Thierry Fouquet

9 septembre 2009

Distinction isomérique et quantification de monosaccharides par la méthode cinétique

1 Méthodes et modèles

Pôle Méthodes et Modèles

Universités Aix-Marseille I, II & III - CNRS, UMR 6264 Laboratoire Chimie Provence Spectrométries Appliquées à la Chimie Structurale

Plan

Introduction : méthode cinétique

Objectifs

Résultats Systèmes discriminants Quantification en mélange binaire

Non linéarité : observations et origine Correction

Quantification en mélange ternaire

Perspectives

09/09/20092 T. Fouquet Méthodes et modèles

Cooks, R. G. ; Wong, P. S. H. Kinetic method of making thermochemical determinations : Advances and Applications. Acc. Chem. Res. 1998, 31, 379-386.

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

k2 réf --- C+

réf 1…réf n

DHr 1…DHr n

A --- C+

réf --- C+

A --- C+

réf --- C+--- AC+, réf

AESI

k1

CID

réf --- C+ ---A

3

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.

Méthode cinétique (2)

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

réf M2+

Ai

réf

- H

+

énantiomère i énantiomère j

Ri caractéristique de Ai

métal divalent référence chirale

ratio en mélange

4

Ai CID

k1

k2

réf M2+ A - H+

réf M2+ réf - H+ESI

M2+, réf

i

i

Fraction molaire

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

Objectifs

Distinction isomérique de trois monosaccharides par la méthode cinétique :

09/09/20095 T. Fouquet Méthodes et modèles

BiomasseBiocarburants

Principes actifsVecteurs

Stockage d’énergieReconnaissance cellulaire

D-glucoseD-galactoseD-fructose

Quantification en mélanges binaires et ternaires

Démonstration du potentiel de la méthode Intérêts :

Di-, tri- et oligosaccharides

Systèmes discriminants

métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn

référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg

D - fucose

métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn

référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg

D - fucose

système discriminant = métal + référence

métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn

référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg

D - fucose

métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn

référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg

D - fucose

métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn

référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg

D - fucose

métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn

référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg

D - fucose

métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn

référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg

D - fucose

métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn

référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg

D - fucose

trimère non formé

trimère formé : fragmentation secondaire

trimère formé : - réf majoritairement

trimère formé : - sucre majoritairement

trimère formé : dissociations compétitives

Mn/Asp et Cu/Ser choisis pour la quantification

09/09/20096

coordination environnement asymétrique

T. Fouquet Méthodes et modèles

Quantification en mélange

Mélange binaire

gal/fru

fru/glc

gal/glc

non linéarité

calibration 2 points(loi linéaire)

Calibration 5 points quantification accessible

système Cu/Ser

09/09/20097 T. Fouquet Méthodes et modèles

i i

Une origine de la non linéarité

Compétition entre analytes pour la formation/ionisation des clusters Illustration : abondance d’un cluster trimérique mesurée en MS

09/09/20098 T. Fouquet Méthodes et modèles

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

9 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.

ratio mesuré fraction molaire en phase liquide

Correction (2)

Régression rationnelle trois points (0, 50 et 100%) obtention des coefficients ≡ rapports des constantes d’équilibre corrélation satisfaisante

gal/fru

fru/glc

gal/glc2,33

0,87

2,51coefficients propres à un isomère dans un mélange binaire pour un système métal/référence

09/09/200910 T. Fouquet Méthodes et modèles

Quantification

Mélange ternaire

Fonction rationnelle de deux fractions molaires

influence de k sur idans le mélange i/j/k

influence de k sur j

09/09/200911 T. Fouquet Méthodes et modèles

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

fraction molaire en phase liquide % ( )σ a

réellevaleurs calculées

k = fru

galglcfru

333333

35,232,032,8

fraction molaire en phase liquide % ( )σ a

réellevaleurs calculées

k = fru k = glc

galglcfru

333333

35,232,032,8

31,833,634,6

fraction molaire en phase liquide % ( )σ a

réellevaleurs calculées

k = fru k = glc k = gal

galglcfru

333333

35,232,032,8

31,833,634,6

32,736,131,2

fraction molaire en phase liquide % ( )σ a

réellevaleurs calculées

moyenne arithmétiquek = fru k = glc k = gal

galglcfru

333333

35,232,032,8

31,833,634,6

32,736,131,2

33.2 (0.5)34.0 (1.0)32.8 (0.9)

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

Quantification (2)

fraction molaire en phase liquide % ( )σ a

réelle

galglcfru

333333

Binaire i/kk compétiteurj spectateur

Binaire j/kk compétiteuri spectateur

Un exemple :

12

i/j/k = i/j + j/k + i/k

Correction en mélange binaire Correction en mélange ternaire

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

09/09/200913 T. Fouquet Méthodes et modèles

Remerciements

09/09/200914

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

09/09/2009T. Fouquet Méthodes et modèles

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Merci de votre attention

21/09/2009T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique

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21/09/2009T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique

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21/09/2009T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique

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Cooks, R.G. ; Koskinen J. T. ; Thomas P. D. The kinetic method of making thermochemical determinations. J. Mass Spectrom. 1999, 34, 85-92.

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

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