质谱谱图解析

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4. 对较大未知物分子,应综合质谱等所取得的信息,列出可能结 构,再根据裂解规律筛选,最后用合成化合物的方法确定
有机化合物的质谱图千变万化,有些
化合物仅仅是取代基的位置不同,其质 谱图几有很大的差异,因此,解析未知 物质谱图很难有统一的格式,要灵活运 用可能取得的结构信息和知识
二、实例
例1
1. 最高峰A峰m/z 126(偶数),与碎片峰m/z 95(奇数)相差31u, 是失去合理中性物,据此判断m/z 126为分子离子峰
1. 未知物谱图中质量数最高的峰是m/z162(偶数),大多数碎片离子峰的m/z为奇 数;m/z 162与m/z 134相差28u,为失去合理中间体,因此认定m/z 162为分子 离子峰
2. 分子离子峰为偶数,大多数碎片峰为奇数,未知物不含N
3. 由m/z 162离子的相对丰度推算未知物分子含9-10个C
• (4)研究高质量端离子峰。质谱高质量端离子峰是由分子离子失
去碎片形成的。从分子离子失去的碎片,可以确定化合物中含 有哪些取代基。常见的离子失去碎片的情况有:
M-15(CH3)
M-16(O,NH2) M-17(OH,NH3)
M-18(H2O)
M-19(F)
M-26(C2H2)
M-27(HCN,C2H3) M-28(CO,C2H4) M-29(CHO,C2H5)
7. 未知物化学式比色酮和香豆素多了一个O,即多一个羟基
8. 天然的色酮及香豆素衍生物类化合物中,取代基多位于A环:
9. 由香豆素及色酮的质谱图可看到两者都发生消除反应,失去[CO],产生 [M-28]碎片离子,但只有色酮发生失去乙炔的消除反应,产生[M-26]碎片 离子,而香豆素不发生这种反应
10. 未知物的谱图中只有[M-28]的碎片峰(m/z 118),而没有[M-26]的 碎片峰(m/z 120),因此排除了羟基色酮的可能
4. 观察黄酮的质谱图,未知物比黄酮多两个氧,即多两个羟基,未知 物谱图中有[M-102]→m/z 152显著峰,因此,两个羟基在A环
答案: 未知物为5,7二羟基黄酮
附:
如果分子离子峰的同位素丰度的测量 值是准确的,那么由m/z 255及m/z 2 56离子的丰度也可推算出m/z 256离 子的可能元素组成
(一)应用质谱技术能获得的结构信息
1. 分子离子及其元素组成。可用电子电离,化学电离或其他软 电离技术获得分子量信息;用高分辨质谱技术或通过同位素丰度 可计算分子离子的元素组成,从而得到未知化学式
2. 碎片离子的元素组成,这些信息有助于排出未知物的可能化 学结构
3. 根据分子离子的元素组成可计算“环加双键值”。它可提供 分子骨架信息
7. 在谱图中有显著的离子峰m/z 91及m/z 105(C8H9),暗示分子含二 甲基苯基,未知物可能结构为:
8. m/z 115的元素组成为C6H11O2,环加双键值为1,即含一个环或双键。 根据以上结构,可推知它与m/z 105构成互补离子
9. m/z 105与m/z 115的丰度相当,即C6H11O2的电离能和二甲基苯基相 近,可推测其为三甲基取代1,3-二氧戊环。至此,可推测未知物可 能的结构为:
5. m/z 126与m/z 95相差31u,合理的解释是失去甲氧基,因此m/z 95 离子的元素组成为C5H3O2
6. m/z 95与m/z 67相差28u,可能失去C2H4或CO,因为m/z 95只含3个 氢,因此失去CO是正确的
7. 根据上述两点,未知物分子中应含COOCH3子结构,既甲酯
8. 可导出m/z 67组成为C4H3O,环加双键值为3。由于低于m/z 67的大 部分离子丰度较低,推测该离子为杂环,即呋喃环。由质谱库看出呋 喃有显著的m/z 39峰,未知物谱图有同样峰
以上结构很好的解释了有分子离子失去甲基产生丰度很高的峰,一 些重要碎片产生途径如下:
✓这离子说明了高分辨质谱数据及ห้องสมุดไป่ตู้学电离质谱数据对解析未知物谱图的重要

答案: 未知物为 2-(2,4二甲基苯基)-2,4, 5-三甲基-1,3-二氧戊环
例5
1. 未知物谱图中质量数最高的A峰是m/z 220(偶数),与m/z 205(奇数)相 差15u,为失去合理中性物,因此认为m/z 220为分子离子峰
例4
1. 未知物谱图中所有显著离子峰的m/z为奇数,判断谱图中没有出现分 子离子峰,用化学离子化方法得到未知物分子量为220,由高分辨质 谱数据得到m/z 105,m/z 115及m/z 133离子的元素组成
2. 由分子离子m/z 220,失去甲基得到碎片离子m/z 205,因为产生[M14]碎片是极不可能的,可由m/z 205同位素丰度推断未知物元素组 成
(二)推测分子结构
1. 在接收分析样品的时候,要充分了解样品来源。是天然产物的, 要了解提取方法;是合成样品的,要了解合成方法.还要了解 其他谱图的信息
2. 根据化学式,列出全部可能的结构,再根据离子裂解规律预测 可能产生的碎片离子和大致丰度,并对照排除不合理结构
3. 最后合成这些最为可能的侯选化合物,并将其谱图与未知物谱 图进行对比,才能最终确定未知物的结构
M-30(NO)
M-31(CH2OH,OCH3 M-32(S,CH3OH)
M-35(Cl)
M-42(CH2CO,CH2N2)
M-43(CH3CO,C3H7) M-44(CO2,CS2)
M-45(OC2H5,COOH) M-46(NO2,C2H5OH)
M-79(Br)
M-127(I)…
(5) 研究低质量端离子峰,寻找不同化合物断裂后生成的特征 离子和特征离子系列。例如,正构烷烃的特征离子系列为 m/z15、29、43、57、71等,烷基苯的特征离子系列为m/ z91、77、65、39等。根据特征离子系列可以推测化合物 类型。
4. 特征离子。可提供化合物类型信息
5. 离子系列。可提供官能团信息 6. 失去中性碎片。可提供官能团信息 7. 谱图中离子的m/z及丰度也包含结构信息 8. 对于不存在于谱图库的未知物,使用谱图库的检索往往也能
够取得有用的结构信息
质谱技术还能提供离子之间的亲缘关系,分子中的官能团, 与 化学衍生结合得到的特殊结构信息等其他信息
例2
1. 未知物质谱中最高峰A是m/z 101(奇数),与m/z 86(偶数)相差1 5u,为失去合理中性物,因此认定m/z 101为分子离子峰
2. 除m/z 101为奇数外,其余重要峰的m/z为偶数,因此未知物分子含 奇数N
3. 修正m/z 100对m/z 101的干扰后,归一化,得到正确的同位素丰度, 由此估算未知物含5~6个C
11. 羟基在香豆素A环上有4种可能位置,C5,C6,C7,C8,质谱无法 确定羟基的位置。碎片离子m/z 134是由分子离子m/z 162经消除反应, 失去CO而得到的
在实际工作中,首先是进行谱图库检索,往往可达到事半功倍的效果
答案: 未知物为7-羟基香豆素
例 11
这 是 一 张 由 植 物 中 提 取 的 一 种 成 分 的 质 谱 图 , 高 分 辨 率 质 谱 给 出 m/z 254离子的元素组成为C15H10O4
仪器分析
有机化合物的断裂规律
一、基本方法
谱图解释的一般方法: 一张化合物的质谱图包含有很多的信息,根据使用者的要求,
可以用来确定分子量、验证某种结构、确认某元素的存在,也可 以用来对完全未知的化合物进行结构鉴定。对于不同的情况解释 方法和侧重点不同。
质谱图一般的解释步骤如下:
(1)由质谱的高质量端确定分子离子峰,求出分子量,初步判断化 合物类型及是否含有Cl、Br、S等元素。 (2)根据分子离子峰的高分辨数据,给出化合物的组成式。 (3)由组成式计算化合物的不饱和度,即确定化合物中环和双键的 数目,计算不饱和度有助于判断化合物的结构。
(6) 通过上述各方面的研究,提出化合物的结构单元。再根 据化合物的分子量、分子式、样品来源、物理化学性质等, 提出一种或几种最可能的结构。必要时,可根据红外和核 磁数据得出最后结果。
(7)验证所得结果。验证的方法有:将所得结构式按质谱断裂 规律分解,看所得离子和所给未知物谱图是否一致;查该 化合物的标准质谱图,看是否与未知谱图相同;寻找标样, 做标样的质谱图,与未知物谱图比较等各种方法。
7. 化合物(2)能产生如右碎片: 化 合 物 ( 2 ) 能 产 生 较 强 m/z72 而在未知物的谱图中,m/z 72 峰的丰度很低,此外,化合物 (2)不易产生m/z 58的显著峰
8. 化合物(3)能产生以下碎片离子
由化合物(3)的结构,能够很好地解释未知物谱图中各个峰的生成途 径,因此,化合物(3)为未知物谱图最可能的答案
至此,可排出可能的结构为呋喃甲酸甲酯,但无法确定是哪个异构体。 这两个异构体都能产生谱图中的重要峰
若有高分辨质谱数据,即可直接获得m/z 67,m/z 95的元素组成,使 解析大为简化
最后,还要合成这两个异构体,再根据这两个异构体的质谱图和色谱 保留时间最终确定未知物结构
两种异构体产生谱图中重要峰的途径如下:
1. 未知物谱图中质量数最高的峰是m/z 254(偶数),与m/z 226相差28 u,为失去合理中性物,因此认定m/z 254为分子离子峰
2. 由m/z 254离子的元素组成C15H10O4计算其环加双键值为11 3. 分子离子峰为基峰环加双键值为11可产生[M-28]+显著碎片峰,具有
上述特征的化合物可能为黄酮类化合物
2. m/z 220为偶数,重要的碎片峰m/z 205,m/z 177,m/z 151为奇数,因 此未知物可能不含N
3. 由m/z220的同位素峰丰度,推算未知物结构式为C16H12O
4. m/z 220与m/z 205相差15u,即失去甲基。m/z 205与m/z 177相差2 8u,可能是CO,而失去乙酰基则生成,m/z 177碎片离子,由此可求 得m/z 177离子组成为C14H9
例 12
这是一张由植物中提取的一种成分的质谱图,应用化学电离技术获得分 子量为151,由同位素丰度得到该分子元素组成为C9H13NO
2. 除了分子离子峰m/z 126为偶数外,其余碎片峰(m/z)都是奇数, 因此未知物不含N
3. 根据分子离子峰的同位素丰度,未知物含有2-3个O及5-6个C,分子 量为126的合理化学式只有三个:C5H2O4,C6H6O3,C7H10O2,由以 上判断,最有可能的化学式为C6H6O3
4. 根据C6H6O3计算环加双键值为4
5. m/z 177和m/z 178的相对丰度也支持了这一元素组成,由C14H9计算 环加双键值为10。在未知物谱中,低于m/z 177的碎片离子峰的丰度 较低,其中m/z 88和m/z 151略为突出,这些暗示了C14H9为蒽或菲 环(环叫双键值为10)
答案:未知物为3-乙酰菲
例 10
这是一张由植物中提取的一种成分的质谱图,高分辨率质谱给出分子离 子元素组成为C9H6O3
4. 由[A+2]的相对丰度估算,分子中可能含2-3个O,可推断出化学式为C9H6O3 5. 分子离子峰为基峰,且有苯环特征系列离子,可能为苯并芳环类化合物
6. 未知物化学式为C9H6O3,环加双键值为7。查找天然产物中环加双键 值为7的苯并芳环类化合物,最常见的是色酮及香豆素衍生物,因此 先尝试从这两类化合物解释未知物谱图
3. 分子量为偶数,显著的碎片峰都为奇数,因此未知物不含N
4. 由m/z 206 的丰度14.4%推断,m/z 离子含13个C
5. m/z 207的丰度1.2%暗示未知物分子含1-2个O,若只含一个O则H数 不合理,因此m/z 205合理的化学式为C13H17O2
6. m/z 205离子加一个甲基即为分子离子,因此未知物分子的化学式应 为C14H20O2,环加双键值为5
4. 分子量为101,含5-6个C及奇数N,能符合此条件及合理化学键要求 的化学式只有C6H15N,环加双键值为零,未知物为饱和脂肪胺
5. 能够由分子离子(m/z 101)失去甲基,产生基峰m/z 86离子的可能 饱和脂肪胺有如下几种:
6. 化合物(1)能产生如右碎 片:失去与C连接的3个甲基中 的任意一个,都能产生m/z 86 离子,但不易产生m/z 58和m/z 30的显著峰
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