Ejercicio - Espectrometría de masas
Ejercicio de Técnicas de identificación de la materia
\( \textbf{Ejercicio.} \) Con la fórmula molecular \( \text{C}_4\text{H}_9\text{Cl} \) se pueden establecer cuatro isómeros diferentes. La siguiente tabla recoge la información, en porcentajes de abundancia relativa, de los espectros de masas de los diferentes isómeros, descritos como A, B, C y D. A partir de la información de las intensidades de los picos, determina a qué isómero corresponde cada columna, justificando tu respuesta. \( \textbf{(Considera la masa atómica del cloro: } A(\text{Cl}) = 35 \, \text{u}) \)
\[ \begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline \textbf{m/z} & \textbf{A} & \textbf{B} & \textbf{C} & \textbf{D} \\ \hline 92 \, (M^+) & - & - & - & - \\ 57 \, (M{-}35)^+ & 5{,}8 & 100 & 100 & 1{,}8 \\ 56 \, (M{-}36)^+ & 100 & 92{,}6 & 8{,}1 & 5{,}3 \\ 43 \, (M{-}49)^+ & 36{,}6 & 1{,}7 & - & 100 \\ 42 \, (M{-}50)^+ & 5{,}0 & 3{,}6 & 3{,}2 & 46{,}1 \\ 41 \, (M{-}51)^+ & 57{,}5 & 64{,}1 & 66{,}8 & 50{,}2 \\ 39 \, (M{-}53)^+ & 10{,}0 & 17{,}3 & 17{,}9 & 12{,}8 \\ 29 \, (M{-}63)^+ & 16{,}7 & 39{,}3 & 22{,}3 & 6{,}0 \\ \hline \end{array} \]
Solución de los Apartados
\[ \begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline \textbf{m/z} & \textbf{A} & \textbf{B} & \textbf{C} & \textbf{D} \\ \hline 92 \, (M^+) & - & - & - & - \\ 57 \, (M{-}35)^+ & 5{,}8 & 100 & 100 & 1{,}8 \\ 56 \, (M{-}36)^+ & 100 & 92{,}6 & 8{,}1 & 5{,}3 \\ 43 \, (M{-}49)^+ & 36{,}6 & 1{,}7 & - & 100 \\ 42 \, (M{-}50)^+ & 5{,}0 & 3{,}6 & 3{,}2 & 46{,}1 \\ 41 \, (M{-}51)^+ & 57{,}5 & 64{,}1 & 66{,}8 & 50{,}2 \\ 39 \, (M{-}53)^+ & 10{,}0 & 17{,}3 & 17{,}9 & 12{,}8 \\ 29 \, (M{-}63)^+ & 16{,}7 & 39{,}3 & 22{,}3 & 6{,}0 \\ \hline \end{array} \]
Solución: Queremos identificar a qué isómero de fórmula molecular \( \text{C}_4\text{H}_9\text{Cl} \) corresponde cada espectro (columnas A, B, C y D), basándonos en los fragmentos observados en el espectro de masas. \( \textbf{A: 1-clorobutano} \) El pico base está en \( m/z = 56 \), que se produce al perder una molécula de HCl. El fragmento resultante es: \[ \text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2^+ \] Esto encaja bien con un clorobutano lineal. También aparece un pico en \( m/z = 41 \), que puede deberse a una fragmentación secundaria. Por tanto, la columna A corresponde al \( \textbf{1-clorobutano} \). \( \textbf{B: 2-clorobutano} \) El pico base está también en \( m/z = 57 \), que indica la pérdida del átomo de cloro (Cl) y deja un ion tipo: \[ \text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2^+ \] También se observa un pico muy intenso en \( m/z = 56 \) (pérdida de HCl), y un pico en \( m/z = 41 \), que es común en fragmentaciones con estructura ramificada. El pico \( m/z = 43 \) (ion \( \text{CH}_3\text{CH}^+ \)) no aparece destacado, por lo que es poco probable que sea un isómero ramificado. Así que la columna B corresponde al \( \textbf{2-clorobutano} \). \( \textbf{C: 2-cloro-2-metilpropano} \) El pico base en \( m/z = 57 \) aparece por pérdida de un Cl, y el ion formado es: \[ \text{CH}_3{-}\text{C}^+(\text{CH}_3){-}\text{CH}_3 \] También hay un pico fuerte en \( m/z = 41 \), que puede corresponder a la pérdida adicional de HCl o de un grupo metilo. Por tanto, la columna C corresponde al \( \textbf{2-cloro-2-metilpropano} \). \( \textbf{D: 1-cloro-2-metilpropano} \) El pico base está en \( m/z = 43 \), que se forma al perder simultáneamente el cloro y un grupo metilo. Esto es característico de estructuras ramificadas como: \[ ((\text{CH}_3)_2\text{CH}){-} \] También aparece un pico en \( m/z = 42 \), debido a la pérdida de HCl. Así que la columna D corresponde al \( \textbf{1-cloro-2-metilpropano} \). \( \textbf{Resumen de asignaciones:} \) \[ \begin{align*} \textbf{A} &\rightarrow \text{1-clorobutano} \\ \textbf{B} &\rightarrow \text{2-clorobutano} \\ \textbf{C} &\rightarrow \text{2-cloro-2-metilpropano} \\ \textbf{D} &\rightarrow \text{1-cloro-2-metilpropano} \end{align*} \]