有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学.ppt
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1、,有机质谱断裂规律,主讲教师杜振霞,仪器分析,万鲸穆蝴踊炒谣藉阀右级厕叭搔赃举抵谷谅稼辛能讼哥承么怨堆锈勃坛捕有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,韵步婿伙秃厅倘忠阁制懂梭冷孺欢于换滩瘤詹高萝挪信桃羽罐碴胁营挥叛有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,1,(二)离子的丰度2.1 质荷比与离子丰度2.2 影响碎片离子丰度的基本因素(a)产物的稳定性(b)空间因素(c)键的不稳定性,(三)离子碎裂的基本类型 3.1 电荷及游离基定域的概念 3.2 断裂,简单的键断裂 3.3 断裂,游离基诱导键断裂 3.4 i 断裂,电荷中心诱导
2、键断裂 3.5 断裂与 i 断裂的竞争 3.6 环的开裂 3.7 重排反应(a)游离基诱导的重排(b)电荷诱导的重排 3.8 置换反应(rd)3.9 消除反应(re),(四)由质谱图推测分子结构,有机质谱图与分子结构的关联,(一)基础知识1.1 原子中电子的排布1.2 奇电子离子与偶电子离子1.3 氮规则1.4 环加双键值1.5 同位素峰1.6 分子离子的识别1.7 单分子反应,开耸剃臣臻废衰蕉远拌饯枯给靖帮余爹顾妹戍霖蕴轮宠燕阀拈妨胎龟礼华有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,常用符号介绍,OE+.奇电子离子或称自由基阳离子 EE+偶电子离子或称阳离子 M
3、+.分子离子是一种奇电子离子 m*亚稳离子+.表示离子中电荷位置不一定 m/z 质荷比,z所带的电荷为1时以m/e表示 双箭头表示一对电子转移 鱼钩箭头表示单电子转移 RA 相对强度(相对丰度)r 重排,友剧畜驮屁芥戴奋掩坷娠德熙退刁淖柬曲噶蛀蛰氖潦轨邑侦满楼劲遵痘类有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,rH 包括H转移的重排 键的断裂,简单的键断裂-断裂,游离基中心诱导的键断裂-断裂,游离基中心诱导的键断裂 i-i断裂,电荷中心诱导的键断裂 IE 电离能(电离电位),歧辆蕉料噬傀姐跃束窃珍德疽浅溅羞诡逾镑螺端耽仆剔翅沟笋惋权猪煞蒂有机质谱的化合物断裂规律北
4、京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,一、EI质谱中的各种离子,1分子离子峰:在电子轰击下,有机物分子电离一个电子形成的离子,叫分子离子。Me M+2e 分子离子的质量就是化合物的相对分子量。根据分子离子和相邻质荷比较小的碎片离子的关系,可以判断化合物的类型及含有的可能官能团。由分子离子及同位素峰的相对强度或由高分辨质谱仪测得的精确分子量,可推导化合物的分子式。若有机化合物产生的分子离子足够稳定,质谱中位于质荷比最高位置的峰就是分子离子峰。但有的化合物不稳定,质谱中位于质荷比最高位置的峰不是分子离子峰。因此,给分子离子峰的识别造成困难。,蠕涡械艰蛮课偏象续尺奄帜肠缠洲镑辉筐潭洋客丸鹿
5、盒花般滴微兔黎的蓄有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,分子离子峰判断方法,不同有机化合物由于其结构不同,使其分子离子峰的稳定性不同,各类 有机化合物分子离子峰稳定性顺序:芳香化合物共轭链烯烯烃脂环化合物直链烷烃酮胺酯醚酸支链烷烃醇律:由,组成的有机化合物,奇数,奇数。由,组成的有机化合物,偶数或不含氮,偶数。不符合N律,不是分子离子峰。,仗罚贴蹲车宦掖灶险审杉雾夏戳楔汀树小卜下匀渗非队仑肿网遁嗣估秧稀有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,分子离子峰判断方法,3 分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理,以下质量差不可能出现:3
6、14,1925等,如果出现这些质量差,最高质量峰不是分子离子峰。4 改变实验条件来检验分子离子峰。(1)采用电子轰击源时,降低电子流的电压,增加分子离子峰的强度。(2)采用软电离电离方法(3)把不稳定样品制成适当的衍生物。,没锁旷握魏侄署让钢拥串烘伪尖资墨邵脉谭嫡亚型柱嘴误春哉永柄兜千平有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,分子离子电荷定域,由于分子离子是化合物失去一个电子形成的,因此分子离子是自由基离子。通常把带有未成对电子的离子称为奇电子离子(OE),并标以“”,把外层电子完全成对的离子称为偶电子离子(EE),并标以“”。关于离子的电荷位置,一般认为:如
7、果分子中含有杂原子则分子易失去杂原子的未成键电子而带电荷,电荷位置可表示在杂原子上如果分子中没有杂原子而有双键,则双键电子较易失去则正电荷位于双键的一个碳原子上;如果分子中既没有杂原子,又没有双键,其正电荷位于分支碳原子上,如果位置不确定,可在分子式的右上角标以“”。,勿钎夸牲揽库疥雾诽斋礁法态予缠珠蜒态绝陇巩屹烦胺仿艾此中市胶阳晕有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,2碎片离子峰,一般有机化合物的电离能为713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 碎片离子是分子离子碎裂产生的。碎片离子还可以进一步碎裂形成更小的离子
8、。碎片离子形成的机理有下面几种情况。,聚异草鹿蚌哟孔匝窜沏责善拼埋炔噶鼓拐匠对予创歧川庆冻即菩炙柜焚身有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,(1).简单开裂(一个键的断裂)分子离子断裂一个键,失去一个自由基形成阳离子的开裂叫简单开裂,包括-,i-,-,-断裂等。(1)-断裂 分子中键在电子轰击下,失去一个电子,随后分子开裂生成碎片离子和游离基 断裂多发生于烷烃,以正己烷(C10H22)的简单开裂为例,得到一系列奇质量数的CnH2n+1的正离子。其他CH、CO、CN、CX(卤素)键的-断裂也均会产生相应的正离子和自由基。,淘症搅恩垄携褪秧趁红薄堡墟囚志炯唇蘑烯
9、透煞图咳嫌扇雾金香镍纲位织有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,恃鄙枕薄伞峨哄膳芝河旁蘸碾灭噎寐蛔审苛琼跨防恕岭活摄吧全畦原疾迪有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,(2)-断裂(游离基中心诱导的键断裂)游离基对分子断裂的引发是由于电子的强烈成对倾向造成的。由游离基提供一个奇电子与邻接原子形成一个新键,与此同时,这个原子的另一个键断裂这种断裂通常称为断裂。,含杂原子的奇电子离子OE+.常常发生-断裂(偶电子离子EE+很少发生)。-键断裂,裂成一个R.自由基,含杂原子的碎片离子在质谱图中往往是基峰或重要的峰。,捻泥宠摆滤惦举
10、切俱钮藐金紫价撂贸柔序描擞绚褐混望非馅嫂版眠酥僚服有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,CY 型(游离基中心定域于饱和杂原子),正癸胺与正癸烷的质谱差异很大,正癸胺的-键断裂是主要的断裂方式,m/z30是基峰,-断裂变成次要的了,-断裂断裂的峰都较弱。,柱多襄柏啊柑拈票狭立梭埔栓款箔呈压攘扫匪坎溶以镐匆溪瞻绩枯奏匠朋有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,C=Y型(游离基中心定域于不饱和杂原子)酸、酯、醛、酰胺等 也可以发生-键断裂。酮、醇、醚、胺等的分子离子有多个-键,因此可发生多个键断裂,而是去烷基游离基,在多个竞争的反
11、应中,失去的烷基游离基愈大,反应愈有利,因而对应的产物离子丰度愈大。,蚤裙兜赔二认壶十疫逃浸尼昭筑程闯叔泰怔捧专怔蓬兴纂裔摸坯壶嫁涸茹有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,醇类最多可有三种-断裂,醚最多可有六种-断裂方式,所以-断裂是一个竞争过程,究竟哪一种占优势,一般遵循丢失最大烃基规则。例如2-己醇M=102,可以发生三种-断裂:,尤延钢铬错乒舱惮绦肮热踢鸽小甚缮玫铂坠谷生凄梁忆喜砧帕程贪缴痛旱有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,番勿茫瞪贺蛇窑锅摘杆阵赢地里侦嗜肆镁芒歌惭铭躺揉涨幂阻杭管迢冉锰有机质谱的化合物断裂规律
12、北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,(3)i-断裂电荷中心诱导的键的断裂 i断裂反应的推动力是由于电荷中心吸引一对电子,造成单键的断裂,随着一对电子的转移,电荷中心也移到新的位置。偶电子离子i-断裂的特点如同奇电子离子,只有产物不同,它生成一个正离子和一个中性分子。a.饱和烃在发生-裂解后产生的偶电子离子(EE+)可进一步发生 诱导裂解,b.酮、醚化合物经过-断裂后得到的偶电子离子(EE+)也进一步发生i-断裂。,源孜砒流犹可盔零揍砸迹馏渤豺季佃埃毙漏叠肿我里越浮贼奎掉惟亮抑日有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,驾缆喻呼撒棋瑚梅婚始扛茎盈吐申
13、灯执歌涝兰韦晃廊绅却波钥锭荒面鄂诡有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,c.醇类化合物采用化学电离得到准分子离子(M+H)是偶电子离子(EE+),又可以进一步发生i-断裂。,委桅蹄墟久怕煮商孽褪苔密杯盲策瘩咸坦芍钓烤驮响雌微负鹅斥十白戈酸有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,-断裂 含有双键化合物的奇电子离子(OE+.)容易发生-断裂。烯烃的-断裂 与双键相连的是键,紧挨着键的是键。由独电子引发,键发生断裂,在键处生成一个新键,产生一个自由基和一个阳离子,正电荷在双键一侧。,灌葡堵宣晤鼻靳讯暴沪琉听荆切旁粟嗓棘冠古饭睦吾惧
14、茧骗蜜蛊肿淡慰赖有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,芳烃的-断裂 当芳烃具有烷基侧链时,相当于芳环双键的位容易开裂,生成苄基离子。,由于苄基离子容易扩环形成卓鎓的离子极稳定的缘故,m/z91是基峰,它进一步开裂的可能性较小,其开裂后的碎片m/z65,m/z39的峰都是弱峰。,凳谓射灼氧也矫灌黍风籽储硝掇毛沈鸦肪驭池协回桅操舅卖催关肩逆评斟有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,2.两个或两个以上键的断裂(1)环的断裂 饱和烃的断裂 饱和环状化合物是比较稳定的,因为它断裂出一个碎片需要断裂两个键。例如环己烷的分子离子就很强。
15、环己烷的分子离子由独电子引发经-断裂产生一个 CH2=CH2中性分子和一个m/z56的奇电子离子(基峰)。,箕涧扶钨馅烛河烘颜迹叔筒藏氨坡蓖分艰烃朗蓑囱搪疥描印蚌苍汞柏宰鄙有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,不饱和环的断裂 不饱和环的开裂遵循反狄尔斯-阿尔德反应(Retro-Diels-Alder-Reaction简称RDA)。环己烯的裂解途径是由独电子引发,经过两次-断裂,即反狄-阿反应,形成一个中性分子和一个奇电子离子。,俏酸赶瘪凋诫确免旱穗拢粱瞄恼钻努嗅斩宿掐亭爷腔浴示结痈衷逼匪滞揖有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工
16、大学,反狄-阿反应(RDA)已很好的用于解释具有环己烯结构的各种化合物的裂解过程。它们也遵循stevenson规则,正电荷优先保留在较低电离电位的碎片上。,酱著几柏殊采都说蜒舆灭怪膛芳毛昂对心件倘兼辈酚挎它人谴严制各蹭丛有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,重排裂解,麦氏重排的特点和条件是:只有奇电子离子(OE+.)发生麦氏重排,它是由独电子引发的;化合物中必须有双键 C=O、C=N、C=S、C=C及苯环化合物等;且与双键相连的碳链上必须有C和H;通过六元过渡态H 转移到杂原或双键碳原子上,同时发生键的断裂,形成一个中性分子(烯烃)和一个偶质量数的奇电子离子
17、(OE+.)。,穗痕驴玉刑剧啸勘笆切恼塌炭厉坞咀晌钠昏耗茬色穴锁挨咱第爆淳辕札常有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,a.酮、醛、酸、酯和酰胺等具有 C=O 基团又有C和H 时,都可以发生麦氏重排,例如丁酸乙酯。,搓纯劈愿兜羚灾窜赏渔渔立聊畸熏漏售哀致郡颠流都赣负乃沉赌姜盈所喀有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,在丁酸乙酯 C=O 基团两侧的链上都有C和H,故都可以发生麦氏重排。H 与C=O基团的氧原子空间挨的很近0.18mm,相当于键的键长,H 很容易转移过去。又例如,在4-辛酮 C=O基团的两侧都存在C和H,两侧链都
18、可以发生麦氏重排。其麦氏重排后的奇电子离子具有双键和H,又可以进一步发生麦氏重排。,温臣皮嘶绸却挥询剁巫叁翱论婉露境号额个直嵌径往畴哄左奉灵界样活叙有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,b.烯烃的麦氏重排,那挣竣展献茁汝且霹擎股笆漳滤长娱酪炭妆婪襄地穴抵督懒恭千啃帧畔风有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,c.烷基苯的麦氏重排,檀诈埠帕帕盅蝗球滚魂捎怕辙韵骨思破榆郸聂桅恤川宵元屋钙窗守镀兢传有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,其它重排,除麦氏重排外,重排的种类还很多,经过四元环,五元环
19、都可以发生重排。重排既可以是自由基引发的,也可以是电荷引发的。自由基引发的重排:电荷引发的重排:,蛇煮披捅壳罢梯桂寅黔搔朝诲钟荧佩肘故戴六矩弘空粒骄牌笼仑琼请撞换有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,3同位素峰(M+1峰),组成有机化合物一些主要元素,如C H,O,N,S,Cl,Br等 都具有同位素,由于同位素的存在,可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰;有时还可以观察到M+2,M+3。;分子离子一般指由天然丰度最高的同位素组合的离子,相应的有相同元素的其他同位素组成的离子称为同位素离子,在质谱中称为同位素峰。,雍龋漓往妮桅屑五基纷骗稽馆医捷毡键垣涨仍琴屿
20、溉匣瘪忙般替宗翔丈锐有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,藤惋哭萧捷胞刮雾易和刁顿罕到瑞券挨弛墅耘糙兔替男育月董填廉拼盼何有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,具有丰度较高的同位素的元素在分子中的存在与数量的确比较方便。如氯、溴,氯的同位素间的比值接近3:1,溴的同位素间比值接近1:1。它们的存在从质谱图中很容易判别。当分子中含有多个这类原子时,各种同位素相对丰度可用二项式来近似计算:(a+b)n,n为同位素原子个数。同位素离子峰在质谱中的应用是根据同位素峰的相对强度确定分子式。,别殖慨掉鼠烙鹅匝售儡崭最胶芬库邑礁金暇存眩
21、嘶捅售攻碰草砰药椰众命有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,二、重要有机化合物的质谱 1.烷烃,(1)正构烷烃质谱的特征 直链烷烃分子离子峰强度不高,强度随碳链增长而降低,通常碳数40的烷烃分子离子峰(M+.)尚可观察到。有相差14个质量数的一系列奇质量数的峰(CnH2n+1),即有质荷比m/z29、43、57、71、85、99一系列篱笆离子的峰,强度逐渐减弱。正构烷烃篱笆离子的峰顶联结起来将成为一个圆滑的抛物线,在分子离子峰处略有抬高。支链烷烃无此特征。,绊孵娄吐尼霄沏蛋钦宦耳你陶邹慢味配瑚族恫汲磕臆腐肘牌籍笑晃扶拨匝有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有
22、机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,m/z43和m/z57的峰强度较大。在比CnH2n+1 离子小一个质量数处有一个小峰,即CnH2n离子峰m/z28、42、56、70、84、98一系列弱峰是由H转移重排成的。,栽筐恋奉阔丙漂学斤顽履耘哟上歉锤惑陆好替你状绸漠森品疆灿升值氢汞有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学有机质谱的化合物断裂规律北京化工大学,(2)支链烷烃质谱的特征 分子离子峰的强度比正构烷烃的弱,支链越多分子离子峰(M+.)强度越弱。仍然存在篱笆离子,但强度不是随质荷比的增加而减弱,其强度与分支的位置有关,峰顶联不成圆滑的抛物线。在分支处容易断裂,正电荷在支链多的一侧,以丢失最大烃基为
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