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阳离子的裂解类型-仪器分析

更新时间:2025-01-18 工作计划 版权反馈
【摘要】:在质谱中,离子的裂解过程可采用裂解方程式表示,通常用鱼钩表示单电子转移,用箭头表示双电子转移。离子的裂解类型有多种,最基本的可分为单纯裂解和重排裂解。而在质谱裂解过程中,凡是不饱和环烯化合物阳离子的裂解,正好是狄尔斯-阿尔德反应的逆过程,生成双烯体和亲双烯体两种结构的碎片,这种裂解方式,称为反狄尔斯-阿尔德裂解。

1.离子电荷及其表示方法

有机化合物M经过电离源电离而成为离子,把带有未成对电子的离子称为奇电子离子(OE),表示为M,分子离子就是奇电子离子;把外层电子都是成对的离子称为偶电子离子(EE),表示为M+

根据电子在化合物中的能量高低和稳定性可知,最容易失去的是杂原子中处于原子轨道的孤对电子(n电子),其次是成键轨道π电子,最难失去的是成键轨道σ电子。同是σ电子,上的较上的容易失去。

对于有杂原子的离子,离子电荷符号标在杂原子上;若无杂原子但有π键,可标在双键的一个碳原子上;既无杂原子又无π键,但有分支碳原子,则标在分支碳原子上。若电荷位置在化学式中不易确定,可在化学式右上角用下列符号表示:

在质谱中,离子的裂解过程可采用裂解方程式表示,通常用鱼钩表示单电子转移,用箭头表示双电子转移。

离子的裂解类型有多种,最基本的可分为单纯裂解和重排裂解。

2.单纯裂解

在质谱仪电离源产生的阳离子中,一个化学键发生的裂解称为单纯裂解,常见的裂解方式有:均裂,σ键断裂,两个电子分别转移到两个碎片上的裂解过程;异裂,σ键断裂,两个电子全部转移到一个碎片上的裂解过程;半均裂,它是指已经离子化的σ键断裂,一个碎片保留一个电子成为自由基,一个碎片保留正电荷成为阳离子。三种裂解方式通式:

在均裂过程中,奇电子离子变为偶电子离子。例如脂肪酮的均裂和异裂分别表示为

饱和烷烃阳离子的半均裂表示为(www.xing528.com)

3.重排裂解

除上述一个键断裂的单纯裂解外,有些离子也有两个或两个以上键断裂的情况,这时结构重新排列形成新的离子,这种离子被称为重排离子。在重排裂解过程中,一般会脱去一个中性碎片分子。最典型的两种重排裂解方式是麦氏(Mclafferty)重排和反狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)裂解重排。

麦氏重排 若离子中含有不饱和双键基团,并且与该基团相连的链上具有γ-氢原子时,该氢原子可以转移到头上双键原子上,同时发生β-键断裂,脱去一个中性碎片分子,这种裂解重排方式称为麦氏重排。这种双键不一定是键,有O、N和S等杂原子组成的双键亦可。芳香结构的双键与支链组成的结构也可发生麦氏重排。例如

反狄尔斯-阿尔德裂解 狄尔斯-阿尔德反应是双烯体和亲双烯体进行环加成,生成六元环状化合物的反应。双烯体分子中具有给电子基团,亲双烯体分子具有吸电子基团时,有利于反应的进行。该合成反应的产物结构一般是不饱和环烯化合物。

而在质谱裂解过程中,凡是不饱和环烯化合物阳离子的裂解,正好是狄尔斯-阿尔德反应的逆过程,生成双烯体和亲双烯体两种结构的碎片,这种裂解方式,称为反狄尔斯-阿尔德裂解。

例如,化合物5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐的阳离子,发生反狄尔斯-阿尔德裂解,产生了环戊二烯阳离子m/z 66,是丰度最高的基峰(Int./%=100),如图6-16所示。

图6-16 5-降冰片烯-2,3-环二羧酸酐的质谱图

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