Development of group-specific UHPLC-MS/MS-method for caffeic acid derivatives

Abstract

Caffeic acid derivatives are plants specialized metabolites, which have the base structure of caffeic acid esterified with some other structures, such as polyols. Ferulic acid is a methylated caffeic acid. Caffeic acid derivatives and ferulic acid derivatives are found broadly in the plant kingdom and they have for example antioxidant, anti-inflammatory and antimutagenic activities. Different derivatives can also have different activities that could be caused by the other parts in the structure. The antioxidant and oxidative properties of caffeic acid derivatives are well known and have been the subject in various studies. Caffeic acid derivatives oxidize easily enzymatically and in alkaline conditions, forming an o-quinone. The aim of this study was to develop group-specific LC-MS/MS methods for caffeic acid and ferulic acid derivatives. Finding and identifying caffeic acid and ferulic acid derivatives would be much easier and faster with these methods. Also detecting and quantifying plants’ polyphenolic fingerprints would be more accurate with new polyphenol group-specific methods. The other aim of this study was to take a closer look into the oxidative activity of caffeic acid derivatives in ion source and in alkaline conditions and see if these could be linked. The developed methods included two for caffeic acid derivatives, one for the oxidized ortho-quinone form of caffeic acid derivative and one for ferulic acid derivatives. For these methods precursor ions and product ions were selected, cone voltages and collision energies were optimized, and validation of the methods was started. Research into the oxidative activity of caffeic acid derivatives gave preliminary results. In conclusion, in this research the wanted methods were developed and the validation and the research into oxidative activity of caffeic acid derivatives will be continued in the future.

Kahvihappojohdannaiset ovat kasvien erikoistuneita metaboliitteja, joissa kahvihapon perusrakenteeseen on esteröitynyt jokin toinen rakenne kuten polyoli. Ferulahapoksi kutsutaan metyloitunutta kahvihappoa. Kahvihappo- ja ferulahappojohdannaisia löytyy laajasti kasvikunnasta ja niillä on muun muassa antioksidantti-, anti-inflammatorisia ja antimutageenisia aktiivisuuksia. Eri johdannaisten aktiivisuuteen voi myös vaikuttaa niiden rakenteen muut osat. Kahvihappojohdannaisten antioksidantti ja oksidatiivinen aktiivisuus ovat tunnettuja ja niistä on tehty monia erilaisia tutkimuksia. Kahvihappojohdannaiset hapettuvat helposti sekä entsymaattisesti että emäksisissä olosuhteissa ja voivat muodostaa o-kinonimuodon. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kehittää ryhmäspesifiset LC-MS/MS-menetelmät kahvihappo- ja ferulahappojohdannaisille. Näiden avulla kahvihappo- ja ferulahappojohdannaisten löytäminen ja identifioiminen olisi paljon nopeampaa ja helpompaa. Kasvien polyfenolisormenjäljen määritys saisi myös uudet menetelmät, jotta määritys olisi tarkempaa. Toisena tarkoituksena oli kahvihappojohdannaisten oksidatiivisen aktiivisuuden tutkiminen ionilähteessä ja emäksisissä olosuhteissa ja selvittää, onko niiden välillä yhteys. Menetelmiä onnistuttiin kehittämään kaksi kahvihappojohdannaisille, yksi kahvihapon hapettuneelle o-kinonimuodolle ja yksi ferulahappojohdannaisille. Menetelmiä varten valittiin prekursori-ionit ja tuoteionit, optimoitiin kartiojännitteet ja törmäysenergiat ja aloitettiin validointi. Kahvihappojohdannaisten oksidatiivisen aktiivisuuden tutkiminen antoi alustavia tuloksia. Tässä tutkielmassa saatiin halutut menetelmät kehitettyä ja niiden validointia ja kahvihappojohdannaisten oksidatiivisen aktiivisuuden tutkimista jatketaan tulevaisuudessa.