Решение: Определение брутто-формулы по изотопным пикам (129, 130, 131)

Для определения брутто-формулы органического соединения по данным масс-спектрометрии воспользуемся анализом интенсивностей изотопных пиков. Дано: Пик молекулярного иона \( M = 129 \) (интенсивность 100,0%) Пик \( M+1 = 130 \) (интенсивность 10,3%) Пик \( M+2 = 131 \) (интенсивность 0,5%) Решение: 1. Определение количества атомов углерода (n). Основной вклад в интенсивность пика \( M+1 \) вносит изотоп \( ^{13}C \). Содержание этого изотопа в природе составляет примерно 1,1% на один атом углерода. Количество атомов углерода можно вычислить по формуле: \[ n(C) = \frac{I(M+1)}{0,011 \cdot I(M)} \] Подставим значения: \[ n(C) = \frac{10,3}{0,011 \cdot 100} = \frac{10,3}{1,1} \approx 9,36 \] Округляем до ближайшего целого числа: \( n(C) = 9 \). 2. Проверка на наличие азота. Масса молекулярного иона \( M = 129 \) — нечетное число. Согласно "азотному правилу", если молекулярная масса нечетная, то соединение содержит нечетное количество атомов азота (1, 3 и т.д.). 3. Расчет остаточной массы. Вычтем массу 9 атомов углерода из общей массы: \[ 129 - (9 \cdot 12) = 129 - 108 = 21 \] В остаток 21 единица массы должны входить атомы водорода и, вероятно, один атом азота (так как масса нечетная). Если в молекуле есть 1 атом азота (масса 14): \[ 21 - 14 = 7 \] Следовательно, в молекуле остается 7 атомов водорода. 4. Проверка по пику M+2. Интенсивность пика \( M+2 \) (0,5%) очень мала. Это говорит о том, что в соединении отсутствуют такие элементы, как хлор, бром или сера, которые дают значительный вклад в \( M+2 \). Для 9 атомов углерода теоретический вклад в \( M+2 \) рассчитывается как: \[ I(M+2) \approx \frac{(1,1 \cdot n)^2}{200} = \frac{(1,1 \cdot 9)^2}{200} = \frac{98,01}{200} \approx 0,49\% \] Это практически совпадает с экспериментальным значением 0,5%. 5. Формирование итоговой формулы. Количество атомов: C = 9, N = 1, H = 7. Проверим массу: \( 9 \cdot 12 + 1 \cdot 14 + 7 \cdot 1 = 108 + 14 + 7 = 129 \). Формула соответствует хинолину или изохинолину. Ответ: Брутто-формула соединения \( C_9H_7N \).