Кратко и по делу — как методы дополняют друг друга и рекомендуемая стратегия анализа.
1) Что даёт каждый метод (суть)
- Масс‑спектрометрия (MS, особенно HRMS): молекулярная масса, точная молекулярная формула, изотопные соотношения (Cl, Br), фрагментация → Hinweise на подструктуры.
- ИК‑спектроскопия (IR): присутствие и типы функциональных групп (OH, NH, C=O, C≡N, C–H аромат., =C–H и т.д.), характер связей (карбонилы, эфиры, амиды).
- УФ‑видимая (UV‑Vis): степень сопряжения, наличие хромофоров, приблизительная оценка длины сопряжённой системы и типов переходов (π→π*, n→π*).
- ЯМР (протонный 1H, углеродный 13C, DEPT, 2D: COSY, HSQC, HMBC, NOESY/ROESY): детальная информация о локальной электронной среде, числах химических сдвигов, интеграциях, мультиплетности, сквозных и дальних корреляциях → строится каркас молекулы, устанавливается связь фрагментов и стереохимия.
2) Быстрая формула для степени ненасыщенности (DBE)
- Вычислить по формуле $\text{DBE}=C-\frac{H}{2}+\frac{N}{2}+1$. Галогены считаются как водород (заменяют $H$), кислород не меняет формулу. DBE даёт число колец + π‑связей (например, бензольное кольцо = 4).
3) Общая стратегия анализа (шаги)
1. Получить точную массу (HRMS) → определить формулу и рассчитать $\text{DBE}$; проверить изотопный паттерн (Cl, Br, S).
2. Просмотреть IR: отметить карбонильные полосы (~$\sim$1700 см${}^{-1}$), O–H/N–H (~3200–3600 см${}^{-1}$), нитрилы (~2250 см${}^{-1}$) и т.п. Это ограничивает варианты формулы.
3. Оценить UV‑Vis: сильный λmax и молярный коэффициент укажут на расширенную сопряжённую систему или хромофор.
4. Протонный 1H NMR: интеграции → число эквивалентных H; химические сдвиги → функциональные окружения; мультиплетность и константы связи $J$ → соседние H и диастереотропные связи.
5. 13C, DEPT: классификация C (CH3, CH2, CH, Cq); наличие карбонильного/сп2 углерода.
6. 2D‑ядерные эксперименты:
- COSY — взаимосвязь протонов в одной цепочке (смежности).
- HSQC — связь 1H↔13C напрямую (идентификация сигналов C с H).
- HMBC — дальние (2–3 связки) корреляции 1H→13C, ключевой для соединения фрагментов и определения положения функциональных групп.
- NOESY/ROESY — пространственные контакты для стереохимии.
7. Сопоставить фрагменты из MS‑фрагментации с фрагментами, найденными в NMR/IR; проверять согласованность по массе и по количеству атомов.
8. Построить одну‑две модельные структуры, проверить соответствие всем спектрам (масса, DBE, IR полосы, все NMR корреляции и интеграции, фрагменты MS).
9. При необходимости — дополнительные эксперименты: декаплированные ЯМР, температурные эксперименты, производные (метилирование, гидролиз), спуск по H/D обмену для определения кислотных H, GC‑MS для летучих веществ.
10. Финальная проверка: всё ли объясняет предложенная структура? (включая изотопные соотношения, интенсивности фрагментов, NOE‑контакты).
4) Как методы дополняют друг друга — примеры роли
- MS даёт массу, но не расположение групп; IR укажет, что имеется C=O; NMR покажет, где именно и с какими соседями этот C=O связан; HMBC свяжет карбонильный C с протонами соседних фрагментов; фрагментация MS подтвердит наличие смежного алкильного фрагмента.
- UV подтверждает наличие большой сопряжённой системы, NMR даёт точные позиции заместителей в ароматическом кольце, IR даст информацию о специфичных функциональных группах (например, нитро), MS — строгую массу и стабильность/распад хромофора.
5) Практические замечания
- Начинайте с HRMS и IR (быстрые ориентиры), затем идёт полный набор ЯМР (1D + ключевые 2D).
- Всегда сверяйте интеграции 1H с формулой из HRMS.
- Для изомеров критичны HMBC и NOE; для гетероатомных позиций — HSQC/DEPT.
- Учитывайте раствор, концентрацию и возможные конформеры — они влияют на химические сдвиги и мультиплетность.
Коротко: MS = масса/формула и фрагменты; IR = набор функциональных групп; UV = степень сопряжения; ЯМР = подробная связь атомов и стерео‑информация. Работать по шагам: HRMS → DBE → IR/UV → 1D/2D NMR → согласование с MS фрагментацией → итоговая структура.