Кратко — как объединять ИК, ЯМР и МС для установления структуры, последовательность действий и «типовые признаки» ключевых групп.

Общая последовательность анализа $рабочаяпоследовательность$

1) Масс‑спектрометрия $MS$, предпочтительно высокоточной $HRMS$: установить молярную массу, определить элементарную формулу $C,H,N,O,S,Hal$, учесть изотопные соотношения $Cl,Br$. Посчитать степень ненасыщенности $DBE$.2) Инфракрасная спектроскопия $IR$: быстро получить информацию о функциональных группах $C=O,OH,NH,C\equiv N,C\equiv C,ароматичностьит.д.$.3) Протонный ЯМР $1HNMR$: число сигналов, интеграция $количествопротонов$, химические сдвиги $видгрупп$, мультиплетность и J‑константы — фрагменты/последовательности соседств.4) Углеродный ЯМР $13CNMR+DEPT$: число и типы углеродов $CH3/CH2/CH/quaternary$.5) 2D‑ЯМР: COSY $H–H$, HSQC/HMQC $прямыеH–C$, HMBC $дальниесвязи2–3звена$, NOESY/ROESY $пространственныесвязи$ — для сборки скелета молекулы.6) Сопоставление: проверить, что составленная структура согласуется с MS $M+,фрагменты$, IR $наличие/отсутствиегрупп$, 1H/13C $числосигналов,сдвиги,интеграции,J$.Дополнительно: D2O‑шейк для подтверждения OH/NH; химические сдвиги/сплиттинги сравнивать с литературными/справочными значениями и предсказанием.

Как использовать DBE $степеньненасыщенности$

Формула DBE = C − H/2 + N/2 + 1 $длягалогеновX:считаютсякакH$. DBE = число π‑связей + число колец. Например, бензольное кольцо = 4 DBE $3двойные+1кольцо$.

Типичные IR‑пики $волновыечисла,см-1$

O–H $спирты$: широкая полоса 3200–3600 $ширеприH‑связях$.O–H $карбоновыекислоты$: очень широкая 2500–3300.N–H: 3300–3500 $частоболееострый/двойнойдляпервичных/вторичныхаминов$.C–H sp3: 2850–2960; sp2 $аромат/алкен$: ~3000–3100; sp $\equiv C–H$: ≈3300 $острый$.C≡C, C≡N $тройные$: ≈2100–2260 $обычнослабые$.C=O $карбонилы$: ≈1650–1750 — диапазон помогает отличать:Ketone ≈1705–1725,Aldehyde ≈1720–1740? $альдегидныйC=Oобычно1720–1740,ночасто1720$,Ester ≈1735–1750,Carboxylic acid/ester/amide смещаются в зависимости от конъюгации/водородных связей;Amide C=O ≈1630–1690.Aromatic C=C: 1450–1600; характерные «overtone» и «out‑of‑plane C–H» в 700–900 дают информацию о шаблоне замещения аромата $orto/meta/para$.Соответствие IR подтверждает/исключает крупные функциональные группы.

MS — что искать и как интерпретировать

Точный молекулярный ион $$M$$+ или аддукты $$M+H$$+, $$M+Na$$+; HRMS даёт формулу.Изотопное распределение: Cl $M+2\approx 1/3M$, Br $MandM+2\approx 1:1$, S даёт небольшую M+2 $4.4$.Фрагментация: потеря 18 → H2O $илиNH3\to 17приаминах$, потеря 28 → CO/С2H4 и т.д. McLafferty‑перестановка характерна для кетонов и эфиров с γ‑гидрогеном.Базовый пик $basepeak$ часто указывает на стабильный карбокатион/радикал-катион.

1H NMR — типичные химические сдвиги и признаки

0.5–1.5 ppm: алкильные $CH3,CH2,CHрядомснеполярнойсредой$.1.5–2.5 ppm: α‑к прямо к π‑системам/карбонилам или альлилические $CH2–C=,бензильныеоколо2.2–3.0$.2.0–3.0 ppm: ароматические метилен/бензильные.3.0–4.5 ppm: H на атомах рядом с электроотрицательными атомами $C–O,C–N$.4.5–6.5 ppm: винильные $CH=$ и некоторые H на атомах, связанных с O/N в специфичных случаях.6.5–8.5 ppm: ароматические протоны.~9–10 ppm: альдегидные H $обычно9–10$.10.5–13 ppm: карбоксильные кислоты $широкосмещённые,частооченьширокие$.Обменяющиеся H $OH,NH$: широкие, изменчивые; исчезают при D2O.Интеграция дает абсолютные/относительные числа протонов; суммируйте интегралы и сравните с формулой.

J‑константы и мультиплетность — что дают

Сплиттинги дают соседство протонов:Алкильный 3J ≈ 6–8 Hz $типичнодляvicinalCH–CH$.Орто‑ароматические связи 3J ≈ 6–9 Hz.Мета‑ароматические 4J ≈ 1–3 Hz.Винильные: trans 12–18 Hz, cis 6–12 Hz, geminal $2J$ обычно 0–3 Hz $илидо2–3дляsp2geminal$.Geminal $CH2$ в sp3 может давать 2J ≈ 10–18 Hz $зависитотфункциональнойгруппы$.Мультиплетность $d,t,q,m$ указывает на число эквивалентных соседей $n+1правило,споправкамипринеэквивалентности$.

13C NMR — ориентиры

0–50 ppm: sp3‑углероды $алканы$; метильные и метиленовые.50–90 ppm: sp3‑углероды, связанные с O/N $C–O,C–N$, и sp $C\equiv C,C\equiv N\approx 70–120снизкойинтенсивностью$.100–150 ppm: sp2‑углероды $алкены,ароматические$; ароматические C имеют характерные пики и quaternary carbons часто слабее.≈115 ppm: CN $циано$ может быть в этой области, но слабый.160–185 ppm: C=O $карбоксильные,эфиры,амиды$ — смещение зависит от типа:Карбоновые кислоты/эфиры/амиды ~160–185,Альдегиды/кетоны 190–220 $альдегид\approx 190–200;кетон\approx 200–220—взависимостиотструктуры$.DEPT‑135/90 помогает отличать CH3/CH2/CH/quat.

2D‑ЯМР — типичные применения

COSY: связывает соседние протонные центры — строит протонные «цепочки».HSQC/HMQC: показывает прямые связи H–C $1J$ — каждое H «подвешивает» на конкретный C.HMBC: дальние корреляции $2–3связи$ — связывает части молекулы через C=O и пр., очень полезно для соединения фрагментов.NOESY/ROESY: пространственные контакты — конфигурация, стереохимия.

Практические указания по сборке структуры

Шаг A: из HRMS получаете формулу и DBE.Шаг B: IR указывает на наличие/отсутствие C=O, OH, NH, C≡N и ароматичности — используйте это, чтобы оценить, какие DBE «уже заняты» $например,бензол=4DBE$.Шаг C: 1H NMR даёт число протонов и основные фрагменты, интеграция + мультиплетность формируют предполагаемые подструктуры $метильныегруппы,бензильные,винильныеит.д.$.Шаг D: 13C/DEPT количество и типы углеродов — помогает уточнить quaternary C $частокоррелируютсC=O$.Шаг E: 2D‑спектры для соединения фрагментов в единую структуру; используйте HMBC для связи протонов на альфа/бета положениях с карбонилом и т.п.Шаг F: сверка с MS фрагментацией: ожидаются ли потеря H2O, CO, алкилирования, стабильные карбокатионы и т.д.Шаг G: проверьте, что суммарно все атомы/протоны/карбины/DBE/функции согласованы.

Типичные «ключевые признаки» по группам $сводка$

Карбонил $C=O$: IR ~1700 cm−1; 13C ~160–220 ppm; α‑протоны сдвинуты до 2–3 ppm $альдегидH9–10ppm,характерныйсинглет/двойной$.Спирт $OH$: IR broad 3200–3600; 1H широкий, исчезает при D2O; C–O в 13C ≈50–80 ppm.Карб. кислота: IR широкая 2500–3300 + C=O ~1700 cm−1; 1H очень смещён ~10–13 ppm.Амиды: IR N–H 3200–3400 и C=O ≈1630–1690; NH виден в 1H, конъюгация влияет на C=O смещение.Нитрил $C\equiv N$: IR ≈2200–2260 $слабый$; 13C ≈115–120 $слабый$.Алкин $\equiv C–H$: ≈3300 $острый$ и C≡C ≈2100–2260; sp‑C в 13C ≈70–90.Эфир: C–O–C характерно 1000–1300 $IR$, C=O нет; 13C C–O ≈50–90.Ароматическое ядро: IR 1600,1500; 1H 6.5–8.5 $суммарно4–5Hдлянезамещённогобензола$, характерные орто/пара/мета шаблоны сплиттинга и out‑of‑plane полосы 700–900 дают подсказку о шаблоне замещения.Галогенированные соединения: отсутствие характерных ИК‑пиков, но MS даёт отчетливое изотопное распределение; замещение смещает соседние 1H/13C.

Полезные приёмы и ловушки

Симметрия молекулы уменьшает число сигналов в 13C/1H — учитывайте при согласовании формулы.Подвижные/обменяющиеся протонные сигналы $OH,NH,COOH$ ненадёжны для интеграции — используйте D2O‑шейк.Конъюгация и растворители меняют химические сдвиги: бензольная конъюгация сильно смещает C=O, C=C и ароматику.Всегда проверьте возможные аддукты/солевые формы в MS $[M+Na]+$.

Если хотите, могу на конкретном примере показать полный разбор: пришлите HRMS‑формулу $илиM$, IR‑спектр $основныеполосы$ и 1H/13C/2D‑спектры $илиихключевыесдвиги/интеграции$, и я пошагово соберу структуру и объясню решения.