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环糊精是继冠醚之后的第二代主体化合物,主要有α、β、γ三种。环糊精及其衍生物是优秀的分子容器,被广泛地应用于药物设计以提高药物分子的溶解性、稳定性和生物适应性等,其与金属离子、生物分子等形成的主客体复合物更是引起了广泛关注。然而,对于环糊精与卤素负离子在所形成复合物的相互作用和真实结构仍然存在着疑问。前人虽然进行了一定的研究,但是目前没有气相下的研究结果。本工作主要利用电喷雾电离质谱技术,以三重四极杆为质量分析器,以质谱滴定、竞争反应、碰撞诱导解离和理论计算等方法测定环糊精与卤素离子(Cl-、Br-、I-)在气相中的相互作用,包括复合物的结构、结合能力的相对强弱;并利用由理论推导的主客体气相结合时的强度关系式,对不同配比的环糊精与各卤素离子进行定量测定,并计算其复合物的生成常数,为判别复合物相互作用强弱关系提供依据。本实验中,α、β和γ三种环糊精分别和三种卤素离子(Cl-、Br-、I-)以多组不同的计量配比在甲醇中制备成一定浓度梯度的溶液,并在室温下反应1小时达到平衡。随后使用装有电喷雾离子源(ESI)和三重四极杆质量分析器的API3000质谱仪进行测定,进样速度2μL/min。电喷雾电压4.5 kV,负离子测定模式,助喷雾气和帘气为99.999%氮气。产物结构被进一步以碰撞诱导解离实验(CID)验证。同时,我们使用Gaussian 09软件和B3LYP GD3方法对气相中的复合物进行理论计算。电喷雾质谱测定结果显示,三种卤素离子(Cl-、Br-、I-)均可以和α、β和γ三种环糊精结合,生成1:1配合比的非共价复合物。质谱滴定实验通过质谱峰强度与竞争反应峰强度的相对高低给出了环糊精形成复合物的相对强弱:对于同一种卤素离子(Cl-、Br-或I-),与环糊精相互作用的强弱关系为:γ-CD>β-CD>α-CD。碰撞诱导解离和理论计算进一步探究了相互之间的相互作用关系。碰撞诱导解离实验表明,同一种环糊精(γ-CD、β-CD或α-CD)与氯离子作用最强,其次是溴、碘。理论计算同时验证了非共价复合物的结构信息。实验表明,卤素离子结合在环糊精的小口端比大口端有着更低的能量,氢键是形成复合物的主要原因。当卤素离子结合在环糊精的小口端时,与卤素离子配位的氢离子越多,复合物能量越低。理论计算结果进一步验证了实验结果的准确性。