La fragmentométrie, ou... faire et défaire le puzzle..., ou... le "Lego" moléculaire...

Nous ne développerons ici que le cas des ions positifs classiquement obtenus par ionisation électronique. Il est clair que toutes sortes d'impacts sont possibles et donc toutes sortes de fragmentations. Cependant les ions obtenus ont des stabilités très variables, on peut conclure que les ions les plus stables seront observés en priorité et majoritairement. Ainsi l'intensité du pic relatif à un ion est dépendante de sa stabilité.

Pour les spectres de masse des composés organiques (nous nous limiterons à cette série) les règles à appliquer sont celles de la stabilité des carbocations (pour les ion positifs, bien entendu). Deux règles jouent un rôle déterminant

  • Règle de substitution (alkyle) :

les effets inductifs donneurs de groupements alkyles "apportent" à l'atome porteur de la charge un complément de densité électronique qui stabilise l'ion ; ainsi les carbocations tertiaires sont plus stables que les secondaires et à fortiori plus stables que les carbocations primaires . Notons qu'en fait, le problème de la localisation de la charge est un problème complexe...

est plus stable que l'ion aussi plus stable que l'ion

  • Règle de délocalisation :

les charges portées par un atome de carbone en d'une insaturation (position allylique et benzylique) ou en d'un hétéroatome portant des paires libres, sont stabilisées par délocalisation (effet mésomère ou de résonance) :

Règles générales :

  • l'intensité relative du pic parent P est maximum pour les composés linéaires (Conséquence de la règle de substitution)

  • dans une série homologue l'intensité relative de P diminue quand la masse moléculaire augmente (plus de fragments possibles)

  • les coupures de liaison se font préférentiellement sur les carbones les plus substitués (Règle de substitution)

  • les insaturations, liaison multiple, cycle et plus nettement encore les cycles aromatiques stabilise l'ion parent

  • les doubles liaisons favorisent les coupures allyliques (Règle de délocalisation), coupure en * de la double liaison)

  • les cycles ont tendance à perdre leur chaîne latérale (Règle de substitution)

  • pour les aromatiques la coupure en du cycle est favorisée (règles 5 et 6)

  • la coupure en des hétéroatomes est favorisée (Règle de délocalisation)

Remarque

* : en matière de fragmentation les points de rupture sont les liaisons ; en conséquence les positions et sont relatvies à la première ou à la deuxième liaison à partir du site ou de l'atome de référence, alors que la réactviité chimique évoque les sites réactifs et donc les atomes en et ; il est clair qu'un spectro de masse ne peut réaliser de fission nucléaire et que les coupures ne peuvent pas concerner les noyaux !

Légende :
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