波譜分析第五章4各類化合物的質(zhì)譜課件

第五章

質(zhì)譜分析一、烴的質(zhì)譜圖二、醇和酚的質(zhì)譜圖三、醚的質(zhì)譜圖四、羰基化合物質(zhì)譜圖五、其他化合物的質(zhì)譜圖第四節(jié)

各類化合物的質(zhì)譜1.烷烴一、烴分子離子：C1(100%)，C10(6%)，C16(小)，C45(0)有M/e

：29，43，57，71，……CnH2n+1系列峰(σ-斷裂)有M/e

：27，41，55，69，……CnH2n-1系列峰(m=14)

C2H5+（M/e=29）→C2H3+（M/e=27）+H2有M/e

：28，42，56，70，……CnH2n系列峰(四圓環(huán)重排)看不到M-15的峰，長(zhǎng)鏈烴不易失去甲基。直鏈烷烴支鏈烷烴：20406080100120140160180200103050709011013015017019021022023010080901006050302040700%

OF

BASE

PEAKC3m/z=43C4m/z=57C5m/z=71C8m/z=85C6m/z=99C7113C9C10C12C16M15M5-MethylpentadecaneCH3(CH2)3CH(CH2)9CH3CH385

16914157M峰較相應(yīng)的直鏈烷烴弱,裂解發(fā)生在支鏈取代的位置,優(yōu)先失去大基團(tuán),正電荷帶在多支鏈的碳上。烷基取代的環(huán)烷烴容易丟失烷基,優(yōu)先失去大基團(tuán),正電荷保留在環(huán)上。2、烯烴烯烴易失去一個(gè)電子,M峰明顯,強(qiáng)度隨相子質(zhì)量增大而減弱;長(zhǎng)鏈烯烴可發(fā)生麥?zhǔn)现嘏怒h(huán)烯發(fā)生逆向狄爾斯-阿爾德重排(RDA重排)環(huán)己烯及其衍生物的開環(huán)裂解反應(yīng)，一般形成一個(gè)共軛二烯基離子和一個(gè)烯烴分子。84(M

)0204060801001030507090110695541271008090100605030204070%

OF

BASE

PEAK雙鍵容易發(fā)生β－開裂，生成很強(qiáng)的烯丙離子,帶有雙鍵的碎片帶正電荷;烯烴比相應(yīng)烷烴碎片少二個(gè)質(zhì)量單位CHCH3CCH3CH2CH3CHCH3CCH3CHCH3CCH3CH2CH3CH2CH3m/z=69m/z=55丁苯異構(gòu)體105917765119134(M)+.若基準(zhǔn)峰的m/e比91大n×14,表明苯環(huán)α-碳上另有甲基取代，形成了取代的Tropyliumion.Ph－C－CH2CH3CH3CH2HHm/z=92二、醇和酚的質(zhì)譜圖(2)易脫水形成(M-18）的脫水峰(1)M峰很弱或不出現(xiàn)。Cα-Cβ裂解生成31+14n含氧碎片離子1、醇：RHCHCH2CH2CH2O+HH2CCH2-H2OM

-

(Alkene

+

H2O)

M-46H2CCHR-RHCHHCCH2CH2O+HCH3H2CHC-H2O-CH3H2CCHR

M-60（3）開鏈伯醇當(dāng)含碳數(shù)大于4時(shí)，同時(shí)發(fā)生脫水和脫烯，產(chǎn)生M-46峰。若β-碳上有甲基取代，失去丙烯，產(chǎn)生M-60峰。仲醇叔醇2、酚和芳香醇(1)M峰很強(qiáng),往往是基峰。(2)苯酚的M-1峰不強(qiáng)，但甲苯酚和芐醇的M-1峰很強(qiáng)。三、醚的質(zhì)譜圖1.脂肪醚的M峰很弱，但能觀察出來。由氧原子失去一個(gè)電子而形成的。芳香醚的M峰較強(qiáng)。2.脂肪醚開裂主要有三種方式：(1)Cα－Cβ鍵裂解：正電荷留在氧原子上，取代基團(tuán)大的優(yōu)先丟失，如CH3CH2-CH2-OCH2CH3CH3CH2-CH2-OCH2CH3裂解通常導(dǎo)致形成m/z=45、59、73等去強(qiáng)峰。還可進(jìn)一步裂解：H2C＝CH2+H2C＝CH2(2)

O－Cα鍵裂解：裂解后所形成的烷氧基.OR碎片較.OH穩(wěn)定，易發(fā)生。裂解通常導(dǎo)致形成m/z=29、43、57、71等峰。(3)

重排α裂解：R－C導(dǎo)致形成比不重排的α裂解碎片少一個(gè)質(zhì)量單位的峰，m/z=28、42、56、70等峰。3.芳香醚只發(fā)生O－Cα鍵裂解脂肪醛有明顯的M峰。α裂解生成M-1(-H.)、M-29(-CHO.)和強(qiáng)的m/z為29（CHO＋)的離子峰，同時(shí)伴隨有m/z43、57、71…等烴類的特征碎片峰。發(fā)生γ-氫重排時(shí)，形成M/z為44（或44+14n)的奇電子離子峰。醛、酮能在羰基碳發(fā)生裂解醛類羰基碳上的裂解：酮類羰基碳上的裂解：RCOHCOHCORCO＋H.＋R.或M－1

.+.++M－29＋R+Hab+

.R,CO＋R(R>R,)RR+.C＝O均裂m/z=43，57，71+

.,R

CO＋RR,R+.C＝Om/z=15，29，43，57異裂*芳香酮在羰基碳發(fā)生裂解，產(chǎn)生苯基離子2.羧酸：（1）脂肪酸由麥?zhǔn)现嘏帕呀猱a(chǎn)生的m/e60峰最特征:

m/e45峰明顯，由羰基碳裂解，失去R，形成+CO2H，低級(jí)脂肪酸有M-17、M-18、M-45峰等。（2）芳香酸的M峰強(qiáng)，M-17、M-45峰明顯，重排裂解產(chǎn)生M-44的峰。OCCH2HOHCOCH2H2O-m/z136m/z118(M-18)m/e60(基峰)RCH2CH2CHOHHCH2CH2+CCHH2OHOO+m/e45峰明顯，羰基碳裂解，失去R，形成+CO2H羧酸：由麥?zhǔn)现嘏帕呀猱a(chǎn)生的m/e60峰最特征一、分子量的測(cè)定：

掌握判斷分子離子峰的方法二、分子式的確定：同位豐度素法和高分辨率法1.同位豐度素法(a)查Beynon表法13C/12C=1.1/98.9×100％＝1.11％（2H/1H＝0.015％）甲烷(M+1)/M=1.11％乙烷(M+1)/M＝2.22%分子式不同(M+1)/M和(M+2)/M比值不同，根據(jù)百分比值推定分子式。重同位素13C2H17O18O15N33S34S37Cl81Br29Si30Si相對(duì)比值/%1.110.0150.040.200.370.804.432.598.05.13.4一些重同位素與最輕同位素天然豐度相對(duì)比值例1：某化合物的IR顯示含羰基，其MS中M、M+1、M+2峰強(qiáng)比:M(150)100%M+1(151)11.1%M+2(152)0.8%解：化合物（M+2）/M<4.44%,表明不含S、Cl、Br。查表，M=150共29個(gè)。M+1峰比值在10％～12％的式子有6個(gè)分子式M+1M+2(1)C9H12NO10.340.66(2)C9H14N210.710.52(3)C10H2N211.600.61(4)C10H14O11.070.75(5)C10H16N11.440.60(6)C11H2O11.960.851、5式含奇數(shù)個(gè)N3、6式H含量太低2、3式不含O試求其分子式。確定化合物的分子式C10H14OM(104)100%M+1(105)6.44%M+2(106)4.55%M=104-32=72M+1=6.44-0.8=5.64M+2=4.55-4.44=0.11分子式M+1M+2C4H8O4.490.28C4H10N4.860.09C5H125.600.13解：(M+2)/M=4.55%,化合物含一個(gè)S原子。查表時(shí)，從相對(duì)分子質(zhì)量104減去32S的質(zhì)量，從M+1和M+2百分比值減去33S和34S的貢獻(xiàn)。查表M=72的分子式共11個(gè)，M+1百分比值接近5.64有3個(gè)。例2：某化合物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)如下，求其分子式：確定為C5H12S(b)計(jì)算法通用分子式CxHyOzNw。以分子離子M的相對(duì)豐度為100時(shí)：(M+1)/M＝1.1x+0.37w

(M+2)/M＝(1.1x)2/200+0.20z通用分子式CxHyOzNwSs。還應(yīng)考慮33S和34S的貢獻(xiàn)：

化合物若含Cl、Br之一，它們對(duì)M+2、M+4的貢獻(xiàn)可按(a+b)n的展開系數(shù)推算，若同時(shí)含Cl、Br，按(a+b)n(c+d)m的展開系數(shù)推算。例CHCl3

35Cl:37Cl3:1，a=3b=1n=3(a+b)n＝

(3+1)3＝27+27+9+1M:M+2:M+4:M+6＝m/e118:m/e120:m/e122:m/e124=27:27:9:1M+1/M＝1.1x+0.37w+0.8s

M+2/M＝(1.1x)2/200+0.20z+4.4s2、高分辨質(zhì)譜法高分辨MS能測(cè)定每個(gè)質(zhì)譜峰的精確相對(duì)分子質(zhì)量.12C=12.00000013C=13.0035541H=1.0078252H=2.01410216O=15.99491417O=16.99913214N=14.00307415N=15.000109低分辨MS:CO、N2、

C2H4的質(zhì)量都是28，高分辨MS:

CO=27.994914N2=28.006158C2H4=28.012990例：用高分辨MS測(cè)得分子離子質(zhì)量數(shù)為150.1045，IR發(fā)現(xiàn)有羰基吸收峰，求其分子式。解：高分辨MS測(cè)得分子離子質(zhì)量數(shù)誤差不大于0.006，即小數(shù)部分在0.0985~0.1105之間，查Beynon精密分子量表C3H12N5O20.099093C5H14N2O30.100435C8H12N30.103117C10H14O0.104459質(zhì)量為150的小數(shù)在此范圍可能的分子式：分子式為

C10H14O三、分子結(jié)構(gòu)的確定譜圖解析一般步驟：1.確定分子離子峰，求出分子量，初步判斷化合物類型及是否含有Cl、Br、S等元素。2.根據(jù)分子離子峰及同位素峰確定化合物組成式。3.由組成式計(jì)算不飽和度。4.研究高質(zhì)量端離子峰。從分子離子失去的碎片，確定化合物含有哪些取代基。5.研究低質(zhì)量端離子峰。尋找不同化合物斷裂后生成的特征離子和特征離子系列。如正構(gòu)烷特征離子系列為m/e15、29、43、57、71等，烷基苯為m/e91、77、65、39等。6.提出化合物結(jié)構(gòu)單元，根據(jù)化合物分子量、分子式及其他物理化學(xué)性質(zhì)等提出最可能的結(jié)構(gòu)，配合IR、NMR得出最后結(jié)果。7.驗(yàn)證結(jié)果。譜圖綜合分析一般程序1、根據(jù)MS中分子離子峰M和分子離子的同位素峰M+1和M+2求得分子量和最可能的分子式。2、求不飽和度。3、由IR推測(cè)分子中含有哪些官能團(tuán)，根據(jù)NMR確定各種類型氫的數(shù)目、類別、相鄰氫之間的關(guān)系。4、由UV推測(cè)分子中是否存在共軛體系。5、對(duì)推測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。在推導(dǎo)分子結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)當(dāng)把各種光譜有關(guān)數(shù)據(jù)互相核對(duì)，彼此補(bǔ)充，結(jié)論一致。由下列信息推測(cè)化合物結(jié)構(gòu)MS同位素豐度UVIRNMRm/z相對(duì)豐度％150（M）100151（M＋1）9.9152(M＋2)0.9/ppm積分強(qiáng)度峰重?cái)?shù)7.225單5.002單1.963單1745cm-1（s）1225cm-1（s）749cm-1（s）697cm-1（s）3060cm-1（w）max/nmmax268