Seminario 2 de espectrometría de masa (fragmentación)

1. Espectrometría de masasEspectrometría de masas
Clase 2

2. FragmentaciónFragmentación
• El estudio del perfil de fragmentación nos
ayuda a determinar la estructura molecular.
• Las reacciones en espectrometría de masa son
unimoleculares.
• Los mecanismos de fragmentación que
localizan e-
no apareados dando productos
neutros están favorecidos.
• Los picos más abundantes corresponden a los
fragmentos iónicos más estables, y por ende
más probables

3. • H3C-C=O H3C-C≡O
• H2C=CH-CH2 H2C-CH=CH2
CH3
• CH3-CH2-C-CH2-CH2-CH2-CH3
CH3
CH3-CH2-C+
++ **
CH2-CH2-CH2-CH3
+ +
Compartir e-
no enlazantes
+ +
Resonancia
H
H Pérdida del radical alquilo más largo
Regla de Stevenson

4. Clivaje sigma (Clivaje sigma (σσ))
• R-
CR3 R·
+ CR3
OE EE
+σ
•Se da en hidrocarburos
•Está involucrado el enlace sigma en la localización
de la carga
•Se obtiene el carbocatión más estable
•Se libera el radical alquilo más largo
+·

5. ClivajeClivaje αα
• Ocurre cuando en la molécula hay un heteroátomo.
• La carga + se localiza sobre el heteroátomo.
• El electrón impar es donado para formar un nuevo
enlace con el átomo adyacente, clivándose el enlace
del átomo α.
• La tendencia para iniciar la reacción depende de la
tendencia del heteroátomo para donar e-
:
N > S > O, π, R > Cl, Br > H.
• Se genera con mayor probabilidad el fragmento más
estable (radical más largo y carbocatión más estable).

6. ClivajeClivaje αα
R-CR2-Y-R R-CR2-Y-R + e-
· +
OE
α
CR2 YR + R·
EE Radical
+
IONIZACIÓN

7. ClivajeClivaje αα
+
R-CR=Y R-CR=Y + e-
· +
OE
α
CR Y + R·
EE Radical
IONIZACIÓN

8. ClivajeClivaje αα
• Ejemplos:
CH3-CH2-O-CH2-CH3 CH3··CH2-O-CH2-CH3+e-
CH3· + CH2=O-CH2-CH3
IONIZACIÓN
· +
α
+Radical EE

9. ClivajeClivaje αα
• Ejemplos:
CH3-CH2-NH2 CH3··CH2-NH2+ e-
CH3· + CH2=NH2
IONIZACIÓN
· +
α
+Radical EE

10. Clivaje inductivo (i)Clivaje inductivo (i)
• La carga se ubica sobre un elemento
electronegativo.
• Requiere migración de carga (atracción de un
par de e-
por la carga +), por lo que está menos
favorecido que el clivaje α.
• La estabilidad del ión formado depende del
efecto inductivo.
• La tendencia a formar un R+ a partir de un
compuesto RY es:
– Cl > Br, O, S > I >> N, C, H.

11. Clivaje inductivo (i)Clivaje inductivo (i)
R+
+ ·O-R’R-O-R’ R-O-R’ + e-
IONIZACIÓN · + i
EE Radical
EE Radical
R-Y-R R··Y-R + e-
· +IONIZACIÓN
i R+
+ ·YR
+ e-
· +
EE Radical
IONIZACIÓN
i R+
+ RC=YR
R
C=Y R·
R
·C=Y
·

12. ReordenamientoReordenamiento del hidrógenodel hidrógeno γγ
(Mc. Lafferty)(Mc. Lafferty)
• Ocurre en moléculas de más de 4 carbonos con
una función insaturada.
• El átomo de H en posición γ a la función
insaturada es transferido por medio de un
anillo de 6 eslabones.
• Luego del reordenamiento se produce
mayoritariamente un clivaje de tipo α.
• Los productos finales son un ión OE y una
molécula neutra (olefina).

13. ReordenamientoReordenamiento del hidrógenodel hidrógeno γγ
(Mc. Lafferty)(Mc. Lafferty)
+ e-
OH
CH3
CH2
CH2
HC=O
IONIZACIÓN
OH
+·
·
+
r Hγ
r Hγ
α
i
OH
+
·
+
OE
OH
+
·
+
OE
H
O
·+··
··
··

14. Fragmentación característica deFragmentación característica de
aromáticosaromáticos
• Ruptura del enlace bencílico correspondiente
al grupo alquílico
• Ruptura α al anillo
• Reordenamiento con posterior clivaje

15. Ruptura del enlace bencílicoRuptura del enlace bencílico
correspondiente al grupo alquílicocorrespondiente al grupo alquílico
•Se obtiene un ión muy estable capaz de resonar
y convertirse en el catión tropilio.
IONIZACIÓN +
·
-C2H5
+
+
+
m/z=120 m/z=91

16. RupturaRuptura αα al anilloal anillo
•Se obtiene un ión m/z=77 característico.
IONIZACIÓN
+
· -C3H7
+
+
m/z=120 m/z=77
·

17. Reordenamiento con posterior clivajeReordenamiento con posterior clivaje
+
R
H
R
H
IONIZACIÓN
·
·
+
·
R
H
H
Ruptura α
+
·
RH
H
+
m/z=92
·
·
·

18. Ejercicios - 2Ejercicios - 2
CH3
CH2
C=O
CH2
CH3
CH3
C=O
CH - CH3
CH3
Ionización
Ionización
Ionización
Ionización
CH3-CH2-C-CH2-CH3
=
O
+·
CH3-CH2-C-CH2-CH3
=
O
+·
α
i
CH3-CH2
·
+ CH3-CH2-C= O
+
m/z=57
CH3-CH2
+
+ CH3-CH2-C= O
·
m/z=29
CH3-C-CH-CH3
=
O CH3
·+
α
iCH3-C-CH-CH3
=
O CH3
·+
m/z=43
CH3-C + ·CH-CH3
=
O
+
CH3
CH3-C + +
CH-CH3
=
O CH3
·
m/z=43

19. Ejercicios – 3bEjercicios – 3b
CH3-CH2-CH2-C-O-CH2-CH3
=
O
Ionización
·
+
·
OH
+
O
α OH
+
O
m/z= 88
H
O
·+
O
··
O
OH
+·
H
O
·+
O
··
α +
OH
+
O
m/z= 88
·

20. EjerciciosEjercicios
H3C
Cl
CH3
m/z AR
(%)
105 100
106 48,8
107 3,86
----- -----
196 2,0
198 0,67
M+·
(A+2) M+·
Reordenamiento y posterior
clivaje α y (A+1) m/z105
Ruptura enlace bencílico
(A+1) m/z106 y (A+2) m/z105

21. Acoplamiento de GC a MSAcoplamiento de GC a MS
• Volatilización de la muestra.
• Sensibilidad.
• Temperatura.
• Velocidad.
• Obtención del cromatograma (en modo TIC se
obtiene un cromatograma). No hay distinción de
m/z. Es similar a un cromatograma obtenido con
un detector convencional para GC.

22. • Dificultades
– Introducir un compuesto a PA en un sistema de
alto vacío.
• Interfase
– Reducir el flujo del gas carrier a un grado que
permita mantener el alto vacío
– Separación selectiva del gas carrier
– Debe mantenerse la separación cromatográfica
Acoplamiento de GC a MSAcoplamiento de GC a MS

23. Interfase GC/MSInterfase GC/MS
Las moléculas de helio son pequeñas y pueden ser desviadas fácilmente de su
trayectoria. Los iones más pesados, con mayor momentum, tienden a mantenerse en el
centro del recorrido y de esta manera llegan al MS.
Vacío El gas carrier difunde
Vacío
Las moléculas más pesadas se
mantienen en el centro del
recorrido.

24. DetectoresDetectores
• Los datos pueden ser presentados de varias
formas:
– TIC: Registra la corriente de todos los iones en
función del tiempo
– SIM: Monitoreo selectivo de iones. Se registra la
corriente de iones de una determinada m/z en
función del tiempo.
– SCAN: Espectro de masas

25. TICTIC
Mayor cantidad de iones
Baja relación señal/ruido
Determinación del TR
Mayor sensibilidad de iones
seleccionados
Mejora la relación señal/ruido

26. Espectrometría de masasEspectrometría de masas
cuantitativacuantitativa
Determinación del tiempo de retención del
analito (modo TIC).
Selección de iones a monitorear en modo
SIM.
Cuantificación.

27. 1-TIC – 2,4,6-TCA1-TIC – 2,4,6-TCA
2,4,6-TCA
6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.05.04.03.02.01.0
Tr= 10,826 min

28. 2-SCAN2-SCAN
Espectro de EI del 2,4,6-TCA
m/z=195: ión de cuantificación
Pico Base (máxima sensibilidad)
m/z=210 y m/z=212: Iones de confirmación
m/z y AR características
(mayor selectividad)
Iones generados a
TR= 10,826 min

29. 3- SIM – Estándar Interno3- SIM – Estándar Interno
Izquierda: Análisis de los iones m/z 195 y m/z 215(estándar interno).
Derecha: Curva de calibración del 2,4,6-TCA utilizando d-TCA como estándar
interno.

30. 3- Calibración3- Calibración
• Patrón de calibración a diferentes
concentraciones (P1>P2>P3) más cantidad fija
de estándar(Pi).
• Muestra (X) más cantidad fija de estándar.

31. 3-Calibración3-Calibración
P1 y Pi
0
2
4
6
8
10
0 1 2 3 4 5 6
TR (min)
Abundancia(m/z)
P1
Pi
P2 y Pi
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6
TR (min)
Abundancia(m/z)
P2
Pi
0 1 2 3 4 5 6
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
PX y Pi
PX
Pi
TR (min)
Abundancia(m/z)
0 1 2 3 4 5 6
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
P3 y Pi
P3
Pi
TR (min)
Abundancia(m/z)

32. 3- Calibración3- Calibración
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Curva de calibración
Cc (Unidades Arbitrarias)
Abm/zA/Abm/zA+3
X/Pi

33. SIM + SPIKINGSIM + SPIKING
Arriba: datos de trazas del ión m/z 195 relativo a un estándar de 2,4,6-TCA (TR=
10,827 min).
Abajo: datos de trazas del ión m/z 195 sin agregado del estándar.

34. Sensible Específico
Preciso
SIM
•Sólo se monitorean iones de una
determinada m/z
•Se cuantifica utilizando el pico base
•TR
•m/z de picos confirmatorios
•AR de los picos confirmatorios
respecto al pico base
Estándar interno