Введение

Молекулы с одинаковыми изотопами в разных позициях Изотопомеры или изотопные изомеры - это изомеры, которые отличаются изотопной заменой и имеют одинаковое количество атомов каждого изотопа, но в другом расположении. Например, CH3OD и CH2DOH - это два изотомера монодеутерированного метанола. Молекулы могут быть либо структурными изомерами (конституционными изомерами), либо стереоизомерами в зависимости от расположения изотопов. Изотопомеры имеют применение в таких областях, как ядерная магнитно-резонансная спектроскопия, кинетика реакций и биохимия.

Описание

Изотопомеры или изотопные изомеры - это изомеры с изотопными атомами, имеющие одинаковое количество каждого изотопа каждого элемента, но отличающиеся по своим позициям в молекуле. В результате молекулы являются либо конституционными изомерами, либо стереоизомерами, основанными исключительно на изотопном расположении. Термин изотопом впервые был предложен Симаном и Пейном в 1992 году для отличия изотопных изомеров от изотопологов (изотопных гомологов).

Примеры

CH3CHDCH3 и CH3CH2CH2D - пара структурных изотопомеров пропана. (R) и (S) CH3CHDOH являются изотопными стереоизомерами этанола. (Z) и (E) CH3CH=CHD являются примерами изотопных стереоизомеров пропена.

13C-NMR

В ядерной магнитно-резонансной спектроскопии очень распространенный изотоп 12C не производит никакого сигнала, тогда как сравнительно редкий изотоп 13C легко обнаруживается. В результате изотопы углерода соединения могут быть изучены углеродной 13 НМР, чтобы узнать о различных атомах углерода в структуре. Каждая отдельная структура, содержащая один изотоп 13C, предоставляет данные о структуре в ее непосредственной близости. Большой образец химического вещества содержит смесь всех таких изотопомеров, поэтому один спектр образца содержит данные обо всех углеродах в нем. Почти весь углерод в нормальных образцах углеродных химических веществ составляет 12C, при этом только около 1% содержания 13C, поэтому в общей сложности изотопов, замещенных по отдельности, содержится только около 1% содержания, и экспоненциально меньшее количество структур, содержащих два или более 13C. Редкий случай, когда два смежных атома углерода в одной структуре являются 13C, вызывает обнаруживаемый эффект сцепления между ними, а также сигналы для каждого из них. Эксперимент корреляции INADEQUATE использует этот эффект для предоставления доказательств того, какие атомы углерода в структуре прикреплены друг к другу, что может быть полезно для определения фактической структуры неизвестного химического вещества.

Кинетика реакции

В кинетике реакции иногда наблюдается эффект скорости между различными изотомерами одного и того же химического вещества. Этот кинетический изотопный эффект может быть использован для изучения механизмов реакции путем анализа того, как атом с разной массой участвует в процессе.

Биохимия

В биохимии различия между изотомерами биохимических веществ, таких как крахмал, имеют практическое значение в археологии. Они дают намёки на питание доисторических людей, которые жили еще в палеолитные времена. Это связано с тем, что природный углекислый газ содержит как 12С, так и 13С. Монокоты, такие как рис и овес, отличаются от дикотов, таких как картофель и фрукты, относительным количеством 12CO2 и 13CO2, которые они включают в свои ткани в качестве продуктов фотосинтеза. Когда извлекаются ткани таких испытуемых, обычно зуб или кость, относительная изотопная концентрация может дать полезные указания на основной источник основных продуктов питания испытуемых.

Кумомер

Кумомер - это набор изотопомеров, имеющих схожие свойства, и является концепцией, которая относится к анализу метаболического потока. Концепция была разработана в 1999 году. В метаболическом каскаде многие молекулы будут содержать одинаковую модель маркировки изотопов. Для упрощения анализа таких каскадов молекулы с идентично обозначенными атомами агрегируются в виртуальную молекулу, называемую кумомером (слияние кумулятивного и изотопомера).