Universidade Federal do Piauí
Centro de Ciências da Natureza
Departamento de Química
Disciplina:
1
Química Orgânica III / 2009.2
Ministrante: Prof. Dr. Sidney Lima
Espectrometria de Massas: Estudo Dirigido
1). O que é um EM e qual a utilidade da EM?
R = Nos permite determinar a massa molecular e a fórmula molecular de uma substância, além de certas características estruturais. A
espectrometria de massas (MS) utiliza o movimento de íons em campos elétricos e magnéticos para classificá-los de acordo com sua relação
massa -carga. Desta maneira, a espectrometria de massas é uma técnica analítica por meio da qual as substâncias químicas se identificam,
separando os íons gasosos em campos elétricos e magnéticos. A MS oferece informação qualitativa e quantitativa sobre a composição
atômica e molecular de materiais inorgânicos e orgânicos.
2). Desenhe um esquema de um EM e mostre seu funcionamento:
R = Um feixe de elétrons de alta energia faz as moléculas se ionizarem e se fragmentarem. Os fragmentos carregados positivamente passam
através do tubo analisador. A mudança na força do campo magnético promove a separação de fragmentos com razões massa/carga variada. O
MS consta de quatro partes:
a) um sistema de manipulação para introduzir a amostra desconhecida no equipamento
b) uma fonte de íon, na qual é produzido um feixe de partículas proveniente da amostra;
c) um analisador que separa partículas de acordo com a massa
d) um detector, no qual os íons separados são recolhidos e caracterizados
Íons do elemento são acelerados a partir da amostra e, desde que isótopos diferentes têm diferentes massas, eles serão desviados
em direções distintas pelo campo magnético. E um conjunto de detectores apropriados permite a determinação das proporções de cada
isótopo.
Lembre-se: Em química, no lugar das unidades convencionais, a massa de um átomo é expressa em unidades de massa atômica
(u) que equivale exatamente a 1/12 da massa do isótopo 12C (carbono 12), Dalton (Da). Naunidade comum, correspondea1,6605402 x 10-27
kg. Ocorre também que a massa atômica é muitas vezes dada pela média ponderada das massas atômicas dos diferentes isótopos nas
proporções que o elemento apresenta na natureza. Nesse critério, por exemplo, a massa atômica do carbono é 12,011 u.
2.1).Para que serve um MS?
•Identificação molecular
•Averiguação grau de pureza (controle de qualidade)
•Estudos filogenéticos
•Avaliação alterações (patológicas, infecciosas, respostas a fármacos, estágios de desenvolvimento)
•Mapeamento de modificações pós-traducionais em cadeias polipeptídicas
•Localização espacial de macromoléculas em tecidos
•Forense
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2.2). Qual o princípio da MS?
Determinar a massa molecular de um íon que se movimenta ao longo de um campo eletromagnético •Molécula deve ser ionizável;
•Ganho ou perda de H+;
2.3). A MS apresenta: acurácia, sensibilidade e resolução (picos bem sesolvidos).
2.4). O que se mede? m/z
•Todos os espectrômetros de massa permitem a análise de moléculas em seu estado ionizado
•Todos os valores determinados por espectrometria de massa são relativos ao valor da razão m/z depois da ionização.
2.5) Quais os tipos de Fontes de íons?
a) Fontes de Fases de Gás: Nas Fontes de fase de gás, a amostra é volatilizada antes de ionizar os componentes gasosos . A
amostra se vaporiza fora da fonte de energia. Os exemplos deste método com a ionização química, ionização por impacto de
elétrons e ionização por campo.
b) Fontes de Dessorção: Nas fontes de desorção os íons se formam na fase condensada. Uma grande vantagem da
ionização por desorção é que permite a análise de moléculas não voláteis e termicamente instáveis. Dois exemplos de fontes
de desorção são desorção por campo e bombardeamento de átomos acelerados.
2.3). Quais as técnicas de ionização?
Métodos de fase gasosa: Electron impact (EI), Chemical ionization (CI)
Métodos de desorção: Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI), Fast atom bombardment (FAB)
Métodos de spray: Electrospray Ionization (ESI); Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI)
2.4. Quais as vantagens e desvantagens da técnica EI?
Vantagens: Bem estabelecida, Alta produção de íons, Nenhuma supressão, Amostras insolúveis, Interface com CG, Amostras hidrofóbicas,
Fragmentação
Desvantagens: Requer amostras voláteis; Requer estabilidade térmica; Ausência de interface com LC; Compostos de baixa massa (<1000
Da).
2.5) Quais as vantagens da ionização químicas?
Vantagens: Íon precursor; Interface com GC; Amostras insolúveis
Desvantagens: Ausência de fragmentação; Requer amostra; volátil; Requer; estabilidade térmica; Difícil quantificação; Compostos de baixa
massa (<1000 Da).
2.6). Quais as vantagens e desvantagens da técnica FAB?
Vantagens: Íon precursor; Compostos de alta massa (10000 Da); Compostos térmicamente lábeis (R,T,)
Desvantagens: Solubilidade em matriz (MNBA, Glicerol); Difícil quantificação; Requer operador altamente especializado; Relativamente;
baixa sensibilidade (nanomole).
2.7). Quais as vantagens e desvantagens da técnica Ionização Química à Pressão Atmosférica (APCI)
Vantagens: Íon precursor; Insensível a sais; Interface com HPLC; Utiliza solventes hidrofílicos
Desvantagens: Requer amostra volátil; Requer estabilidade térmica (femtomole)
2.8). Como se nomeia um MS?
Fonte
MALDI
Analisador
TOF
Quadrupolo
ESI
Íon Trap
Nome
Sobrenome
Ex: MALDI - TOF/TOF
ESI- Triplo- Quadrupólo
MALDI-TOF/TOF (UltraFlex II - Bruker)
•ESI Q-TOF Ultima (Micromass)
•ESI Quattro
•GC-MS
2.9). Quais os tipos de analisador de massas?
•
•Duplo foco do setor magnético; •Filtro de massa quadrupolo; •Captura de íons; •Tempo-de-vôo linear
•
•Tempo-de-vôo refletido; •Ciclotron de íons (FT-ICR)
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3). Análise de Espectro de Massas – Fragmentação: Pico base, íons molecular, estabilidade de íons. Como seria possível distinguir o
espectro de massas do butano e do 2-metilpropane? Demonstre as principais quebras.
3.1). Quais as informações que um EM pode fornecer?
. Separação dos íons pela razão massa/carga
• Pico do íon molecular
• Pico do íon base (100%)
• Padrão de fragmentação
• Razão isotópica
3.2) Em MS comum qual a energia utilizada para fragmentação?
A amostra passa por uma cortina de elétrons acelerados por um campo de 70 eV
E = 70 eV » 7 × 103 kJ mol-1
Energia de ligação típica - 200-600 kJ mol-1
3.1. Qual o valor de m/z é o mais provável para o pico base no EM do 3-metilpentano (MM=86 Da?
3.2. Quais os tipos de ionização mais comum e quais suas vantagens?
3.3. O que acontece quando diminuímos a energia de colisão de 70 eV para 15 eV, segundo EM dos compostos a seguir:
3.4. O espectro de massas de dois cicloalcanos mais estáveis mostram um pico de íon molecular à m/z 98. Um dos EM apresenta um
pico base à m/z 69, e o outro apresenta pico base à m/z 83. Desenhe suas estruturas.
3.5. Os EM do 1-metoxibutano, do 2-metoxibutano e do 2-metoxi-2-dimetilbutano estão apresentados a seguir na Figura 13.7.
Correlacione as substâncias com os EM.
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4) Isópos na Espectrometria de Massas. O EM de uma substância desconhecida possui M.+ com uma intensidade relativa de 43, 27%
e um pico M+1 com intensidade relativa 3,81%. Quantos átomos de C estão presentes na molécula? Veja a Tabela 13.2, com
abundância natural de isótopos normalmente encontrados em substâncias orgânicas
5). Determinação de Fórmulas Moleculares: Espectrometria de Massas de Alta Resolução. Qual das fórmulas moleculares uma
massa molecular exata de 86,1096 uma: C6H14 ; C4H10N2 ou C4H6O2 ?
Tabela 5.1. Massas exatas de alguns isótopos comuns:
Isótopo
Massa (uma)
Isótopo
Massa
1
1,007825
32
S
31,9721
13,00000
35
Cl
34,9689
79
Br
78,9183
H
12
C
14
N
14,0031
16
O
15,9949
5.1 Todos os elementos existem em mais de uma forma isotópicas?
•Maioria elementos tem mais de um isótopo estável
•Ex: Carbono: 98,89% = 12 Da; 1,11% = 13 Da (+1 neutron)
Você pode ter um pico em que todas as moléculas tem apenas átomos de C-12 (M)
Você pode ter um pico em que todas as moléculas tem um átomo de C-13 (M+1)
Você pode ter um pico em que todas as moléculas tem dois átomos de C-13 (M+2)
Você pode ter um pico em que corresponde a moléculas com isótopo M+2, por exemplo C-14.
6). Fragmentação em grupos específicos. Veja Tabela 13.2 sobre a abundância de isótopos naturais. Dado o EM do bromopropano,
analise os fragmentos em m/z = 78, 80 e a relação 122 (M) e 124 (M+2).
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43
100
50
Br
41
27
39
122
15
0
10
20
30
(mainlib) Propane, 2-bromo-
59 63
40
50
60
71
70
79 82
80
88
90
107
93
100
110
120
130
6.1. Esquematize o EM do 1-cloropropano.
7) Demonstre os padrões de fragmentação para as principais classes de compostos orgânicos: éteres, álcoois, compostos carbonilados,
etc.
8) O que é um rearranjo de McLafferty e quais os compostos que pode sofrer esse tipo fragmentação?
10) Analise os espectros de massas dos compostos a seguir e demonstre os principais fragmentos:
O
OCH3
OH
11) Importância da ionização em CI na determinação da MM dos compostos é ilustrado a seguir:
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MALDI
Q – TRAPA
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PENTAQUADRUPOLO
Q-TOF
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VG – AUSPEC
electrospray ionization (ESI) e matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI),
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