核取代反应，衍生试剂的烷基取代化合物的酸性氢。衍生反应得到的产物是醚、酯、硫醚、硫酯、N-烷基胺、N-烷基酰胺。 烷基化衍生试剂包括重氮烷烃类，如重氮甲烷等；烷基卤化物类，如五氟苄基溴、碘乙腈等；季胺盐类，如氟化二甲基苯基苄基胺，氢氧化三甲基苯基胺；醇类，如1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇等；烷基氯甲酸酯，如三氯乙基氯甲酸酯等。 酰基化衍生试剂 酰基化衍生反应的实质是衍生试剂的酰基取代极性化合物中的活性氢。该类试剂可用于醇、酚、硫醇、胺、酰胺、磺酰胺等化合物的衍生。 酰基化试剂主要有酰卤， 如4-乙酯基六氟丁酰氯、全氟辛酰氯等；酸酐，如乙酸酐等；酰基咪唑与酰胺，如全氟乙酰咪唑、N-甲基双三氟乙酰胺。 其他衍生试剂 形成环状衍生物试剂，如硼酸和顺式1,2-二醇反应生成的环状硼酸酯、含羰基的化合物与合适的二胺生成的杂环衍生物等；手性衍生试剂，如S-(-)-七氟丁酰脯氨酰氯、R-(+)-2-甲氧基-2-苯基-3,3,3-三氟丙酰氯等

衍生化的好处: • 提高色谱分辨率-增加气化-减少分子间氢键作用-分离结构相似化合物。 • 提高质谱特性-更高的质量碎片-更高的S/N (信噪比)-更多的特征质量-增加分子离子的丰度/灵敏度。 • 增加一些化合物的热稳定性- 减少热降解-更高的温度适于快速分析。 • 提升仪器和实验室的效率-可减少因峰拖尾所造成的重复进样和试验-更易于样品鉴定和定量-容易操作-惰性衍生副产物不会对毛细管柱的性能产生影响。 衍生化试剂使用密封的小瓶包装，并用氮气保护以避免活性的丧失。试剂与湿气接触会显著降低活性，因此要避免试剂与空气和湿气接触。在不使用时使小瓶保持密封状