Расшифровка масс-спектра: пошаговое решение

Хорошо, давайте расшифруем масс-спектр, представленный на изображении. Масс-спектр показывает отношение массы к заряду (m/z) и относительную интенсивность ионов. Самый интенсивный пик (базовый пик) принимается за 100%. Для расшифровки масс-спектра нам нужно найти молекулярный ион (если он присутствует) и характерные фрагменты. 1. **Определение молекулярного иона (M⁺):** Молекулярный ион обычно является пиком с наибольшим значением m/z, если он достаточно стабилен. В данном спектре самый большой m/z, для которого указана интенсивность, это 97.0 с интенсивностью 3.8. Однако, базовый пик (100% интенсивности) находится при m/z = 67.0. Это может указывать на то, что молекулярный ион нестабилен и легко фрагментируется. Если 97.0 является молекулярным ионом, то его масса равна 97 а.е.м. 2. **Анализ фрагментов:** Давайте рассмотрим основные пики и их возможные фрагменты: * **m/z = 97.0 (3.8%)**: Предположительно, молекулярный ион (M⁺). * **m/z = 81.0 (10.9%)**: Это может быть фрагмент M - 16 (97 - 16 = 81), что соответствует потере группы -CH₄ или -O. Или M - 15 (потеря CH₃). * **m/z = 67.0 (100%)**: Это базовый пик. Он очень интенсивный, что указывает на образование очень стабильного иона. Разница между M⁺ (97) и 67 составляет 30 а.е.м. (97 - 67 = 30). Это может соответствовать потере C₂H₆ (2*12 + 6*1 = 30) или CH₂O (12 + 2 + 16 = 30) или C₂H₄ (2*12 + 4*1 = 28) + 2H. Пик 67 часто встречается в спектрах циклопентенильных катионов или других ароматических/ненасыщенных систем. * **m/z = 68.0 (6.2%)**: M+1 пик для 67, или другой фрагмент. * **m/z = 53.0 (15.4%)**: Разница с 67 составляет 14 а.е.м. (67 - 53 = 14), что соответствует потере CH₂. * **m/z = 41.0 (64.3%)**: Очень интенсивный пик. Разница с 67 составляет 26 а.е.м. (67 - 41 = 26), что соответствует потере C₂H₂ (ацетилен). Пик 41 часто соответствует аллильному катиону (C₃H₅⁺) или циклопропильному катиону. * **m/z = 39.0 (36.2%)**: Разница с 41 составляет 2 а.е.м. (41 - 39 = 2), что может быть потерей H₂. Пик 39 часто соответствует C₃H₃⁺ (пропаргильный катион или циклопропенильный катион). * **m/z = 27.0 (44.1%)**: Пик C₂H₃⁺. 3. **Предполагаемая структура:** Наличие пиков 67 (базовый), 41, 39, 27, а также 97 (молекулярный ион) указывает на ненасыщенное соединение, возможно, с циклической структурой. Масса 97 а.е.м. может соответствовать, например, формуле C₇H₁₃ (7*12 + 13*1 = 84 + 13 = 97) или C₆H₉O (6*12 + 9*1 + 16 = 72 + 9 + 16 = 97). Если это C₇H₁₃, то это алкен или циклоалкан с одной двойной связью. Если это C₆H₉O, то это может быть кетон, альдегид, спирт или эфир с ненасыщенными связями. Пик 67 (C₅H₇⁺) очень характерен для циклопентенильного катиона, который образуется при фрагментации циклопентенов или их производных. Если M⁺ = 97, а базовый пик 67, то потеря составляет 30 а.е.м. (97 - 67 = 30). Это может быть потеря C₂H₆. Например, если у нас есть метилциклопентан, его масса 84. Если это метилциклопентен, то масса 82. Если это циклопентилпропан, то масса 98. Если это циклопентилэтан, то масса 96. Давайте предположим, что молекулярный ион имеет массу 97. Если это C₇H₁₃, то это может быть, например, 1-метилциклогексен (M=96, не подходит), или 1-этилциклопентен (M=96, не подходит). Если это C₆H₉O, то это может быть, например, циклогексанон (M=98, не подходит). Рассмотрим потерю 30 а.е.м. (97 -> 67). Это может быть потеря C₂H₆. Если 67 - это циклопентенильный катион (C₅H₇⁺), то исходное соединение могло быть, например, 1-этилциклопентен (M=96) или 1-пропилциклопентен (M=110). Однако, если M⁺ = 97, то это нечетная масса, что указывает на наличие азота или нечетного числа атомов азота. Но в органической химии это также может быть радикал-катион. Давайте перепроверим возможные формулы для M=97. * C_xH_y: Если x=7, y=13, то C₇H₁₃. Это нечетное число водородов, что возможно для радикал-катиона. * C_xH_yO_z: Если z=1, то C₆H₉O. * C_xH_yN_z: Если z=1, то C₆H₁₁N. Учитывая интенсивный пик 67 (циклопентенильный катион) и 41 (аллильный катион), наиболее вероятно, что соединение содержит циклопентеновое кольцо или его производное. Если M⁺ = 97, и базовый пик 67, то потеря 30 а.е.м. Если 67 - это C₅H₇⁺, то 97 - это C₅H₇ + 30. 30 а.е.м. может быть C₂H₆. Тогда молекулярный ион C₇H₁₃⁺. Пример: 1-этилциклопентен. Его масса 96. Пример: 1-пропилциклопентен. Его масса 110. Давайте предположим, что 97 - это M⁺. Потеря 30 а.е.м. (C₂H₆) от 97 до 67. Это может быть, например, 1-этилциклопентен, который теряет этильную группу (C₂H₅, 29 а.е.м.) и водород (1 а.е.м.) или метильную группу (CH₃, 15 а.е.м.) и CH₃ (15 а.е.м.). Рассмотрим другой вариант: 97 - это M⁺, и это нечетная масса. Если это C₆H₉O, то это может быть, например, 2-циклопентенон (M=82, не подходит). Если это C₆H₁₁N, то это может быть, например, циклогексиламин (M=99, не подходит). Наиболее вероятным является соединение, которое при фрагментации дает стабильный циклопентенильный катион (m/z 67). Если M⁺ = 97, то это может быть, например, 1-метил-1-циклогексен (M=96, не подходит). Давайте еще раз посмотрим на пики: * 97 (M⁺) * 81 (M - 16, потеря CH₄ или O) * 67 (базовый пик, M - 30) - циклопентенильный катион C₅H₇⁺ * 53 (67 - 14, потеря CH₂) - C₄H₅⁺ * 41 (67 - 26, потеря C₂H₂) - аллильный катион C₃H₅⁺ * 39 (41 - 2, потеря H₂) - C₃H₃⁺ * 27 (C₂H₃⁺) Если M⁺ = 97, и мы имеем C₅H₇⁺ (67) как базовый пик, то потеря 30 а.е.м. Это может быть, например, 1-пропилциклопентен, но его масса 110. Если это 1-этилциклопентен, его масса 96. Возможно, молекулярный ион не 97, а 67, и это очень стабильный ион. Но тогда 97 - это что? Это может быть M+30, что маловероятно. Давайте предположим, что 97 - это M⁺. Если это C₇H₁₃, то это может быть, например, 1-этил-1-циклопентен (M=96, не подходит). Если это 1-пропилциклопентен, то M=110. Рассмотрим изомеры с массой 97. Например, 1-метил-1-циклогексен имеет массу 96. Если это соединение с кислородом, например, C₆H₉O. Например, 2-циклогексенон имеет массу 96. Давайте еще раз внимательно посмотрим на данные. Пик 97.0 имеет интенсивность 3.8%. Пик 67.0 имеет интенсивность 100%. Если 97.0 - это молекулярный ион, то это соединение с нечетной массой. Это может быть радикал-катион, или соединение с нечетным числом атомов азота. Если это C₇H₁₃, то это может быть, например, радикал-катион. Если это C₆H₉O, то это может быть, например, радикал-катион. Учитывая, что 67 является базовым пиком, это очень стабильный фрагмент. C₅H₇⁺ (67) - циклопентенильный катион. C₃H₅⁺ (41) - аллильный катион. C₃H₃⁺ (39) - пропаргильный катион. Эти фрагменты характерны для соединений, содержащих ненасыщенные циклические или разветвленные структуры. Если M⁺ = 97, и мы видим потерю 30 а.е.м. до 67, то это может быть потеря C₂H₆. Например, если у нас есть соединение, которое содержит этильную группу, и при ее отщеплении образуется циклопентенильный катион. Но тогда M⁺ должно быть 97. Давайте предположим, что 97 - это M⁺. Возможно, это 1-этил-1-циклопентен, но его масса 96. Если это 1-пропилциклопентен, его масса 110. Рассмотрим возможность, что 97 - это не M⁺, а M+1 пик для M=96. Если M=96, то M+1 = 97. Если M=96, то это может быть, например, 1-этилциклопентен. 1-этилциклопентен (C₇H₁₂) имеет массу 96. Тогда M⁺ = 96. Пик 97.0 (3.8%) может быть M+1 пиком. Если M=96, то M+1 = 97. Тогда потеря 29 а.е.м. (этильная группа C₂H₅) от 96 до 67. 96 - 29 = 67. Это очень правдоподобно! Итак, если M⁺ = 96 (1-этилциклопентен): * **M⁺ = 96 (не показан явно, но подразумевается, что 97 - это M+1)** * **m/z = 97.0 (3.8%)**: M+1 пик. * **m/z = 81.0 (10.9%)**: M - 15 (потеря CH₃). 96 - 15 = 81. Это возможно, если происходит перегруппировка или отщепление метильной группы. * **m/z = 67.0 (100%)**: Базовый пик. M - 29 (потеря этильной группы C₂H₅). 96 - 29 = 67. Это циклопентенильный катион (C₅H₇⁺), который очень стабилен. * **m/z = 53.0 (15.4%)**: 67 - 14 (потеря CH₂). * **m/z = 41.0 (64.3%)**: 67 - 26 (потеря C₂H₂). Аллильный катион (C₃H₅⁺). * **m/z = 39.0 (36.2%)**: 41 - 2 (потеря H₂). Пропаргильный катион (C₃H₃⁺). * **m/z = 27.0 (44.1%)**: C₂H₃⁺. Эта интерпретация хорошо согласуется с наблюдаемыми пиками. **Вывод:** Наиболее вероятно, что анализируемое соединение - это **1-этилциклопентен**. **Расшифровка масс-спектра:** 1. **Молекулярный ион (M⁺):** Предполагается, что M⁺ = 96 а.е.м. (соответствует 1-этилциклопентену, C₇H₁₂). Пик с m/z = 97.0 (3.8%) является M+1 пиком, что характерно для соединений с углеродом. 2. **Базовый пик:** m/z = 67.0 (100%). Этот пик образуется в результате отщепления этильной группы (C₂H₅, масса 29 а.е.м.) от молекулярного иона: \(M^+ - C_2H_5 = 96 - 29 = 67\). Ион с m/z = 67.0 соответствует стабильному циклопентенильному катиону (C₅H₇⁺). 3. **Основные фрагменты:** * **m/z = 81.0 (10.9%)**: Вероятно, образуется в результате потери метильной группы (CH₃, масса 15 а.е.м.) от молеку