《质谱谱图解析》PPT课件.ppt
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1、有机波谱分析有机波谱分析1.1.直链烷烃直链烷烃2.4 各类有机化合物的质谱各类有机化合物的质谱饱和烃类:对直链烷烃分子离子,先通过饱和烃类:对直链烷烃分子离子,先通过半异裂失去一个烷基游离基,形成正离子半异裂失去一个烷基游离基,形成正离子,后连续失去,后连续失去2828个质量单位。个质量单位。(CHCH2 2=CH=CH2 2)在质谱图上在质谱图上获得获得C Cn nH H2n+1 2n+1(m/e,29,43,57(m/e,29,43,57)比各碎片离子峰低两个质量单位处出现一比各碎片离子峰低两个质量单位处出现一些链烯小峰,得些链烯小峰,得C Cn nH H2n-12n-1(失去一个分子失
2、去一个分子H H,m/em/e,2727,4141,5555)分子离子峰的强度随分子量增加而减小。分子离子峰的强度随分子量增加而减小。一、碳氢化合物的质谱图一、碳氢化合物的质谱图分子离子峰较弱;直链烃具有一系列m/z相差14的CnH2n+1碎片离子峰。基峰为C3H7+(m/z 43)或C4H9+(m/z 57);支链烷烃:在分支处优先裂解,形成稳定的仲碳或叔碳阳离子。含含8个以上碳的直链烷烃,其质谱很相似,区别个以上碳的直链烷烃,其质谱很相似,区别仅在于分子离子峰的质量不同。仅在于分子离子峰的质量不同。特点:特点:正癸烷正癸烷v分子离子:分子离子:C1(100%),C10(6%),C16(小小
3、),C45(0)v有有M/e:29,43,57,71,CnH2n+1 系列峰系列峰(断裂断裂)v有有M/e:27,41,55,69,CnH2n-1 系列峰系列峰 C2H5+(M/e=29)C2H3+(M/e=27)+H2v有有M/e:28,42,56,70,CnH2n系列峰系列峰(四圆环重排四圆环重排)2.2.支链烷烃支链烷烃支链的断裂,易出支链的断裂,易出现在被取代的碳原现在被取代的碳原子上。子上。稳定性为:稳定性为:特点:特点:M+弱或不见。弱或不见。M-15 (CH3),带侧链带侧链CH3.M-R (R)优先失去大基团,此处离子峰的优先失去大基团,此处离子峰的 RI 大。大。3.3.环烷
4、烃环烷烃1).由于环的存在,分子离子峰的强度相对增加。由于环的存在,分子离子峰的强度相对增加。2).常在环的支链处断开,给出常在环的支链处断开,给出CnH2n-l峰,也常伴随峰,也常伴随氢原子的失去。因此该氢原子的失去。因此该CnH2n-2峰较强。峰较强。3).环的碎化特征是失去环的碎化特征是失去C2H4(也可能失去(也可能失去C2H5)。)。4.4.烯烃烯烃v分子离子峰较稳定,丰度较大;尤其是多烯的分子离分子离子峰较稳定,丰度较大;尤其是多烯的分子离子峰虽能判别,但不强,随分子量增大分子离子峰子峰虽能判别,但不强,随分子量增大分子离子峰强度降低。烯烃主要有强度降低。烯烃主要有裂解和裂解和Mc
5、LaffertyMcLafferty重排两重排两种裂解方式。种裂解方式。v裂解是烯烃最普遍的裂解方式之一。生成通式为裂解是烯烃最普遍的裂解方式之一。生成通式为CnH2n-1的稳定烯丙式正离子(常为基峰),该碎片离的稳定烯丙式正离子(常为基峰),该碎片离子的质量数通式为子的质量数通式为41+14n41+14n(n n0 0,1 1,2 2,3 3等)。等)。n分子离子峰中阳离子主要定域在键上,较稳定丰度较大,其相对强度随分子量的增加而减小。n有一系列CnH2n、CnH2n+1、CnH2n-1的碎片离子峰,通式为41+14n;二、芳烃的质谱图二、芳烃的质谱图苯环能使分子离子稳定分子离子稳定,峰较强
6、;苯环能使分子离子稳定分子离子稳定,峰较强;芳烃类化合物的裂解方式主要有芳烃类化合物的裂解方式主要有5 5种种1.1.烷基取代苯易发生烷基取代苯易发生裂解裂解 (并经重排生成桌翁离子并经重排生成桌翁离子tropylium ion)tropylium ion)m/zm/z 91,91,是烷基取代苯的重要特征。是烷基取代苯的重要特征。Y Y可以是烷基或杂原子。可以是烷基或杂原子。出现稳定的桌翁离子出现稳定的桌翁离子(通常是基峰通常是基峰m/zm/z=91)=91)是苯环上是苯环上有烷基取代的标志。有烷基取代的标志。如。如。碳上有支链,则发生碳上有支链,则发生 开裂时,开裂时,将优先脱去大的取代基。
7、将优先脱去大的取代基。卓翁离子可进一步裂解生成环戊二烯卓翁离子可进一步裂解生成环戊二烯(m/zm/z=65)=65)及环及环丙烯离子丙烯离子(m/zm/z=29)=29)。2 2麦氏重排麦氏重排(如有如有 HH存在存在)具有具有 氢的烷基取代苯,氢的烷基取代苯,能发生麦氏重排裂解,产生能发生麦氏重排裂解,产生m/zm/z 92 92(C C7 7H H8 8+)的重排)的重排离子离子(奇电子离子峰奇电子离子峰),),进一步裂解,产生进一步裂解,产生m/zm/z 78 78,5252或或 6666,4040的峰。的峰。3.3.开裂和氢的重排开裂和氢的重排 取代苯也能发生取代苯也能发生裂解,产生苯
8、离子,进一步裂解裂解,产生苯离子,进一步裂解成环丙烯离子和环丁二烯离子。成环丙烯离子和环丁二烯离子。4.4.逆狄尔斯逆狄尔斯阿尔德开裂及其它重排开裂阿尔德开裂及其它重排开裂 X、Y、Z可以是可以是C、O、N、S等。等。5.5.脱去乙炔分子的开裂脱去乙炔分子的开裂 由由 开裂生成的桌翁离子或开裂生成的桌翁离子或 开裂生成的苯离子等还能开裂生成的苯离子等还能继续裂解,脱去乙炔分子:继续裂解,脱去乙炔分子:三、醇、酚、醚醇、酚、醚 1.醇醇 1)分子离子峰弱或不出现。)分子离子峰弱或不出现。2)C-C 键的裂解生成键的裂解生成 3114 n 的含氧碎片离子峰。的含氧碎片离子峰。伯醇伯醇(CH2 OH
9、):3114 n;仲醇仲醇(CH3CH OH):4514 n;叔醇叔醇(CH3)2CH OH):5914 n 3)脱水:)脱水:M18 的峰。的峰。4)开链伯醇发生麦氏重排:失去烯、水;)开链伯醇发生麦氏重排:失去烯、水;M1828 的峰。的峰。5)小分子醇出现)小分子醇出现 M1 的峰。的峰。+质质谱谱图图中中低低荷荷质质比比区区出出现现m/z 31,45,59 等等含含氧氧碎碎片片峰峰,高高质质荷荷比比区区出出现现m3 的的双双峰峰,可可能能为为醇醇类类化化 合合 物物 的的(M-15)及及(M-18)峰峰,也也可可能能为为-甲甲基基仲仲醇醇,不不 排排 除除(M-15)为为 烃烃 基基
10、侧侧 链链CH3丢丢失失的的可可能能性性,这这可可由由m/z 31,45峰峰的的相相对对强强度来判断。度来判断。2.2.酚(或芳醇)酚(或芳醇)1 1)分子离子峰很强。苯酚的分子离子峰为基峰。)分子离子峰很强。苯酚的分子离子峰为基峰。2 2)MM1 1 峰。苯酚很弱,甲酚和苯甲醇的很强。峰。苯酚很弱,甲酚和苯甲醇的很强。3 3)酚、苄醇最主要的特征峰:)酚、苄醇最主要的特征峰:M28(CO)M29(CHO)3.3.醚醚 脂肪醚:脂肪醚:1)分子离子峰弱。易发生)分子离子峰弱。易发生 断裂形成羘离子,并进一步断裂形成羘离子,并进一步 重排。重排。2)裂解及碳裂解及碳-碳碳 键断裂,生成系列键断裂
11、,生成系列 CnH2n+1O 的的 含氧碎片峰。(含氧碎片峰。(31、45、59)3)由电荷中心引发的)由电荷中心引发的 i i 裂解,生成一系列裂解,生成一系列 CnH2n+1 碎片离子。(碎片离子。(29、43、57、71)芳香醚:芳香醚:1)分子离子峰较强。)分子离子峰较强。2)裂解方式与脂肪醚类似,可见)裂解方式与脂肪醚类似,可见 77、65、39 等苯的特等苯的特 征碎片离子峰。征碎片离子峰。下图为邻、对二甲氧基苯的质谱。取代基位置不同,裂解方式下图为邻、对二甲氧基苯的质谱。取代基位置不同,裂解方式有很大不同。邻位取代时有很大不同。邻位取代时MM+是基峰,对位取代时是基峰,对位取代时
12、(M-15)(M-15)是基是基峰,主要裂解方式如下:峰,主要裂解方式如下:四、硫醇、硫醚四、硫醇、硫醚 硫醇与硫醚的质谱与相应的醇和醚的质谱类似,但硫醇和硫醚硫醇与硫醚的质谱与相应的醇和醚的质谱类似,但硫醇和硫醚的分子离子峰比相应的醇和醚要强。的分子离子峰比相应的醇和醚要强。1.硫醇硫醇 1)分子离子峰较强。)分子离子峰较强。2)断裂,产生强的断裂,产生强的 CnH2n+1 S峰峰,出现含硫特征碎片离子峰。,出现含硫特征碎片离子峰。(47+14 n;47、61、75、89)3)出现()出现(M34)(SH2),(M33)(SH),33(HS+),34(H2S+)的峰。)的峰。2.2.硫醚硫醚
13、 1 1)硫醚的分子离子峰较相应的硫醇强。)硫醚的分子离子峰较相应的硫醇强。2 2)断裂、碳硫断裂、碳硫 键裂解生成键裂解生成 CnH2n+1S+系列系列含硫的碎片离子。含硫的碎片离子。五、胺类化合物五、胺类化合物1.脂肪胺脂肪胺1)分子离子峰很弱;往往不出现。)分子离子峰很弱;往往不出现。2)主要裂解方式为)主要裂解方式为 断裂和经过四元环过渡态的氢重排。断裂和经过四元环过渡态的氢重排。3)出现)出现 30、44、58、72系列系列 3014 n 的含氮特征碎片离子峰。的含氮特征碎片离子峰。2.芳胺芳胺 1)分子离子峰很强,基峰。)分子离子峰很强,基峰。2)杂原子控制的)杂原子控制的 断裂。
14、断裂。六、卤代烃六、卤代烃 脂肪族卤代烃的分子离子峰弱,芳香族卤代烃的分子离子脂肪族卤代烃的分子离子峰弱,芳香族卤代烃的分子离子峰强。峰强。分子离子峰的相对强度随分子离子峰的相对强度随 F、Cl、Br、I 的顺序依次增大。的顺序依次增大。1)断裂产生符合通式断裂产生符合通式 CnH2nX+的离子的离子 2)断裂,生成断裂,生成(MX)+的离子的离子 注意:注意:可见可见(MX)+,(MHX)+,X+,CnH2n,CnH2n+1 系列峰。系列峰。19 F 的存在由的存在由(M19),(M20)碎片离子峰来判断。碎片离子峰来判断。127 I 的存在由的存在由(M127),m/z 127 等碎片离子
15、峰来判断。等碎片离子峰来判断。Cl、Br 原子的存在及数目由其同位素峰簇的相对强度来判断。原子的存在及数目由其同位素峰簇的相对强度来判断。3)含)含 Cl、Br 的直链卤化物易发生重排反应,形成符合的直链卤化物易发生重排反应,形成符合 CnH2nX+通式的离子通式的离子七、羰基化合物七、羰基化合物 1.醛醛 脂肪醛:脂肪醛:1)分子离子峰明显。)分子离子峰明显。2)裂解生成裂解生成(M-1)(-H.),(M-29)(-CHO)和强的和强的 m/z 29(HCO+)的离子峰;同时伴随有的离子峰;同时伴随有 m/z 43、57、71烃类的特征碎片峰。烃类的特征碎片峰。3)-氢重排,生成氢重排,生成
16、 m/z 44(4414n)的峰。)的峰。芳醛:芳醛:1)分子离子峰很强。)分子离子峰很强。2)M1 峰很明显。峰很明显。2.酮酮 1)酮类化合物分子离子峰较强。酮类化合物分子离子峰较强。2)裂解(优先失去大基团)裂解(优先失去大基团)烷系列:烷系列:2914 n 3)-氢重排氢重排 酮的特征峰酮的特征峰 m/z 58 或或 5814 n 3.羧酸类羧酸类 脂肪酸:脂肪酸:1)分子离子峰很弱。)分子离子峰很弱。2)裂解裂解 出现出现(M17)(OH),(M45)(COOH),m/z 45 的峰及烃类系列碎片峰。的峰及烃类系列碎片峰。3)-氢重排氢重排 羧酸特征离子峰羧酸特征离子峰 m/z 60
17、(6014 n)4)含氧的碎片峰)含氧的碎片峰(45、59、73)芳酸:芳酸:1)分子离子峰较强。)分子离子峰较强。2)邻位取代羧酸会有)邻位取代羧酸会有 M18(H2O)峰。)峰。4.酯类化合物酯类化合物 1)分子离子峰较弱,但可以看到。)分子离子峰较弱,但可以看到。2)裂解,强峰裂解,强峰 (MOR)的峰)的峰,判断酯的类型;(,判断酯的类型;(3114 n)(MR)的峰,)的峰,2914 n;5914 n 3)麦氏重排,产生的峰:)麦氏重排,产生的峰:7414 n 4)乙酯以上的酯可以发生双氢重排,生成的峰:)乙酯以上的酯可以发生双氢重排,生成的峰:6114 n 八、酰胺类化合物八、酰胺
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