Towards the development of a covalently tethered MALDI system — A study of allyl-modified MALDI matrixes Sanela Martic, John D. Brennan, Michael A. Brook, Suzanne Ackloo, and Noemi Nagy Abstract: An emerging application of matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) mass spectrometry is the analysis of low molecular weight (LMW) compounds, often via coupled liquid chromatography – MALDI-MS methods. However, in many cases, the low molecular weight region of MALDI mass spectra is obscured by the presence of sig- nals originating from the matrix, suggesting that the development of tethered MALDI matrixes may be required to opti- mize MS performance for such compounds. To gain insight into potential sites for covalent attachment of MALDI matrixes, we have systematically investigated the role played by a variety of functional group motifs in determining matrix efficiency for three common MALDI matrixes, as judged both by total signal intensity and background noise from matrix decomposition for a set of LMW compounds. A series of allyl derivatives of standard matrixes was pre- pared, and the efficiency of these materials in the MALDI experiment was measured. All modifications of established matrixes, e.g., 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB), α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA), and caffeic acid (CA), or close analogues led to decreased absolute signal intensity and signal-to-background levels. Improved performance was generally observed with (i) the presence of a phenolic group (carboxylic acids were less effective) (ii) crystalline deriv- atives, and (iii) compounds that had high extinction coefficients at wavelengths near to that of the exciting laser (337 nm). The most interesting derivatives were the O-allyl ether (15) and N-allyl amide (16) of caffeic acid. These compounds did not facilitate signals from all four analytes tested. However, the observed spectra contained fewer sig- nals from the matrix than from the parent compound CA. These compounds demonstrate that functionalization of MALDI matrixes, ultimately leading to tethered matrixes, is possible without jeopardizing signal intensity. Key words: MALDI, protected matrix, phenol, caffeic acid, allyl ether. 76 Résumé : L’analyse de composés de faibles masses moléculaires (FMM) est une application émergente de la spectro- métrie de masse à désorption-ionisation au laser assistée par la matrice (SM MALDI), souvent couplée à des méthodes de chromatographie liquide. Toutefois, la région des faibles masses moléculaires des SM MALDI est souvent obscurcie par la présence de signaux provenant de la matrice ce qui suggère l’intérêt de développer de matrices MALDI liées pour optimiser la performance de la SM de tels composés. Afin d’identifier des sites potentiels de liaison pour relier d’une façon covalente les matrices MALDI et en se basant sur l’intensité totale du signal et le bruit de fond provenant de la décomposition de la matrice pour un ensemble de composés de faible masse moléculaire, on a examiné systéma- tiquement le rôle qui est joué par une variété de motifs de groupes dans la détermination de l’efficacité de la matrice de trois matrices MALDI usuelles. On a préparé une série de dérivés allyliques de matrices standards et on a mesuré l’efficacité de ces matériaux dans l’expérience MALDI. Les modifications aux matrices établies, telles celles de l’acide 2,5-dihydroxybenzoïque (ADHB), de l’acide α-cyano-4-hydroxycinnamique (ACHC) et de l’acide cafféique (AC) ou de produits fortement apparentés ont toutes conduit à des diminutions absolues de l’intensité du signal et des niveaux de signal à bruit de fond. On a généralement observé une amélioration de la performance avec: (i) une présence de groupe phénolique quoique celle d’acides carboxyliques ait été moins efficace, (ii) des dérivés cristallins et (iii) des composés dont le coefficient d’extinction est élevé à des longueurs d’onde se rapprochant de celle (337 nm) du laser excitant. Les dérivés les plus intéressants sont les dérivés de l’acide cafféique comportant un groupe éther O-allyle (15) ou un amide N-allyle (16). Ces composés n’ont pas facilité les signaux de chacun des quatre analytes examinés. Toutefois, les spectres observés comportaient moins de signaux provenant de la matrice que celui de l’acide cafféique fondamental. Ces composés démontrent qu’il est possible de fonctionnaliser des matrices MALDI, conduisant finalement à des matri- ces liées, sans mettre en péril l’intensité du signal. Can. J. Chem. 85: 66–76 (2007) doi:10.1139/V06-185 © 2007 NRC Canada 66 Received 9 August 2006. Accepted 30 October 2006. Published on the NRC Research Press Web site at http://canjchem.nrc.ca on 9 February 2007. S. Martic, 1 J.D. Brennan, and M.A. Brook. 2 Department of Chemistry, McMaster University, 1280 Main St. W., Hamilton, ON L8S 4M1, Canada. S. Ackloo and N. Nagy. MDS-Sciex, 71 Four Valley Drive, Concord, ON L4K 4V8, Canada. 1 Current address: Department of Chemistry, Queen’s University, Kingston, ON K7L 3N6, Canada. 2 Corresponding author (e-mail: mabrook@mcmaster.ca).