4.1.1.2 判断分子离子峰的原则
最大质量数的峰可能是分子离子峰(注意同位素峰) 在高m/z区域应有合理、通过丢失中性碎片而形成的碎片峰。分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理。
应用氮规则。分子式奇数氮,分子量奇数。(注意大分子的小数部分的累加,特别是H超过100时(1.0078)
M+1,M-1与M的判别。
4.1.1.3分子离子峰的相对峰度
分子结构中有某种使分子离子稳定的因素时,其分子离子峰的相对丰度就大。
有机化合物分子离子峰的稳定性顺序:
芳香化合物>共轭链烯>烯烃>脂环化合物>直链烷烃> >酮>酰胺>酯>醚>酸> >支链烷烃>醇。
4.1.2 同位素离子与分子式的确定
可以用同位素离子峰的相对丰度推测试样分子式。 1,只含C, H, O的情况
2,含Cl、Br的情况
4.1.3 由ESI谱多电荷离子峰簇求分子量
针对高分子量的化合物,得到多电荷形成峰簇。 4.1.4 由软电离的谱图得分子量 4.1.5 由高分辨质谱数据定分子式
4.2碎片离子
一般有机化合物的电离能为7-13电子伏特,质谱中常用的电离电压为70电子伏特,使结构裂解,产生各种“碎片”离子 。 裂解和重排
4.2.1单分子反应(特殊的反应) 4.2.3开裂的表示方法
从化学键断裂的方式可分为均裂、异裂和半异裂(?键先被电离, 然后断裂) 4.2.4离子中电子的奇偶数与质量数的关系 分子都是带偶电子的(电子配对成键)
分子离子是带奇数个电子的 分子离子的裂解(多次)(观察质量数(可能有奇数有偶数)、推电子奇偶性(注意氮律)) 偶电子规律: 偶电子离子裂解,一般只能生成偶电子离子(质量数为奇数(氮律除外)) 4.3常见的裂解类型
裂解方式: 分为简单裂解和重排 自由基引发的?-裂解
由自由基引发的、由自由基重新组成新键而在?-位导致碎裂的过程称为?-裂解
电荷引发的(i裂解,正电荷诱导裂解,诱导效应) 它涉及两个电子的转移
* i-碎裂一般都产生一个碳正离子。
对于没有自由基的偶电子离子,只可能发生 i-碎裂
ζ- 断裂:化合物不含杂原子、也没有π键时,只能发生 ζ-断裂。
重排同时涉及至少两根键的变化,在重排中既有键的 断裂也有键的生成
生成的某些离子的原子排列并不保持原来分子结构的关系,发生了原子或基团的重排。
质量奇偶不变,失去中性分子。 4.3.4.1麦氏重排 示意图:书上 要点:
1,C=Y之间有双键(或三键)、Y为C、O、S、N等 2, ?-碳原子上有?-氢原子
3, ?-氢转移到Y上,经六元环中间体,然后在?、?原子间发生裂解,形成重排产物。 极为普遍、非常重要
4.3.4.2逆Diels-Alder 反应(RAD)
具有环己烯结构类型的化合物可发生此类裂解,一般形成一个共轭二烯正离子和一个烯烃中性碎片
含杂原子的重排 ?-氢原子,含杂原子(单键), ?-氢转移到杂原子上,,C和杂原子之间的键断裂,脱去含杂原子部分(常为H2O、HCl等),可能进一步裂解 脱CO
复杂裂解 双双重排
影响离子开裂的因素
1,化学键的相对强度,键能小的优先开裂
2,碎片离子的稳定性,生成稳定碎片的优先开裂:π电子、含杂原子、有分支的 3,立体化学因素
亚稳离子:了解
第五节 基本有机化合物的质谱 一、碳氢化合物的质谱 二、醇和酚类的质谱 三、醚的质谱
四、醛、酮的质谱 五、酸和酯的质谱
六、其他化合物的质谱(胺、酰胺、卤化物、含硫化合物、硝基化合物、芳杂环化合物) 直链烷烃的质谱特点:
1,分子离子峰的丰度随碳链增长而下降:
C1(100%), C10(6%), C16(小), C45(0)
2,碎片峰成簇,各峰之间质量数差14(CH2)
有m/z :29,43,57,71,……CnH2n+1 系列峰(ζ—断裂) 有m/z :27,41,55,69,……CnH2n-1 系列峰
C2H5+( M /e =29)→ C2H3+( M /e =27)+H2 有m/z :28,42,56,70,……CnH2n系列峰(四圆环重排) 3,丰度最大的碎片是C3和C4,其它碎片呈平滑下降 支链烷烃的质谱特点: 分子离子峰较直链烷烃低
不再形成平滑曲线,分枝处易断裂
分枝处断裂,伴有失去单个氢原子的倾向,产生CnH2n离子,有时强于CnH2n+1离子 有甲基分枝时,有M-15峰出现 分枝很多时,分子离子峰消失 烯烃的质谱特点:
分子离子峰的丰度随分子量的增加而降低
有CnH2n+1, CnH2n-1, CnH2n三个系列的峰。 前两种离子为简单断裂产生的 CnH2n离子由γH麦氏重排产生。 芳烃的质谱特点: 分子离子峰很强
稳定的卓鎓离子(91)是苯环上有烷基取代的标志; 可进一步开裂脱去C2H2,出现(65),(39)。 麦氏重排:可生成较稳定的离子(92)
消去整个侧链,生成的苯环碎片(77)再顺次失去C2H2,出现(51)。 RAD开裂: 侧链成环的芳烃 二、醇和酚类化合物的质谱 1,醇类化合物的质谱 (1)一级直链醇
1,醇类化合物的质谱 (1)一级直链醇
醇的质谱特点:
一级直链醇的分子离子峰随分子量的增加而降低
支链醇还容易发生α裂解,形成氧鎓离子
有失去中性水形成M-18的过程,并有进一步失去烯的过程 伴有γ-H的重排
有M-1,M-2,M-3的峰 脂环醇有多种失水裂解方式 酚的质谱特点:
有较强的分子离子峰
苯酚的M-1峰不强,但其他酚类化合物易出现较强的M-1峰 开裂时容易失去CO 三、 醚类化合物的质谱 醚类化合物的质谱特点: 分子离子峰不稳定
脂肪醚的简单开裂后,可继续发生重排,脱去烯
芳香醚的α-裂解后,会进一步脱去CO;存在γ-H重排 环醚裂解脱去中性醛分子
缩醛的质谱中,分子离子峰极弱,(M-R)和(M-OR)峰明显 酮的质1)酮类化合物分子离子峰较强
2)α裂解(优先失去大基团)
烷系列:29+14 n 3) γ-氢重排
酮的特征峰:m/z 58 或 58+14 n 4)环酮发生复杂开环
5)烷基酮和芳香酮均可发生脱CO 醛类的质谱特点: 脂肪醛:
1)分子离子峰明显。
2)α 裂解生成 (M-1)(-H. ),( M-29)(-CHO)和强的 m/z 29(HCO+) 的离子峰;同时伴随有m/z 43、57、71…烃类的特征碎片峰。 3)γ-氢重排,生成 m/z 44(44+14n)和M-44的峰。 芳醛:
1)分子离子峰很强。 2)M-1 峰很明显。 五、酸和酯的质谱 酸的质谱特点: 脂肪酸:
1)分子离子峰很弱。
2)α 裂解出现 (M-17) (OH),(M-45) (COOH),m/z 45 的峰及烃类系列碎片峰。 3)γ-氢重排:羧酸特征离子峰m/z60(60+14 n ) 4)含氧的碎片峰 (45、59、73…) 芳酸:
1)分子离子峰较强。
2)邻位取代羧酸会有 M-18(-H2O)峰。 酯的质谱特点:
1)分子离子峰较弱,但可以看到。
2)α 裂解,强峰(M-OR)的峰 ,
3)麦氏重排,产生的峰:74+14 n :在羧酸甲酯中74一般为基峰。 4)乙酯以上的酯可以发生双氢重排,生成 的峰:61+14 n 六、 其他化合物的质谱图 1,胺类化合物
α裂解:优先失去大基团
芳胺容易脱去HCN,且有较强M-1峰
2,酰胺类化合物
与酯类化合物相似,可发生α、i裂解,麦氏重排 3,卤化物
特点为:M+2的峰很大 可发生α、i裂解, 脱HX
远程裂解,生成环卤离子 4,含硫化合物 M+2峰大
硫醚和硫醇的分子离子峰较强
发生类似于含氧化合物的裂解 5,硝基化合物 主要是消去取代基 6,芳杂环化合物
一般具有较大的分子离子峰
第六节 质谱解析
首先明确所解析的质谱图的类型:(电离方式)
软电离:主要包含分子量信息,碎片信息少
EI: 碎片多,包含有关组成基团及其连接顺序的结构信息,有利于推断分子结构
一般质谱的标准谱图均是对EI而言的,解质谱也是指解EI质谱。 一、质谱的解析程序
1,解析分子离子峰区域 2,解析碎片离子峰区域 3,列出部分结构单元
4,推出试样可能的结构式 1,解析分子离子峰区域
确认分子离子峰,定出分子量(注意分子离子峰的判断原则,分子离子峰与结构关系) 试样分子的奇偶性(氮律)
根据同位素离子峰强度,初步推测试样的分子式 (Cl和Br)
可能的情况下,使用高分辨质谱,推出分子式 根据分子式,计算出试样的不饱和度 2,解析碎片离子峰区域
找出主要碎片离子峰
(重点研究高质量端离子、重排离子和特征性离子、基峰。估计碎片离子的组成,根据碎片离子的奇偶性判断碎片离子的开裂类型) 分析中性碎片的丢失
找出可能存在的亚稳离子,确定开裂类型;
在可能情况下,使用高分辨质谱对重要碎片离子测定,确定其组成。 (1)高质量端的离子(特别是第一丢失峰 如:M-18 -OH) (2)重要的特征离子
烷系:29、43、57、71、85…. 芳系:39、51、65、77、91、92、93 氧系:31、45、59、73(醚、酮) 氮系:30、44、58 (3)重排离子
(4)基峰和高强度峰
3,列出部分结构单元
根据大的碎片离子和分子离子脱去的碎片,列出试样结构中可能存在的结构单元 根据分子式,以及可能存在的结构单元,计算出剩余碎片的组成及其不饱和度 推测剩余碎片的结构
4,推出试样可能的结构式