3-1、 Friedel-Crafts 醯基化反應 3-1-1、 實驗結果
16
120,133, 190*
120,133, 204*
161,176* 134,147,
175,190* 134,147,
189,204* 134,147, 203,218*
滯留
175,190* 148,161,
189,204* 148,161,
203,218* 148,161, 217,232*
滯留
160,173, 202*
160,173, 216*
160,173, 230*
160,173, 244*
滯留
時間 14.10 15.18 16.80 18.95 20.70 21.82
共通性
離子 91,115,117,131,159
特徵
離子 188* 174,187, 202*
174,187, 216*
174,187, 230*
174,187, 244*
174,187, 258*
滯留
時間 10.93 12.03 13.26 14.45 15.84 17.64
共通性 77,92,107,135
17 離子
特徵
離子 164* 150,163, 178*
150,163, 192*
150,163, 206*
150,163, 220*
150,163, 234*
162,175, 218*
162,175, 232*
162,175, 246*
18
3-1-2、 質譜數據討論
1-苯基-烷酮類化合物具有共通性的質譜離子碎片，其中多數產物的基峰 (base peak)為 m/z=105(編號 1a~1f)、119(編號 2a~2f)、133(編號 3a~3f)、
145(編號 4a~4f)、159(編號 5a~5f)、135(編號 6a~6f)、147(編號 7a~7f)、
111(編號 8a~8f)等，其數值與結構中芳香環的種類相關，而與烷基側鏈碳數 無關，其來自於化合物結構中羰基與α-碳間之碳-碳鍵產生
α-斷裂(α-cleavage)所生成[14]，因斷裂後所產生帶正電之羰基陽離子相當穩定，故其強 度為所有碎裂離子中含量最高。
羰基與α-碳間之碳-碳鍵發生斷裂後產生之苯基羰基陽離子，有部分會 脫去一分子的 CO[15]，而產生m/z=77(編號 1a~1f)、91(編號 2a~2f)、105(編 號3a~3f)、117(編號 4a~4f)、131(編號 5a~5f)、107(編號 6a~6f)、119(編號 7a~7f)、83(編號 8a~8f)等芳香環陽離子，其特點為與 α-斷裂所產生之羰基 陽離子的 m/z 差距為 28，係為 CO 之質量數。
烷基側鏈的碳數在C4 以上時，因其結構中具有 γ-H，在質譜碎裂路徑 中會發生 McLafferty 重排現象[16]，而能觀察到 m/z=120(編號 1b~1f)、
134(編號 2b~2f)、148(編號 3b~3f)、160(編號 4b~4f)、174(編號 5b~5f)、
150(編號 6b~6f)、162(編號 7b~7f)、126(編號 8b~8f)等離子碎片，其 m/z 數 值僅與芳香環種類有關，與烷基側鏈碳數無關。
觀察此類化合物的質譜可發現，當烷基側鏈碳數增加時，發生 McLafferty 重排所產生之碎裂離子強度不斷提高，許多側鏈為 C8 的化合
19 1a~1f 相對應之 m/z=134、148、162、176、190、204 等，對於芳香基-1-烷酮 類化合物，受到 70eV 電子撞擊後，能形成足夠穩定的自由基陽離子，而顯
20
m/z =147 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =111 Thiophene
m/z =119 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =83 Thiophene
m/z =162 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =126 Thiophene
分子離子 M+
α-cleavage
McLafferty rearrangement
21
3-2、 溴化反應 3-2-1、 實驗結果
n= 化合物名稱
0 α-Bromopropiophenone (1aa) 1 α-Bromobutiophenone (1bb) 2 α-Bromovalerophenone (1cc) 3 α-Bromohexiophenone (1dd) 4 α-Bromoheptiophenone (1ee) 5 α-Bromooctiophenone (1ff)
以合成出之苯基-1-烷酮1a~1f 作為起始物，經溴化後，可得 6 種 α-溴-苯基-1-烷酮(編號 1aa~1ff)，其他起始物以此類推，共可得 48 種不同化合 物，所有產物均以氣相層析質譜儀分析，可得各化合物之層析滯留時間(單 位：分鐘)及質譜圖(m/z)等數據，滯留時間及質譜數據如下表 3 所示
22
51,77,105
特徵
65,91,119
特徵 離子
148,226,
228* 161 175,212, 214
189,212, 214
203,212, 214
212,214, 217
77,105,133
特徵 離子
162,240, 242*
175,254, 256*
148,189, 226,228
148,203, 226,228
148,217, 226,228
148,226, 228,231
滯留
時間 15.32 16.67 18.41 20.32 21.51 22.41
共通 性離 子
91,115,117,145
特徵 離子
174,252,
254* 188 160,201, 238,240
160,215, 238,240
160,229, 238,240
160,238, 240,243
滯留
時間 17.63 19.50 20.84 21.87 22.69 23.38
共通 性離 子
91,115,131,159
特徵 離子
188,266,
268* 202 174,215,
252,254 174,229,
252,254 174,243,
252,254 174,252, 254,257
滯留
時間 13.76 14.79 16.03 17.80 19.91 21.25
共通 性離 子
77,92,107,135
特徵 離子
164,242, 244*
178,228, 230,256,
258*
150,191, 228,230
150,205, 228,230
150,219, 228,230
150,228, 230,233
滯留
時間 16.31 17.91 19.80 21.16 22.14 22.92
23 共通
性離 子
65,91,119,147
特徵 離子
176,254, 256*
190,268, 270*
203,240, 242,254, 256,282,
284*
162,190, 217,240, 242,296,
298*
162,204, 231,240, 242,310,
312*
162,218, 225,227 240,242, 245,324,
326*
57,83,111
特徵 離子
140,218, 220*
126,153, 204,206 232,234*
126,140, 167,204,
206
126,139, 181,204,
206
126,139, 195,204,
206
126,139, 204,206
209 生 α-斷裂(α-cleavage) [14]之羰基陽離子，觀察到的 m/z=105(編號 1aa~1ff)、
119(編號 2aa~2ff)、133(編號 3aa~3ff)、145(編號 4aa~4ff)、159(編號
5aa~5ff)、135(編號 6aa~6ff)、147(編號 7aa~7ff)、111(編號 8aa~8ff)，其數 值僅與芳香環種類有關，而與烷基側鏈碳數無關，另與苯基-1-烷酮類相同，
部分羰基陽離子亦會脫去一分子 CO[15]，產生m/z=77(編號 1aa~1ff)、91(編 號2aa~2ff)、105(編號 3aa~3ff)、117(編號 4aa~4ff)、131(編號 5aa~5ff)、
107(編號 6aa~6ff)、119(編號 7aa~7ff)、83(編號 8aa~8ff)等芳香環陽離子。
溴化產物較為特殊的是，當烷基側鏈碳數在C4 以上時，以化合物 1bb~1ff 為例，可觀察到一組 m/z=147、161、175、189、203 的離子碎片，
24 排現象的離子碎片，8 組數值分別為 m/z=198/200(編號 1cc~1ff)、
212/214(編號 2cc~2ff)、226/228(編號 3cc~3ff)、238/240(編號 4cc~4ff)、
252/254(編號 5cc~5ff)、228/230(編號 6cc~6ff)、240/242(編號 7cc~7ff)、
204/206(編號 8cc~8ff)，此組數值僅與芳香環種類相關，而與烷基側鏈碳數 無關，與上一步產物重排所產生之離子碎片的最大差異在於，此組離子碎片 可觀察到 m/z=212/214(編號 1aa)、226/228(編號 2aa)、240/242(編號 3aa)、
252/254(編號 4aa)、266/268(編號 5aa)、242/244(編號 6aa)、254/256(編號
25
7aa)、218/220(編號 8aa)等分子離子訊號，少部分於烷基側鏈為 C4 時仍能 觀察到，如：化合物3bb 的 m/z=254/256、6bb 的 m/z=256/258、7bb 的 m/z=254/256、8bb 的 m/z=232/234，其中最特別的是，以二氫苯并呋喃 (Dihydrobenzofuran)作為芳香環所合成之化合物 7aa~7ff 皆能觀察到
m/z=254/256、268/270、282/284、296/298、310/312、324/326 等相對應之分 子離子，其餘化合物則無法觀察到明顯的分子離子，研判除化合物 7cc~7ff 外，其他帶有碳數較多之烷基側鏈的化合物結構難以形成穩定之分子離子。
其餘離子碎片，有來自於烷基側鏈或芳香環的斷裂，隨著烷基側鏈碳數 增加，可能產生的離子碎片也更趨多元，此類化合物離子碎片最重要的辨識 特徵即在於若離子結構具有溴原子，便能觀察到一組質量數相差為 2，且強 度相近之碎裂峰，此溴化產物詳細質譜斷裂情形詳如圖 13 所示。
26
m/z =147 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =111 Thiophene
m/z =119 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =83 Thiophene
m/z =240/242 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =204/206 Thiophene
m/z = m.w - 79 α-cleavage
McLafferty rearrangement
27
3-2-3、 反應副產物
此步反應，屬酸性催化羰基α-溴化反應，藉由羰基在酸性條件下，進行 互變異構化(tautomerism)，又稱 keto-enol 轉換，可使原來之烷酮轉換成烯醇 結構與溴分子進行反應，其反應機構如圖14 所示。
28
0 α-Pyrrolidinopropiophenone (1aaa) α-PPP 1 α- Pyrrolidinobutiophenone (1bbb) α-PBP 2 α- Pyrrolidinovalerophenone (1ccc) α-PVP 3 α- Pyrrolidinohexiophenone (1ddd) α-PHP 4 α- Pyrrolidinoheptiophenone (1eee) α-PHPP 5 α- Pyrrolidinooctiophenone (1fff) α-POP
以溴化產物1aa~1ff 作為起始物，經此合成反應後，可得 6 種 α-四氫吡 咯-苯基-1-烷酮，予以編號 1aaa~1fff，其他起始物以此類推，共可得 48 種 不同化合物，所有產物均以氣相層析質譜儀分析，可得各化合物之層析滯留 時間(單位：分鐘)及質譜圖(m/z)等數據，滯留時間及質譜數據如下表 4 所 示
29
離子 69,70,77,105,133
特徵
離子 69,70,91,115,117,145
特徵
離子 69,70,91,115,131,159
特徵
離子 69,70,77,92,107,135
特徵
離子 69,70,91,119,147
30
31
3-3-2、 質譜數據討論
α-四氫吡咯-苯基-1-烷酮類物質的質譜特徵與前兩步不同，此組化合物 之基峰，並非為共通性離子，基峰質量數與芳香環種類無關，而與烷基側鏈 碳數有關，不論芳香環種類為何，烷基碳數為 C3 之化合物，基峰均為
m/z=98，碳數為 C4~C8 時，則基峰分別為 m/z=112、126、140、154、168。
此組離子來自於結構中氮原子 β 鍵斷裂產生亞胺結構的離子碎片(iminium 為例，其亞胺離子 m/z=98，而 98=70+14X2，故其四氫吡咯環外碳數為 2，
化合物 α-POP，其亞胺離子 m/z=168=70+14X7，故其環外碳數為 7，藉此通 式可推測此類離子可能之結構，亞胺離子另一個特徵是除原有的 m/z 值外，
都會有另一個質量數多1 的 m/z 值訊號(m/z=99、113、127、141、155、
169)，研判可能是化學鍵斷裂形成亞胺離子時，結構中氫原子發生轉移所 致。
除了產生通式為 70+14n 的亞胺離子外，位於氮原子另一側(烷基側鏈) 之β 鍵亦有可能發生斷裂，此處斷裂所產生的離子碎片，為損失烷基側鏈
32
所形成，故其 m/z 值與烷基碳數無關，僅與芳香環種類有關，圖譜中可觀 察到m/z=188(編號 1aaa~1fff)、192(編號 2aaa~2fff)、206(編號
3aaa~3fff)、218(編號 4aaa~4fff)、232(編號 5aaa~5fff)、208(編號
6aaa~6fff)、220(編號 7aaa~7fff)、184(編號 8aaa~8fff)即是此斷裂所產生，
此類碎裂離子與基峰之亞胺離子之 m/z 值能用於研判此類化合物中的胺基 種類。
此類化合物的質譜中均無未觀察到明顯之分子離子或是因 McLafferty 重排產生的離子碎片，且因亞胺離子的訊號強度明顯高出其他離子許多，
使得其他特徵及共通性離子的相對強度不明顯，導致圖譜判讀較不容易，
但能觀察到如：
芳香環羰基陽離子：m/z=105(編號 1aaa~1fff)、119(編號 2aaa~2fff)、
133(編號 3aaa~3fff)、145(編號 4aaa~4fff)、159(編號 5aaa~5fff)、135(編 號6aaa~6fff)、147(編號 7aaa~7fff)、111(編號 8aaa~8fff)。
芳香環陽離子：m/z=77(編號 1aaa~1fff)、91(編號 2aaa~2fff)、105(編 號3aaa~3fff)、117(編號 4aaa~4fff)、131(編號 5aaa~5fff)、107(編號 6aaa~6fff)、119(編號 7aaa~7fff)、83(編號 8aaa~8fff)及部分芳香環內的斷 裂所產生之共通性離子等。
烷基側鏈碳數為 C5 以上的化合物，可觀察到 m/z=84 的訊號，研判為 四氫吡咯環外兩側的β 鍵均斷裂所產生之離子碎片，可能之結構為 CH2=N+ -R(吡咯環)，如圖 16 所示，此組 m/z 訊號雖非特別明顯，但若能觀察到，搭
33
配亞胺離子的數值，便能有效應用於研判結構中是否含有四氫吡咯環。
圖16、可能之離子碎片
與苯基-1-烷酮類及α-溴-苯基-1-烷酮類物質相同，當化合物烷基側鏈碳 數增加時，發生不同模式斷裂的機率將有所提高，而能觀察到許多不同的 m/z 訊號，惟此類化合物質譜特性所致，即單一 m/z 訊號相當強烈，導致其 它離子碎片相對強度不明顯，而不易觀察及研判，此步反應產物詳細質譜斷 裂模式詳如圖 17 所示。
34
圖17、α-四氫吡咯-苯基-1-烷酮類質譜斷裂模式
iminium ions
m/z=98 , n=0; m/z=112, n=1
m/z =220 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =184 Thiophene
m/z =147 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =111 Thiophene
m/z =119 3,4-Dihydrobenzofurane m/z =83 Thiophene
R
2= (CH
2)
nCH
3α-cleavage
35
此類化合物質譜之判斷，需先了解 α-斷裂(α-cleavage)、McLafferty Rearrangement 等斷裂模式會產生的如羰基陽離子、芳香環陽離子、α-四氫吡 咯-芳香基-1-烷酮結構中氮原子 β 鍵斷裂所產生的亞胺離子等，詳細質譜判 斷的流程如圖 18~20 所示，依據流程圖所示，便可判斷特定化合物的結構。
36
圖18、化合物質譜判斷流程 1
37
圖19、化合物質譜判斷流程 2
圖20、化合物質譜判斷流程 3
38
圖18~20 所示之質譜判斷流程，是依據實驗中所得之各化合物質譜數 據，歸納整理出來的判斷流程，對於其他具有類似結構的化合物，除具特殊 結構，而有不同規律之化合物外，應該均適用，質譜分析除用於建立資料庫 供後續比對、確認外，重點在於利用所獲得之質譜數據歸納整理出之規則，
以利往後未知化合物結構之研判。
39 香環結構、烷基側鏈碳數外，歐洲已查獲側鏈具有甲氧基取代的Mexedrone