Масс-спектрометрия

8 заданий

Молекулярный ион и изотопы

Масс-спектр взвешивает молекулу и её осколки.

Как найти молекулярный ион

Электронный удар (70 эВ) выбивает электрон → катион-радикал \(\ce{M^{+.}}\); его m/z = M.
Пик с наибольшим m/z (кроме изотопных) — обычно \(\ce{M^{+.}}\); самый высокий пик — основной (100 %), часто это фрагмент.
Азотное правило: нечётная M — нечётное число атомов N.
Изотопы: M+1 ≈ 1,1 % × число атомов C; Cl — пики M и M+2 ≈ 3 : 1; Br — ≈ 1 : 1; два атома Br — M, M+2, M+4 ≈ 1 : 2 : 1; два Cl — 9 : 6 : 1.
Точная масса (высокое разрешение) различает, например, \(\ce{C2H4}\) (28,031), CO (27,995) и \(\ce{N2}\) (28,006).

Примеры

1. Хлорэтан: пики 64 и 66 (3 : 1).

2. M = 73 — нечётное число атомов N (например, диэтиламин).

errorСамый высокий пик — не всегда M

Основной пик — самый устойчивый ион, чаще фрагмент. Молекулярный ион ищите справа.

edit_noteПопробуйте сами

Пики M и M+2 почти одинаковой высоты. Какой элемент в молекуле?

expand_moreПоказать решение

Бром.

Фрагментация

Молекулярный ион распадается там, где получаются самые устойчивые катионы.

Как читать фрагменты

Разности масс: M − 15 (\(\ce{CH3}\)), M − 18 (\(\ce{H2O}\), спирты), M − 29 (\(\ce{C2H5}\) или CHO), M − 31 (\(\ce{OCH3}\)), M − 45 (COOH или \(\ce{OC2H5}\)).
Выгоден разрыв, дающий устойчивый катион: третичный, аллильный, бензильный (m/z 91 — тропилий \(\ce{C7H7+}\)), ацилий \(\ce{RCO+}\).
α-Расщепление: у кетонов → ацилий (m/z 43 — \(\ce{CH3CO+}\)); у аминов и эфиров — разрыв связи C–C рядом с N или O.
Перегруппировка Мак-Лафферти: карбонильное соединение с атомом H при γ-атоме → ион енола + алкен (m/z 58 у метилкетонов, 60 у кислот).
Частые ионы: 29 (\(\ce{C2H5+}\)), 43 (\(\ce{C3H7+}\) или \(\ce{CH3CO+}\)), 57 (\(\ce{C4H9+}\)), 77 (\(\ce{C6H5+}\)), 91 (\(\ce{C7H7+}\)), 105 (\(\ce{C6H5CO+}\)).

Примеры

1. Толуол: M 92, основной пик 91 (тропилий).

2. Пентан-2-он: 86 (M), 71 (M − 15), 58 (Мак-Лафферти), 43 (основной, \(\ce{CH3CO+}\)).

errorМак-Лафферти требует γ-H

Перегруппировка идёт, только если при третьем атоме C от карбонила есть водород: у бутанона её нет, у пентан-2-она — есть.

edit_noteПопробуйте сами

Какой ион даёт пик 105 в спектре ацетофенона?

expand_moreПоказать решение

Бензоил \(\ce{C6H5CO+}\) (M − 15: ушёл метил).

push_pinГлавное

Электронный удар выбивает электрон — образуется катион-радикал \(\ce{M^{+.}}\) с массой молекулы; справа в спектре — молекулярный ион, самый высокий пик (100 %) — основной, чаще это фрагмент. Азотное правило: нечётная M — нечётное число атомов N. Изотопы: M+1 ≈ 1,1 % на каждый атом C; Cl — пики M и M+2 ≈ 3 : 1, Br — ≈ 1 : 1; два атома Br — 1 : 2 : 1. Фрагменты — устойчивые катионы: третичный, бензильный (m/z 91 — тропилий), ацилий (43 — \(\ce{CH3CO+}\), 105 — \(\ce{C6H5CO+}\)); спирты теряют воду (M − 18); карбонильные соединения с γ-H дают перегруппировку Мак-Лафферти.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.