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.
Isotopomers or isotopic isomers are isomers which differ by isotopic substitution, and which have the same number of atoms of each isotope but in a different arrangement. For example, CH3OD and CH2DOH are two isotopomers of monodeuterated methanol. The molecules may be either structural isomers (constitutional isomers) or stereoisomers depending on the location of the isotopes. Isotopomers have applications in areas including nuclear magnetic resonance spectroscopy, reaction kinetics, and biochemistry.
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).