第4章 重要有机物的质谱图及裂解规律-4ppt课件

.,第四章质谱分析,质谱图与结构解析（有机化合物的裂解规律）,.,一、饱和烷烃的质谱图,（1）直链烷烃的质谱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57后强度逐渐减弱。直链烷烃篱笆离子的峰顶联结起来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。,.,.,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/z=28、42、56、70、84、98一系列弱峰是由H转移重排成的.还有一系列CnH2n-1的碎片峰是有CnH2n+1脱去一个H2中性分子而形成的，可有亚稳离子得到证实：m/z29H2=27，m*=25.14m/z43H2=41，m*=39.09,.,（2）支链烷烃质谱的特征,分子离子峰的强度比直链烷烃的弱，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，以丢失最大烃基为最稳定。,.,.,m/z=71（M-C5H11）、m/z=85（M-C4H9）、m/z=113（M-C2H5）、m/z=127（M-CH3）。其中m/z=71的峰最强，因为它是M+.丢失最大的烃基形成的，可根据这些特征峰来确定分子中支链的位置。在质谱图中若有m/z=15、M-15的峰，则表明结构中存在甲基支链。,.,二、烯烃,分子离子比烷烃强；容易发生-裂解得到m/z41+14n的峰；单烯的-断裂得到CnH2n-1的峰即m/z27、41、55、69、83即2714n一系列的峰。,.,.,环烯烃容易发生反狄-阿裂解烯烃含C和H发生麦氏重排形成偶质量数的CnH2n正离子的峰,.,三、芳香族化合物,芳烃质谱的特征：分子离子峰较强，苯的分子离子峰m/z78是基峰。稠环化合物的分子离子峰是基峰。萘的（M+.）m/z128就是基峰。碎片少，具有苯环指纹的一系列特征峰m/z39、50、51、52、53、63、65、76、77和78等弱峰。烷基苯以-断裂最为重要，产生稳定的鎓离子m/z91是基峰直链烷基取代苯中R3,即具有C,H时发生麦氏重排,形成m/z92的峰.烷基苯的-裂解产生m/z77的苯基离子（C6H5+）峰，单取代苯环化合物的H重排还可以形成m/z78的（C6H6+.）离子峰。,.,.,举例,以丁苯的各种裂解为例，说明苯环化合物断裂规律及其质谱图的特征：,C,H,2,C,3,H,7,C,4,H,9,C,H,3,C,H,H,2,C,C,H,2,H,C,H,3,C,H,C,H,2,H,2,C,m,/,z,9,1,m,/,z,1,3,4,m,/,z,1,3,4,m,/,z,9,2,扩,环,C,H,C,H,C,H,C,H,C,3,H,3,C,4,H,9,C,H,C,H,m,/,z,9,1,m,/,z,7,7,m,/,z,6,5,m,/,z,3,9,m,/,z,5,1,.,四、醇类,(1)脂肪醇分子离子峰很弱，往往观察不到，在判断醇类的分子离子峰时要谨慎。长链醇可发生-、-、-、-裂解-断裂是醇类的主要裂解，质谱图中的主要碎片几乎都是-断裂产生的。伯醇-正丁醇有两种-裂解，丢失H（M1）和自由基。,.,伯醇-断裂形成稳定的m/z31的离子是基峰。,.,仲醇-2-丁醇的三种-断裂（括号中数字为相对丰度）：仲醇-断裂也是丢失H自由基或R自由基得到4514n的峰，以丢失最大的烃基为最稳定。,.,叔醇-叔丁醇也有三种-断裂，因为叔醇不含H故只丢失R自由基,对叔丁醇而言每种-断裂丢失的R自由基是相同的，得到m/z59的强峰，其他叔醇可产生m/z5914n的峰。,.,醇类除了能丢失H的-断裂外，还有丢失2和3个氢的可能，有M-2，M-3的峰：醇易失去一个分子水，并伴随失去一分子乙烯，生成（M-18）+和（M-46）+峰。,.,M-18,M-46,.,M=102,.,M=88,.,M=74,.,M=100,.,（2）芳香醇,苯甲醇的裂解：,C,H,2,O,H,C,H,2,O,H,H,2,C,H,O,H,C,O,m,/,z,9,1,m,/,z,1,0,8,m,/,z,1,0,6,m,/,z,1,0,5,扩,环,m,/,z,9,1,扩,环,m,/,z,1,0,7,H,O,H,C,O,H,H,m,/,z,7,9,H,2,m,/,z,7,7,C,H,O,.,苯甲醇和酚的分子离子峰很强，后者是基峰，这一点与脂肪醇正相反。苯甲醇中M-1峰很强，是因为生成了稳定的羟基鎓离子m/z107；苄醇也有M-2，M-3的峰，强度较弱，苯酚的M-1是弱峰。酚的裂解如下：,.,苯甲醇和酚的特征裂解都有经过H转移丢失CO产生M-28的峰，还有丢失CHO基团的M-29的峰。苯甲醇有M-（CHO），即m/z79的峰是基峰。酚有M-28（m/z66）和M-29（m/z65）的弱峰。,.,五、醚类,（1）脂肪醚脂肪醚的分子离子不稳定是弱峰，主要裂解方式是-断裂，生成较强的含氧碎片子m/z45、59、73、87。若含氧碎片离子上保留的烷基大于甲基，会进一步发生四元环过渡重排，如保留的烷基大于乙基时，还可以发生麦氏重排。电荷中心引发的i断裂,.,-断裂碎片离子四元环过渡态重排碎片离子麦氏重排,.,脂醚的断裂最多可有六种，例如：乙基异丁基醚,.,脂醚i-断裂时CO键断裂产生OR自由基及烷基正离子。长链醚的质谱与烷烃相似。,+,.,(2)芳醚,芳醚的分子离子峰较强；苯甲醚的-裂解形成m/z93碎片很容易脱去CO产生稳定的m/z65的离子（出现相应的亚稳离子）H重排转移丢失H2C=O子，得到m/z78的峰，再丢失H自由基产生m/z77的苯基离子，苯甲醚直接丢失CH3O自由基也形成苯基离子。,.,芳醚有C、H时发生重排：苯乙醚中m/z94的峰就是基峰，可根据m/z94峰的存在判断芳醚上烷基是一个碳还是两个或两个以上的碳。,.,.,六、羰基化合物,（1）醛脂肪醛的分子离子峰较明显，大于C4的脂肪醛分子离子峰强度明显递减。芳香醛的分子离子峰更稳定。醛的-断裂：,.,-断裂得到的M-1峰是醛（芳醛和脂醛）的特征峰，有一定的强度，有时比分子离子峰还强。苯甲醛的M-1离子继续丢失CO后形成m/z77的苯基离子，再丢失CHCH得到m/z51的离子。这些丢失都是由亚稳离子得到证实。脂醛的2-断裂丢失一个R自由基，形成m/z29的R+离子峰是强峰，在C1C3的醛中是基峰。碳链增长，i-断裂丢失的是CHO自由基，形成M-29的R+离子峰。在丁醛或更高级醛中有m/z29的离子峰，它不是醛基（-CHO）的峰，而是乙基（C2H5+）离子的峰。,.,C4以上的醛发生麦氏重排，C上无支链时可得到m/z44的离子峰是基峰，表明高级脂肪醛的麦氏重排裂解是主要的。可根据麦氏重排后的碎片峰判断C上的支链大小。,.,（2）酮,酮的断裂与醛相似，重要的是-断裂，酮羰基（C=O）两侧都可以发生，遵守丢失最大烃基规则。酮类有明显的分子离子峰m/z58（C3）72（C4）86（C5）及-断裂后形成的m/z43n14的峰都是重要的峰。-断裂后较大的酰基还可丢失中性分子CO得到烷基正离子。3-辛酮裂解途径如下：,.,酮羰基只要有CH就会发生麦氏重排，甲基长链酮的麦氏重排产生m/z58的离子。双长链酮（RC3可进行两次麦氏重排，只要C上无侧链，经过两次麦氏重排后也得到m/z58的离子。芳酮有明显的分子离子峰，比脂肪酮强；芳酮-断裂丢失中性分子CO形成m/z77的苯基离子。RC3的芳酮有麦氏重排，芳酮常有m/z120、105和77的离子,.,+.,.,（3）羧酸,脂肪酸的分子离子峰是中-弱峰，麦氏重排产生m/z60的离子是直链羧酸的特征离子-断裂丢失自由基形成m/z45的正离子。,.,短链羧酸能得到M-COOH即M-45的离子和M-17的离子；长链羧酸-断裂可产生正电荷在氧原子上的碎片（CnH2n+1O2）+，如m/z45、59、73、87的峰，和i-断裂形成的正电荷在烷基上的碎片离子m/z29、43、57、71、85的峰。芳香羧酸分子离子峰强，苯甲酸-断裂丢失OH基团后，再丢失中性分子CO得到m/z77的苯基离子。,.,.,.,.,（4）酯,酯可以发生-裂解丢失R或OR自由基产生m/z59n14和29n14的离子,.,与酯基氧原子相连的丙基也可发生-裂解：i-裂解通常形成的峰较弱，酯类可有三种i-裂解方式形成R+、R+和+OR离子。麦氏重排也是酯的重要裂解方式。乙酸酯麦氏重排可产生m/z60的离子，甲酯的麦氏重排可得到m/z74的离子；乙酯可形成m/z88的离子峰。,.,.,.,（5）胺类,脂肪胺的分子离子峰较弱，甚至不出现；-裂解是最重要的裂解方式，优先丢失最大烃基，最终获得m/z30n14的离子。仲、叔胺发生-断裂后形成带正电荷的碎片离子（EE+），常进一步发生H重排。有时叔胺的-断裂后经过两次氢重排最终产生m/z30CH2=+NH2离子峰，可见此峰并非伯胺所特有。,.,其他胺类和芳胺的裂解方式如下所示：,.,芳胺的分子离子峰是基峰，M1是中等强度的峰；特征裂解是丢失HCN，与苯酚丢失CHO基团类似。N-烷基芳胺RC2也发生-断裂,.,.,.,七、有机卤化物,含氯和溴的有机卤化物的特点是它们的同位素峰较强。含一个氯原子时M/M+2=3/1，含一个溴原子时M/M+2=1/1，它们的分子离子峰通常能观察到，芳香族卤化物的分子离子峰较强。卤化物的主要碎片有：M-R、M-X、M-H