当前课程知识点:有机化学(下) > 第八章 有机波谱学基础 > 8.4.7 质谱的解析 > 质谱的解析
大家好
这节课中 我们将学习质谱的解析
本节内容包括分子式和分子结构的确认
案例分析以及质谱解析步骤四个方面
通常 分子式确定后
就可以确定有机物的分子结构
因此 我们首先讲述分子式的确认
确定测定有机物结构的第一步工作
就是测定它的相对分子质量和分子式
几乎有75%的用质谱法研究的有机化合物中
可以直接由谱图读出其相对分子质量
也即从分子离子峰的质荷比
来得到相对分子质量
从质谱中确定分子式主要有两种方法
高分辨质谱法和同位素峰相对强度法
高分辨质谱法
是应用高分辨率质谱仪直接提供分子式
如果化合物的分子量可以精确地测量
那么每种元素中的原子数
就可以很容易地用计算机计算出来
目前傅里叶变换聚焦和飞行时间质谱仪等
都可以给出化合物的元素组成信息
对于同位素峰相对强度法
确定分子离子峰和同位素离子峰非常重要
但是有时分子离子峰非常难以确定
比如说 由于分子离子峰的不稳定性
或者说在质谱中根本没有分子离子峰
比如说分子离子峰一产生
分子离子就与其他的离子或分子相碰撞而结合
变为质量数更高的络合离子
在这种情况下
我们需要注意M+1的峰或M-1的峰
有一些化合物分子离子峰确实不明显
但是有明显的M+1的峰或M-1的峰
比如说在醚 酯 胺 酰胺等化合物中
这时候 测定完分子量之后
找出主要的离子峰
记录这些离子的质荷比和相对强度
然后计算化合物中的碳 氧 氮的个数
计算不饱和度 最后来确定分子式
当分子式确定之后
需用三个标准来核实
第一个是价键理论 第二个是氮规则
以及第三 不饱和度必须为整数
质谱的第二个重要应用是
确定分子结构
一般来说 化合物可能的分子结构
可以从其质谱图中三种类型的离子峰推断出来
第一种中性碎片 第二种离子系列
那如何根据中性碎片来推测其结构呢
在质谱图中高质量数区的一端
如此图所示
除M+·峰外
常出现由M+失去某些小基团的碎片峰
如M-15的峰
很可能是分子离子失去一个甲基产生的
M-29的峰
有可能是因为分子离子失去了一个乙基产生的
从这些碎片的信息中
我们可以推断出有机化合物可能的结构
那如何根据离子系列来推测化合物的结构呢
因为不同类型的化合物具有不同的离子系列
比如烷烃有质荷比为29 43
57 71等的离子系列
烯烃有质荷比为27 41 55 69
等的离子系列
其他化合物也具有其特定的离子系列
因此我们可以根据这些离子系列
来推测化合物的结构
我们还可以根据特征离子来推测化合物结构
因为只有特定的化合物
特定基团以及特定的原子排列顺序
才能产生特征的离子
大部分特征离子的生成机理
在有机化合物的裂解反应中已经介绍
因此
因此我们可根据特征离子
来推测化合物中存在的特定基团
和特定原子的排列顺序
比如说 对于质荷比为43的峰
它可以是乙酰基也可以是丙基
对于质荷比为91的峰 可能是苄基产生的
这张表总结了常见的结构相应的特征离子
我们在做质谱解析时 可以作为参考
我们接下来看常见特征的丢失是什么情况呢
M-15很可能是失去甲基产生的
M-18很可能是失去水产生的
此表格中了总结了由于失去基团产生的特征峰
这些对今后的质谱的解析非常有帮助
接下来 我们用两个例子来讲述
用质谱图确定分子结构的过程
第一个例子
一种分子式为C₅H₈O₂的化合物
尝试从其质谱图中鉴定该化合物的结构
从其质谱图我们可以看出 有几个明显的峰
分别在质荷比为15 39 43和58处
与其他的波谱分析的方法第一步一样
我们需要首先来计算该化合物的不饱和度
不饱和度为5-8/2+1等于2
那可以推测其中有两个氧原子
它可能是酯或者羧酸
从不同的片段
可以推测它是乙酸烯丙酯
通过此图来了解它的裂解过程
通过α-裂解和Ⅰ-裂解
可以产生43和57的片段
而产生的其他的碎片正是从质谱中检测到的
因此 该化合物为乙酸烯丙酯
实际上
单独看质谱图是无法得到准确的分子结构的
一般是和其他谱图来结合分析
我们来看例二
某化合物C₄H₈O₂
根据红外谱图和质谱图来解析此化合物的结构
我们要怎样开始呢
我们首先来分析其红外光谱
红外光谱在
2985cm⁻¹
1726cm⁻¹
1377cm⁻¹
1191cm⁻¹等处有几个明显的峰
这些峰是怎样产生的呢
让我们先来计算其不饱和度
不饱和度是1
所以 化合物中可能存在羰基
接下来 我们将确定每个峰的归属
2985cm⁻¹来自于饱和烃的伸缩振动
1726cm⁻¹来自羰基的伸缩振动
1474cm⁻¹来自饱和烃的变形振动
1377cm⁻¹来自甲基的对称变形振动
1191cm⁻¹和1105cm⁻¹来
自C-O-C的伸缩振动
根据红外光谱的信息
那可能的化合物结构为甲酸异丙酯
接下来 我们看一下它的质谱分析
质荷比为88对应的是分子离子峰
质荷比为73 是M-15的峰
也即失去一个甲基所得的峰
质荷比为59 是M-29的峰
也即失去一个醛基所得的峰
质荷比为45 是来自羧基
质荷比为43 来自异丙基
质谱图核实了此化合物为甲酸异丙酯
那这个物质的裂解过程如此图所示
总的来说 质谱的解析过程可以总结如下
首先先确认其分子离子峰
接着确认分子式 计算不饱和度
接下来研究低质量的离子系列
来推测化合物类型
接着从从小的中性丢失来推断其所含的官能团
然后寻找特征离子 获取结构上的信息
根据亚稳离子的质量判断裂解过程
判断生成基峰和其它主要离子峰的裂解类型
最后 将已知碎片组合 搭建分子构架
复原结构 确证分子结构
对于完全未知的有机化合物
质谱主要提供相对分子质量和分子式的信息
质谱的学习到这里就结束了
更多的信息可以从前面提到的参考书中找到
有机物的结构不能仅用质谱来推断
而应与其它谱图相结合
通过综合的信息
可以得到有机物的准确的结构
我们将在下一节学习综合图谱的解析
谢谢大家
-8.1.1 紫外光谱的基本原理
--紫外光谱的基本原理
-8.1.2 紫外光谱与分子结构
--紫外光谱与分子结构
-8.1.3 紫外吸收波长影响因素
--紫外吸收波长影响因素
-8.1.4 最大吸收波长计算(一)
--最大吸收波长的计算(一)
-8.1.5最大吸收波长计算(二)
--最大吸收波长计算(二)
-8.1.6 紫外光谱的应用
--紫外光谱的应用
--紫外光谱的应用
-8.2.1 红外光谱的简介
--红外光谱简介
--红外光谱简介简介
-8.2.2 分子结构与红外光谱特征的吸收频率
--分子结构和红外光谱的特征频率
-8.2.3常见有机化合物的红外光谱图(一)
--烃及卤代烃红外光谱
-8.2.4 常见有机化合物的红外光谱图(二)
--含氧氮有机物红外光谱
-8.2.5 红外光谱应用
--红外光谱的应用
--红外光谱的应用
-8.3.1.1 核磁共振谱的基本原理
--核磁共振谱基本原理
-8.3.1.2 化学位移
--化学位移
--化学位移
-8.3.1.3 自旋耦合和自旋裂分
--自旋耦合和自旋裂分
-8.3.1.4 核磁共振氢谱的解析
--氢核磁谱图的解析
--氢核磁共振谱解析
-8.3.2.1 碳核磁共振谱(上)
--碳核磁共振谱上
--碳核磁共振谱(上)
-8.3.2.2 碳核磁共振谱(下)
--碳核磁共振谱下
--碳核磁谱(下)
-8.3.3.1 二维核磁谱图(一)
--二维核磁谱图(一)
-8.3.3.2 二维核磁谱图(二)
--二维核磁谱图(二)
-8.4.1 质谱简介
--质谱简介
--质谱简介练习题
-8.4.2 有机质谱中的主要离子类型
--有机质谱中的主要离子类型练习题
-8.4.3 有机质谱中的裂解和重排
--有机质谱中的裂解和重排习题
-8.4.4 常见有机化合物的质谱特征(一)
--烃类的质谱特征练习题
-8.4.5 常见有机化合物的质谱特征(二)
--含氧化合物,醚和酮的质谱特征练习题
-8.4.6 常见有机化合物的质谱特征(三)
--醛,羧酸及杂原子有机物的质谱特征练习题
-8.4.7 质谱的解析
--质谱的解析
--质谱解析练习题
-8.5.1 单一谱图解析
--单一谱图解析
--单一谱图解析主观题
--单一谱图解析
-8.5.2 综合谱图解析
--综合谱图解析
--综合谱图解析主观题
--综合谱图解析客观题
-9.1.1 醇的命名和结构
--醇的命名和结构
--醇的结构和命名
-9.1.2 醇的制备
--醇的制备
--醇的制备
-9.1.3 醇的性质(一)
--醇的性质(一)
--醇的性质(一)
-9.1.4 醇的性质(二)
--醇的性质(二)
--醇的性质(二)
-9.1.5 醚的命名和制备
--醚的命名和制备
--醚的命名和制备
-9.1.6 醚的性质
--醚的性质
--醚的性质
-9.2.1 酚的命名、结构
--酚的命名、结构
--酚的命名和结构
-9.2.2酚的制备和物理性质
--酚的制备和物理性质
-9.2.3 酚的化学性质(一)
--酚的化学性质(一)
-9.2.4 酚的化学性质(二)
--酚的化学性质(二)
-9.3.1 醛酮的命名和结构
--醛酮的结构和命名
--醛酮的命名和结构
-9.3.2 醛酮的制备
--醛酮的制备
--醛酮的制备
-9.3.3 醛酮的性质(一)
--醛酮的性质(一)
--醛酮的性质(一)
-9.3.4 醛酮的性质(二)
--醛酮的性质(二)
--醛酮的性质(二)
-9.3.5 醛酮的性质(三)
--醛酮的性质(三)
--醛酮的化学性质(三)
-9.4.1 羧酸及其衍生物的结构、命名
--羧酸及其衍生物的结构、命名
-9.4.2 羧酸的制备
--羧酸的制备
--羧酸的制备
-9.4.3 羧酸衍生物制备及物理性质
--羧酸衍生物制备及物理性质
-9.4.4 羧酸的性质(一)
--羧酸的性质(一)
--羧酸的性质(一)
-9.4.5 羧酸的性质(二)
--羧酸的性质(二)
--羧酸的性质(二)
-9.4.6 羟基羧酸的制备及性质
--羟基羧酸的制备及性质
-9.4.7 羧酸衍生物的性质(一)
--羧酸衍生物的性质(一)
-9.4.8 羧酸衍生物的性质(二)
--羧酸衍生物的性质(二)
-9.5.1 β-二羰基化合物
--β-二羰基化合物
--β-二羰基化合物
-9.5.2 克莱森酯缩合及其在有机合成中的应用
--克莱森酯缩合及其在有机合成中的应用
-9.5.3 乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用
--乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用
-9.5.4 麦克尔加成
--麦克尔加成
--麦克尔加成
-10.1 硝基化合物的结构和命名
--硝基化合物的结构和命名
-10.2 硝基化合物的化学性质
--硝基化合物的化学性质
-10.3 胺的结构和命名
--胺的结构和命名
--胺的结构和命名
-10.4 胺的制备
--胺的制备方法
--胺的制备
-10.5 胺的化学性质(一)
--胺的化学性质(一)
-10.6 胺的化学性质(二)
--胺的化学性质(二)
-10.7 季铵盐和季铵碱
--季铵盐和季铵碱
--季铵盐和季铵碱
-10.8 腈和异腈
--腈和异腈
--腈和异腈
-10.9 重氮盐的性质(一)
--重氮盐的性质(一)
-10.10 重氮盐的性质(二)
--重氮盐的性质(二)
-11.1 杂环化合物的分类和命名
--杂环化合物的分类和命名
-11.2 杂环化合物的结构
--杂环化合物的结构
--杂环化合物的结构
-11.3 五元杂环化合物的性质
--五元杂环化合物的性质
-11.4 六元杂环化合物的性质
--六元杂环化合物的性质
-11.5 稠杂环化合物
--稠杂环化合物
--稠杂环化合物
-12.1 有机合成的任务
--有机合成的任务
--有机合成的任务
-12.2 有机合成路线的设计
--有机合成路线的设计
-12.3 药物合成案例
--药物合成案例
--药物合成案例
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