1. Infrared Spectroscopy. Prepared by Dr. Khalid A. Shadid
Islamic University in Madinah
Department of Chemistry
CH-4 Part 2 Mass Spectroscopy
Prepared By
Dr. Khalid Ahmad Shadid

2. MASS SPECTROSCOPY مطياف الكتلة
التعرف على الصيغة البنائية من خلال عمليات التكسير او تفكك المركب حطيمات - الجذر الكاتيوني غير ثابت بالتالي يتكسر او يتفكك الى ايونات او حطيمات صغيرة

3. Molecules with Heteroatoms
Isotopes are present in their usual abundance.
Carbon has a 13C isotope present in 1.1% abundance. The spectrum will show the normal M+ and small M+1 peak.
Bromine has two isotopes: 79Br (50.5%) and 81Br (49.5%). Since the abundances are almost equal, there will be an M+ peak and and M+2 peak of equal height.

4. Mass Spectrum with Bromine
Bromine is a mixture of 50.5% 79Br and 49.5% 81Br. The molecular ion peak M+ has 79Br be as tall as the M+2 peak that has 81Br.

5. Mass Spectrum with Chlorine
Chlorine is a mixture of 75.5% 35Cl and 24.5% 37Cl. The molecular ion peak M+ is 3 times higher than the M+2 peak.

6. Mass Spectrum with Sulfur
Sulfur has three isotopes: 32S (95%), 33S (0.8%), and 34S (4.2%).
The M+ peak of ethyl methyl sulfide has an M+2 peak that is larger than usual (about 4% of M+).

7. Alkanes --- Fragmentation of Hexane
Hexane (m/z = 86 for parent) has peaks at m/z = 71, 57, 43, 29
CH3. -
CH3CH2. -
CH3CH2CH2. -

8. Fragmentation of the Hexane Radical Cation

9. Mass Spectrum of n-Hexane
Groups of ions correspond to loss of one-, two-, three-, and four-carbon fragments.

10. Fragmentation of Branched Alkanes
The most stable carbocation fragments form in greater amounts.

11. Alkanes
Figure 14.6 Mass spectrum of 2,2,4-trimethylpentane.

12. Mass Spectra of Alkenes
Alkenes characteristically:
Show a strong molecular ion peak.
Cleave readily to form resonance-stabilized allylic cations.

13. Alkynes Alkynes typically Show a strong molecular ion peak.
Cleave readily to form the resonance-stabilized propargyl cation or substituted propargyl cations.
Figure 14.9 Mass spectrum of 12-pentyne.

14. Alcohols
One of the most common fragmentation patterns of alcohols is loss of H2O to give a peak which corresponds to M-18.
Another common pattern is loss of an alkyl group from the carbon bearing the OH to give a resonance-stabilized oxonium ion and an alkyl radical. •
Molecular ion
(a radical cation) A
radical •• + O H C R ' -
A resonance-stabilized
oxonium ion
" =

15. Alcohols
Figure Mass spectrum of 1-butanol.

16. Mass Spectra of Alcohols

17. Aldehydes and Ketones Characteristic fragmentation patterns are:
cleavage of a bond to the carbonyl group (-cleavage).
McLafferty rearrangement.

18. Aldehydes and Ketones
Figure Mass spectrum of 2-octanone.

19. Carboxylic Acids Characteristic fragmentation patterns are
-cleavage to give the ion [CO2H]+ with m/z 45.
McLafferty rearrangement.

20. Carboxylic Acids Figure 14.12 Mass spectrum of butanoic acid.
m/z 88 = molecular ion
m/z 45 = [COOH]+
m/z 60 = McLafferty rearrangement product

21. Esters
-cleavage and McLafferty rearrangement

22. Esters Figure 14.13 Mass spectrum of methyl butanoate.
m/z 102 = molecular ion
m/z 74 = McLafferty rearrangement
m/z 71 and 59 = the result of  cleavage

23. Aromatic Hydrocarbons
Most show an intense molecular ion peak.
Most alkylbenzenes show a fragment ion of m/z 91.
Figure Mass spectrum of toluene.

24. Amines
Figure Mass spectrum of 3-methyl-1-butanamine. The most characteristic fragmentation pattern of 1°, 2°, and 3° aliphatic amines is -cleavage.

25. Problem 14.31
2-Methylpentanal and 4-methyl-2-pentanone are constitutional isomers with the molecular formula C6H12O. Each shows a molecular ion in its mass spectrum at m/z Spectrum A shows significant peaks at m/z 85, 58, 57, 43, and 42. Spectrum B shows significant peaks at m/z 71, 58, 57, 43, and 29. Assign each compound its correct spectrum.

26. Problem 14.31
The expected -cleavage and McLafferty rearrangement fragmentations are:
The -cleavage fragments at m/z 85 (Spectrum A) and 29 (Spectrum B) demonstrate that spectrum A corresponds to 4-methyl-2-pentanone, and Spectrum B corresponds to 2-methylpentanal.
Insert

27. قواعد التكسير جذر كاتيوني عدد فردي من اللالكترونات جزيئ متعادل
عدد زوجي من
اللالكترونات
كاتيون
جذر حر
كاتيون
جزيئ متعادل
عدد زوجي من
اللالكترونات

28. تكسير الكحولات

29. تكسير الكحولات
الكحولات تمتاز بفقد جزيئ ماء

30. تكسير الكحولات`

31. تكسير الكحولات`

32. تكسير الكحولات`

33. تكسير الكحولات`
كسر متماثل

34. تكسير الاحماض الكربوكسيلية
تمتاز بوجود خط عند:
m/z = 45
نتيجة وجود الايون
COOH+

35. تكسير الاحماض الكربوكسيلية

36. تكسير الاحماض الكربوكسيلية

37. تكسير الالديهيدات تمتاز بالظهور الضعيف للايون الجزيئي
من اهم انواع التكسير هو كسر الفا α
حيث ينتج ايونين هما
M-R, M-1
كسر الفا = كسر المجموعات المربوطة مع
C=O

38. تكسير الالديهيدات

39. تكسير الالديهيدات

40. تكسير الالديهيدات

41. تكسير الالديهيدات

42. تكسير الالديهيدات

43. من اهم انواع التكسير هو كسر الفا كسر الفا = كسر المجموعات المربوطة مع
تكسير الكيتونات
من اهم انواع التكسير هو كسر الفا α
كسر الفا = كسر المجموعات المربوطة مع
C=O
حيث ينتج 4 ايونات هما:

44. تكسير الكيتونات

45. تكسير الكيتونات

46. تكسير الكيتونات

47. تكسير الكيتونات

48. تكسير الكيتونات

49. من اهم انواع التكسير هو كسر الفا كسر الفا = كسر المجموعات المربوطة مع
تكسير الاسترات
من اهم انواع التكسير هو كسر الفا α
كسر الفا = كسر المجموعات المربوطة مع
C=O
حيث ينتج 4 ايونات هما:

50. تكسير الاسترات

51. تكسير الاسترات

52. تكسير الاسترات

53. تكسير الاسترات

54. من اهم انواع التكسير هو كسر بيتا كسر بيتا = كسر رابطة الـــ
تكسير الاثرات
من اهم انواع التكسير هو كسر بيتا β
كسر بيتا = كسر رابطة الـــ
C-C
المربوطة مع
C-Oالــــ

55. تكسير الاثرات

56. تكسير الاثرات

57. تكسير الاثرات

58. تكسير الاثرات

59. تكسير الاثرات
ونتيجة لهذا الكسر نحصل على خطوط
عند 73 و 59 و 45

60. GOOD LUCK