基于ESI-Q-TOF MS/MS技术的姜辣素类成分质谱裂解规律研究

李曼倩，张晓娟，胡雪雨，王彦志,2，李建朋，郭 燕，冯卫生,2

(1.河南中医药大学药学院，河南 郑州 450046； 2.呼吸疾病诊疗与新药研发河南省协同创新中心，河南 郑州 450046)

干姜(ZingiberisRhizoma)为姜科姜属植物姜(ZingiberofficinaleRosc.)的干燥根茎[1]，其主要辣味成分为姜辣素。姜辣素是含有3-甲氧基-4-羟基苯基官能团的酚类化合物的统称，根据官能团所连脂肪链的不同，可分为姜酚类、姜烯酚类、姜酮类、姜醇类等[2]。姜辣素类化合物具有镇痛消炎、抗氧化、抗癌、改善心血管功能、抗炎解热、降血糖、抑制血小板聚集等功效[3-10]。目前，已有关于特定姜辣素类化合物裂解规律的报道[11-13]，但未见对各类型姜辣素类化合物裂解规律的探讨。

本研究拟采用具有高分辨率和高准确性的电喷雾-四极杆-飞行时间串联质谱(ESI-Q-TOF MS/MS)技术，在正、负离子模式下，对6个类型共13个姜辣素类化合物的电喷雾质谱裂解机理进行解析，希望为其他天然药物中同类姜辣素的研究提供参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器与装置

Triple TOF 6600型电喷雾飞行时间高分辨质谱仪：美国AB SCIEX公司产品；BSA224S型电子分析天平：北京赛多利斯科学仪器有限公司产品；5424R型低温高速离心机：德国Eppendorf公司产品。

1.2 主要材料与试剂

甲氧基-6-姜酚、乙酰氧基-6-姜酚、乙酰氧基-8-姜酚、6-姜烯酚、10-姜烯酚、(E)-4-异姜烯酚、(E)-6-异姜烯酚、(Z)-6-氧代-8-姜烯酚、姜酮、(4E, 6Z)-4-二烯姜酮酚、(4E, 6E)-6-二烯姜酮酚、(4E, 6E)-8-二烯姜酮酚、6-姜二醇：由本实验室从干姜中分离得到，经HPLC分析，纯度>95%。13个标准品对应的6类姜辣素类结构示于图1，各化合物的结构列于表1，其中(E)-4-异姜烯酚、(Z)-6-氧代-8-姜烯酚、(4E, 6Z)-4-二烯姜酮酚、(4E, 6E)-6-二烯姜酮酚、(4E, 6E)-8-二烯姜酮酚为本实验室首次从干姜中分离得到的化合物[14]。甲醇：色谱纯，美国 Fisher Scientific公司产品。

注：Ⅰ.姜酚类；Ⅱ.姜烯酚类；Ⅲ.异姜烯酚类；Ⅳ.姜酮；Ⅴ.二烯姜酮酚；Ⅵ.姜二醇图1 6类姜辣素结构骨架类型Fig.1 Skeleton structures of 6 gingerol

表1 13个姜辣素类化合物的化学结构Table 1 Chemical structures of 13 gingerol compounds

1.3 实验条件

ESI电离源，正负离子模式扫描；喷雾气压强3.1×105Pa；辅助加热气压强3.5×105Pa；气帘气压强2.4×105Pa；去簇电压80 V(ESI+)，-80 V(ESI-)；源温度500 ℃；一级质谱扫描范围m/z100～1 000，二级质谱扫描范围m/z50～1 000；注射泵进样速度10 μL/min；根据化合物结构选择合适的碰撞电压。

1.4 样品处理

精密称取1 mg各标准品于10 mL容量瓶中，用甲醇溶解并定容至刻度，摇匀，过0.22 μm微孔滤膜。实验前，分别使用对应的校正液对正、负离子模式进行校正，文中给出的每个离子都是校正值。使用进样针分别吸取约200 μL标准溶液，首先在正离子模式下进样分析，完成后切换至负离子模式进样分析。

2 结果与讨论

正、负离子模式下，各成分的母离子及碎片离子的数据信息分别列于表2和表3。

2.1 姜酚类化合物的裂解规律

在正离子模式下，甲氧基-6-姜酚的准分子离子峰为[M+H]+m/z309，其二级质谱图示于图2。推测其裂解途径为母离子m/z309分别丢失1分子H2O和CH4O生成m/z291和m/z277碎片离子，m/z277丢失C7H14形成m/z179碎片离子，m/z179进一步丢失C2H2O(42 u)生成m/z137碎片离子。m/z291失去CH4O(32 u)生成m/z259碎片离子，m/z115是m/z291的C1—C2键和C6—C7键断裂产生的碎片离子，m/z259的C3—C4键和C9—C10键断裂生成m/z83碎片离子，m/z83再失去C2H4(28 u)生成m/z55碎片离子，其可能的裂解途径示于图2。乙酰氧基-6-姜酚的准分子离子峰为[M+H]+m/z337，推测其裂解途径为母离子m/z337分别丢失1分子H2O和C2H4O2(60 u)生成m/z319和m/z277碎片离子，m/z319失去C2H4O2(60 u)生成m/z259碎片离子，m/z277丢失C9H16O(140 u)形成m/z137碎片离子。对乙酰氧基-8-姜酚的二级碎片离子进行解析，推测其裂解途径与乙酰氧基-6-姜酚的一致，二者的裂解途径与甲氧基-6-姜酚的相似。

在负离子模式下，乙酰氧基-6-姜酚的准分子离子峰为[M-H]-m/z335，推测其裂解途径为母离子m/z335分别丢失1分子CH3和C2H4O2(60 u)生成m/z320、275碎片离子，m/z275再丢失C6H10(82 u)生成m/z193碎片离子，母离子m/z335丢失C8H8O2(136 u)形成m/z199碎片离子，m/z199再丢失C2H4O2(60 u)生成m/z139碎片离子，m/z199失去C4H4O3(100 u)形成m/z99碎片离子，m/z99进一步丢失C3H6(42 u)生成m/z57。m/z320再失去C2H3生成m/z293碎片离子，m/z293丢失C8H14O3(158 u)生成m/z135碎片离子，m/z135进一步失去1分子CH2生成m/z121碎片离子，其二级质谱图和可能的裂解途径示于图3。对乙酰氧基-8-姜酚、甲氧基-6-姜酚的二级碎片离子进行解析，推测其裂解途径与乙酰氧基-6-姜酚的相似，示于图3。

表2 正离子模式下，各成分的母离子及主要碎片离子Table 2 Parent ions and major fragment ions of compounds at positive ion mode

表3 负离子模式下，各成分的母离子及主要碎片离子Table 3 Parent ions and major fragment ions of compounds at negative ion mode

图2 正离子模式下，甲氧基-6-姜酚的二级质谱图(a)和可能的裂解途径(b)Fig.2 ESI-MS/MS spectrum (a) and proposed fragmentation pathways (b) of methoxy-6-gingerol at positive ion mode

图3 负离子模式下，乙酰氧基-6-姜酚的二级质谱图(a)和乙酰氧基-6-姜酚、乙酰氧基-8-姜酚可能的裂解途径(b)Fig.3 ESI-MS/MS spectrum of acetoxy-6-gingerol (a) and proposed fragmentation pathways of acetoxy-6-gingerol and acetoxy-8-gingerol (b) at negative ion mode

图5 正离子模式下，(4E, 6Z)-4-二烯姜酮酚、(4E, 6E)-6-二烯姜酮酚、 (4E, 6E)-8-二烯姜酮酚可能的裂解途径Fig.5 Proposed fragmentation pathways of (4E, 6Z)-4-paradoldiene, (4E, 6E)-6-paradoldiene and (4E, 6E)-8-paradoldiene at positive ion mode

2.2 姜烯酚类化合物的裂解规律

在正离子模式下，6-姜烯酚的准分子离子峰为[M+H]+m/z277，推测其裂解途径为母离子m/z277发生C1—C2键断裂失去C9H16O(140 u)生成m/z137特征碎片离子。10-姜烯酚的准分子离子峰为[M+H]+m/z333，二级碎片离子只有m/z137，推测其裂解途径与6-姜烯酚的一致。(E)-6-异姜烯酚的准分子离子峰为[M+H]+m/z277，推测其裂解途径为母离子m/z277分别丢失1分子H2O和C6H12O(100 u)生成m/z259和m/z177碎片离子，m/z259进一步丢失C6H8O(96 u)生成m/z163碎片离子，m/z177失去C3H4(40 u)形成m/z137碎片离子。对(E)-4-异姜烯酚的二级碎片离子进行解析，推测其裂解途径与(E)-6-异姜烯酚的一致。

(Z)-6-氧代-8-姜烯酚的准分子离子峰为[M+H]+m/z319，其二级质谱图和可能的裂解途径示于图4。推测其裂解途径为母离子m/z319分别丢失1分子H2O和C9H14O2(154 u)生成m/z301和m/z165碎片离子，m/z301进一步丢失C2H2O(42 u)生成m/z259碎片离子，m/z259继续丢失C5H8(68 u)生成m/z191碎片离子，m/z259也可失去C5H10(70 u)生成m/z189碎片离子，m/z189再丢失C2H2(26 u)生成m/z163碎片离子。m/z165丢失1分子CH2形成m/z151碎片离子，再失去1分子CH2生成m/z137碎片离子。

在负离子模式下，6-姜烯酚的准分子离子峰为[M-H]-m/z275，推测一种裂解途径为苯环上的O—CH3键断裂，母离子m/z275丢失1分子CH3生成m/z260碎片离子，m/z260再失去C8H13O(125 u)生成m/z135碎片离子，m/z135进一步失去1分子CH2生成m/z121碎片离子；另一种裂解途径为C1—C2键断裂，母离子m/z275失去C8H8O2(136 u)生成m/z139碎片离子。分别对10-姜烯酚、(E)-4-异姜烯酚、(E)-6-异姜烯酚、(Z)-6-氧代-8-姜烯酚的二级碎片离子进行全面解析，推测其裂解途径均与6-姜烯酚的一致。

2.3 姜酮类化合物的裂解规律

在正离子模式下，姜酮的准分子离子峰为[M+H]+m/z195，推测其裂解途径为C1—C2键断裂，母离子m/z195失去C3H6O(58 u)生成m/z137特征碎片离子。(4E, 6Z)-4-二烯姜酮酚的准分子离子峰为[M+H]+m/z275，推测其裂解途径为母离子m/z275分别丢失1分子H2O和C7H12(96 u)生成m/z257和m/z179碎片离子，m/z179进一步丢失C2H2O(42 u)生成m/z137碎片离子。对(4E, 6E)-6-二烯姜酮酚、(4E, 6E)-8-二烯姜酮酚的二级碎片离子进行解析，推测二者的裂解途径与(4E, 6Z)-4-二烯姜酮的一致，示于图5。

在负离子模式下，姜酮的准分子离子峰[M-H]-为m/z193，推测有两种裂解途径：1) 苯环上的O—CH3键断裂，母离子m/z193丢失1分子CH3生成m/z178碎片离子，m/z178再失去C3H5O(57 u)生成m/z121碎片离子；2) C1—C2键断裂，母离子m/z193失去C8H8O2(136 u)生成m/z57碎片离子。(4E, 6Z)-4-二烯姜酮酚的准分子离子峰为[M-H]-m/z273，推测有两种裂解途径：1)苯环上的O—CH3键断裂，母离子m/z273丢失1分子CH3生成m/z258碎片离子，m/z258再失去C8H11O(123 u)生成m/z135碎片离子，m/z135进一步失去1分子CH2生成m/z121碎片离子；2) C1—C2键断裂，母离子m/z273失去C8H8O2(136 u)生成m/z137碎片离子。对(4E, 6E)-6-二烯姜酮酚、(4E, 6E)-8-二烯姜酮酚的二级碎片离子进行解析，推测两者的裂解途径与(4E, 6Z)-4-二烯姜酮酚的一致。

2.4 姜醇类化合物的裂解规律

在正离子模式下，6-姜二醇的准分子离子峰为[M+H]+m/z297，推测有两种裂解途径：1) 苯环上的羟基和C5上的羟基丢失，生成m/z261碎片离子，m/z261再失去C7H14(98 u)生成m/z163碎片离子；2)C4—C5键断裂，且C5上的羟基丢失，生成m/z177碎片离子，m/z177再失去C3H4(40 u)生成m/z137碎片离子。

在负离子模式下，6-姜二醇的准分子离子峰为[M-H]-m/z295，推测有两种裂解途径：1)苯环上的O—CH3键断裂，母离子m/z295丢失1分子CH3生成m/z280碎片离子，m/z280再失去C7H15O(115 u)生成m/z165碎片离子，m/z165再丢失CH2O生成m/z135碎片离子，m/z135进一步失去1分子CH2生成m/z121碎片离子；2)C1—C2键断裂，母离子m/z295失去C8H8O2(136 u)生成m/z159碎片离子。

3 结论

采用电喷雾-四极杆-飞行时间质谱法研究干姜中13个姜辣素类化合物的质谱裂解规律，发现各类型姜辣素类化合物的裂解途径相似，正离子模式下均有两种可能的裂解途径：1) 苯环上的羟基丢失，然后侧链发生裂解；2) 侧链直接发生裂解，产生m/z179、163、137特征碎片离子。在负离子模式下，同样有两种可能的裂解途径：1) 苯环取代甲氧基的O—CH3键断裂，丢失1分子CH3，然后侧链发生裂解；2) 侧链上C1—C2键断裂，产生主要特征碎片离子。本研究总结了姜辣素类化合物的质谱裂解规律，有助于对干姜中其他姜辣素类化合物的结构进行解析和推断，也可为快速分析和鉴定含有姜辣素类成分的中药提供依据。