Distinction isomérique et quantification de monosaccharides par la méthode cinétique

1. Pôle Méthodes et Modèles Distinction isomérique etquantification de monosaccharides par la méthode cinétique Thierry Fouquet 9 septembre 2009 Universités Aix-Marseille I, II & III - CNRS, UMR 6264 Laboratoire Chimie Provence Spectrométries Appliquées à la Chimie Structurale Méthodes et modèles

2. Plan • Introduction : méthode cinétique • Objectifs • Résultats • Systèmes discriminants • Quantification en mélange binaire • Non linéarité : observations et origine • Correction • Quantification en mélange ternaire • Perspectives T. Fouquet Méthodes et modèles

3. Introduction – Méthode cinétique standard • Méthode relative approchée pour la détermination de propriétés thermochimiques en spectrométrie de masse • Mesure des cinétiques de dissociations compétitives d’un complexe simplement chargé réf --- C+ k1 A --- C+ C+, réf A réf --- C+--- A CID DHr 1 … DHr n k2 réf --- C+ réf --- C+ ---A ESI A --- C+ réf 1 … réf n Cooks, R. G. ; Wong, P. S. H. Kinetic method of making thermochemical determinations : Advances and Applications. Acc. Chem. Res.1998, 31, 379-386.

4. + Ai + - H réf M2+ réf M2+ A - H réf + Méthode cinétique (2) réf M2+ réf - H ESI • Appliquée à la distinction énantiomérique • Discrimination par la différence d’interactions entre deux énantiomères dans un environnement chiral • Appliquée à la distinction isomérique • Même procédé • Utilisée pour la distinction de peptides énantiomère j énantiomère i métal divalent référence chirale k1 i ratio en mélange M2+, réf Fraction molaire Ai CID k2 Ri i caractéristique de Ai Augusti, D. V.; Carazza, F.; Augusti, R.; Tao, W. A.; Cooks, R. G. Quantitative chiral analysis of sugars by electrospray ionization tandem mass spectrometry using modified amino acids as chiral reference compounds. Anal. Chem. 2002, 74, 3458-3462. Wu, L.;Cooks, R. G. Chiral and isomeric analysis by electrospray ionization and sonic spray ionization using the fixed-ligand kinetic method. Eur. J. Mass Spectrom. 2005, 11, 231-242

5. Objectifs • Distinction isomérique de trois monosaccharides par la méthode cinétique : • D-fructose • D-galactose • D-glucose • Quantification en mélanges binaires et ternaires • Démonstration du potentiel de la méthode • Intérêts : • Di-, tri- et oligosaccharides Biomasse Biocarburants Principes actifs Vecteurs Stockage d’énergie Reconnaissance cellulaire T. Fouquet Méthodes et modèles

6. Systèmes discriminants • système discriminant = métal + référence coordination environnement asymétrique trimère non formé trimère formé : fragmentation secondaire trimère formé : - réf majoritairement trimère formé : - sucre majoritairement trimère formé : dissociations compétitives Mn/AspetCu/Serchoisis pour la quantification T. Fouquet Méthodes et modèles

7. Quantification en mélange • Mélange binaire i i calibration 2 points (loi linéaire) système Cu/Ser gal/glc  non linéarité gal/fru Calibration5 points  quantification accessible fru/glc T. Fouquet Méthodes et modèles

8. Une origine de la non linéarité • Compétition entre analytes pour la formation/ionisation des clusters • Illustration : abondance d’un cluster trimérique mesurée en MS T. Fouquet Méthodes et modèles

9. Correction • Une origine de cette non linéarité • Compétition entre analytes pour la formation des clusters trimériques • Equilibre entre phase liquide et phase gaz proposé par Zhang et al. relation rationnelle entre et ratio mesuré fraction molaire en phase liquide Zhang, M. Y.; Kerns, E.; McConnell, O. Observation of enantiomeric formation of trimeric complex ions [CuII(Phe)(Pro)2-H]+ using ESI. In Proceedings of the 51st ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Montreal, Quebec, Canada, June 8-12 2003.

10. Correction (2) • Régression rationnelletrois points (0, 50 et 100%) •  obtention des coefficients ≡ rapports des constantes d’équilibre • corrélation satisfaisante 2,33 gal/glc 2,51 gal/fru coefficients propres à un isomère dans un mélange binaire pour un système métal/référence fru/glc 0,87 T. Fouquet Méthodes et modèles

11. Quantification • Mélange ternaire • Fonction rationnelle de deux fractions molaires influence de k suri influence de k surj dans le mélange i/j/k T. Fouquet Méthodes et modèles

12. Quantification (2) • Simplification : Utiliser les coefficients correcteurs obtenus en mélange binaire • On évite une nouvelle calibration • Trois valeurs obtenues par fraction (k=fru, gal, glc) • Moyenne arithmétique  fraction molaire mesurée Un exemple : Binaire i/k k compétiteur j spectateur Binaire j/k k compétiteur i spectateur i/j/k = i/j + j/k + i/k Correction en mélange binaire  Correction en mélange ternaire Fouquet, T. ; Charles, L. Distinction and quantitation of sugar isomers in ternary mixtures using the kinetic method. J. Am. Soc. Mass Spectrom. accepted for publication

13. Perspectives • Plus d’isomères en mélange • Talose, mannose • Fragmentation de clusters dimériques • [M(réf)(A)]+ • Augmentation de la plage de mesure • Détection et/ou mesure de traces • Complexification des sucres étudiés • Di-, tri- et oligosaccharides T. Fouquet Méthodes et modèles

14. Remerciements • Le Spectropôle pour l’accès privilégié aux instruments • Laurence Charles pour toute l’aide apportée • Et toutes les personnes du laboratoire sans distinction d’âge, pour toutes les choses aussi diverses que variées qu’elles ont pu apporter, conseils pour les manipulations, remarques, propositions, café, cigarettes, idées saugrenues et sans aucun débouché, railleries… T. Fouquet Méthodes et modèles

15. Merci de votre attention T. Fouquet Méthodes et modèles

16. T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique

17. T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique

18. T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique

19. Méthode cinétique (3) • Hypothèses sous-jacentes • variation d’entropie négligée • « acceptable » si : • similitude structurale et fonctionnelle entre analytes et références • absence d’interactions intramoléculaires • pas d’isomères du cluster trimérique • source d’erreurs dans la mesure de propriétés thermochimiques • Indépendance de formation des clusters • pas d’influence d’un analyte j sur un analyte i Cooks, R.G. ; Koskinen J. T. ; Thomas P. D. The kinetic method of making thermochemical determinations. J. Mass Spectrom. 1999, 34, 85-92.