1) Начать с масс-спектрометрии (MS)
- Определить молекулярный ионы: $m/z$ молекулярного пика → приблизительная молекулярная масса $M$.
- Если доступен HRMS — получить точную массу и возможную элементную формулу; использовать точную массу для расчёта набора атомов (C, H, N, O, S, Hal).
- Применить правило азота (Nitrogen rule): если номинальная масса $M$ нечётная → нечётное число атомов N.
- Посмотреть изотопные шаблоны: пара вершин с соотношением ~1:1 указывают на Br, с соотношением ~3:1 — на Cl; дополнительная тяжёлая пи́к-составляющая — на S и т.д.
- Анализ фрагментации: заметные фрагменты дают подсказки о стабильно удерживающихся фрагментах (фенильные, алкиловые, карбонильные отщепления). Составить список возможных фрагментов (формулы).
2) Вычислить степень ненасыщенности (DBE / IHD)
- По элементной формуле (из HRMS) рассчитать степень ненасыщенности: $\text{DU}=C-\frac{H}{2}+\frac{N}{2}+1$. (O и Hal не учитываются в формуле).
- Интерпретировать: $\text{DU}=4$ может означать бензольное кольцо и т.д.
3) Проверить ИК-спектр (IR) — быстрый поиск функциональных групп
- Отыскать сильные полосы: $\sim 1700{\text{cm}}^{-1}$ — карбонильная группа (альд/кетон/карбоксил/эстер); $\sim 3300{\text{cm}}^{-1}$ широкая — O–H (кислота/спирт); $\sim 3300{\text{cm}}^{-1}$ узкая — N–H; $\sim 2220{\text{cm}}^{-1}$ — C≡N; $\sim 2100-2200{\text{cm}}^{-1}$ — C≡C.
- Сопоставить с данными MS (например, наличие карбонильной фрагментации) и формулой (наличие O).
4) Определить основные типы углеродов по ${}^{13}$C‑ЯМР
- Посмотреть количество сигналов и их химические сдвиги: карбонилы $\delta 160-220$ ppm; ароматические/сп${}^2$ $\delta 100-160$ ppm; алкины/ sp $\delta 70-90$ ppm; sp${}^3$-углероды $\delta 0-70$ ppm.
- Если есть DEPT/EDITED spectra — разделить на CH${}_3$, CH${}_2$, CH и квази‑карбоны (четность сигналов). Сопоставить суммарное число углеродов с формулой; дефицит числа сигналов часто указывает на симметрию.
5) Анализ ${}^1$H‑ЯМР — интеграция, мультиплетность и химсдвиги
- Интеграция → число протонов в каждом типе сигнала; суммарная интеграция должна соответствовать числу H из формулы (учесть обменяемые протоны).
- Химические сдвиги: ароматические $\delta 6.5-8.5$ ppm; аллильные/винильные/альдегидные $\delta 9-10$ ppm для альдегида; карбоксильные/OH широкие в $\delta 10-12$ ppm (кислоты) и $\sim 1-5$ ppm (спирты).
- Мультиплетность и константы связи $J$ (например, $J\approx 7\text{Hz}$ у обычных vicinal алкильных H) → строить соседства. Для ароматических систем $J$ помогают отличить орто/мета/пара замещение.
6) Поиск обменяемых протонов
- Применить D${}_2$O‑обмен (или сравнить спектры с и без D${}_2$O): исчезновение сигнала → OH/NH/COOH.
- Сверить с IR: если есть O–H в IR и исчезающий сигнал в ${}^1$H — подтвердить.
7) Собирать фрагменты и сопоставлять спектры
- На основе MS‑фрагментов, ${}^1$H‑мультиплетов и ${}^{13}$C типов построить кандидатные фрагменты (суммы атомов и DU должны совпадать).
- Проверять согласованность: каждый предложенный фрагмент должен объяснять конкретные сигналы в ${}^1$H и ${}^{13}$C, а их масса — фрагменты в MS.
- Учитывать симметрию: меньше сигналов в ${}^{13}$C и совпадающие интеграции в ${}^1$H → наличие эквивалентных групп.
8) Использовать 2D‑спектры (если доступны) для окончательной сборки
- HSQC/HSQC‑DEPT: напрямую связать ${}^1$H с соответствующими ${}^{13}$C (CH, CH${}_2$, CH${}_3$).
- HMBC: установить длиннорадиусные связи (2–3 связей) и соединить фрагменты, определить квази‑карбоны.
- COSY: установить сопряжённость между протонами (сборка соседних протонов).
9) Проверка гипотез и устранение вариантов
- Для каждой кандидатной структуры проверить: соответствует ли точная масса/формула, DU, все IR‑пики, все ${}^1$H‑и ${}^{13}$C‑сигналы, интеграции и мультиплетности и MS‑фрагментация.
- Прогонять предсказанные спектры (NMR предсказатели, электронные базы) и сравнивать с экспериментальными; искать несовпадения.
10) Последняя верификация (химическая)
- Выполнить простые химические реакции/дериватизацию при необходимости (например, 2,4‑DNPH для карбонилов, метилирование/ацетилирование для OH/NH) и следить за изменением масс/спектров.
- Сравнить с библиотечными спектрами (MS, IR, NMR) и/или синтезировать эталонный образец при критической необходимости.
Коротко о приоритетах: сначала — молекулярная масса/формула (MS, HRMS) и DU; затем — функциональные группы (IR) и ключевые сигналы ${}^{13}$C (карбонилы, ароматические); потом — детали скелета по ${}^1$H (интеграция, мультиплетность, $J$); финальная сборка и проверка через фрагментацию MS и 2D‑ЯМР.