15.3 : Espectrometría de Masas: Fragmentación de Cicloalcanos.

En la espectrometría de masas, los cicloalcanos presentan patrones de fragmentación distintivos debido a la estabilidad inherente de sus iones moleculares en comparación con los alcanos lineales o ramificados. La estructura de anillo de los cicloalcanos proporciona estabilidad adicional a los iones moleculares, lo que a menudo da como resultado picos de iones prominentes en el espectro de masas.

Por ejemplo, los iones moleculares de ciclohexano tienen una relación masa-carga (m/z) de 84, que tiende a producir una señal más fuerte que los alcanos lineales como el hexano. Esta estabilidad proviene de la estructura de anillo cerrado, que estabiliza el ion. Una vía de fragmentación común para el ciclohexano implica la pérdida de una molécula de etileno (C2H4), dejando atrás un catión radical con una m/z de 56. Este catión resultante es altamente estable y con frecuencia forma el pico base, la señal más intensa en el espectro de masas.

Figura 1. Fragmentación del ion molecular ciclohexano.

Los cicloalcanos ramificados, como el metilciclopentano, presentan vías de fragmentación adicionales debido a las cadenas laterales. Junto con la pérdida típica de etileno, el ion molecular también puede perder cadenas laterales, como un grupo metilo (CH3). Por ejemplo, el ion molecular puede perder un radical metilo (CH3•), lo que da como resultado un catión ciclopentilo. Este catión ciclopentilo se fragmenta aún más, lo que generalmente conduce a la pérdida de etileno, lo que da como resultado un catión radical propilo estable.

Estos patrones de fragmentación demuestran cómo las estructuras de anillo y la ramificación afectan la estabilidad de los iones en el espectrómetro de masas. La pérdida característica de moléculas pequeñas como el etileno y las cadenas laterales produce cationes altamente estables, que se observan como picos prominentes en el espectro.

Figura 2. Fragmentación del metil ciclopentano en (arriba) eteno y un radical catión butilo; (abajo) un radical metilo y un carbocatión ciclopentilo, seguido de una mayor fragmentación del carbocatión ciclopentilo.