stringtranslate.com

Изотопомер

Изотопомеры изотопически модифицированного этанола. Молекула внизу слева не является изотопомером какой-либо другой изображенной молекулы.

Изотопомеры или изотопные изомеры — это изомеры , которые отличаются изотопным замещением и имеют одинаковое количество атомов каждого изотопа, но в разном расположении. Например, CH3OD и CH2DOH это два изотопомера монодейтерированного метанола .

Молекулы могут быть либо структурными изомерами (конституциональными изомерами), либо стереоизомерами в зависимости от расположения изотопов. Изотопомеры имеют приложения в таких областях, как спектроскопия ядерного магнитного резонанса , кинетика реакций и биохимия .

Описание

Изотопомеры или изотопные изомеры — это изомеры с изотопными атомами, имеющие одинаковое количество каждого изотопа каждого элемента , но различающиеся по их положению в молекуле. Результатом является то, что молекулы являются либо конституционными изомерами , либо стереоизомерами исключительно на основе изотопного расположения. Термин изотопомер был впервые предложен Симаном и Пейном в 1992 году для различения изотопных изомеров от изотопологов (изотопных гомологов). [1] [2]

Примеры

Использовать

13С-ЯМР

В спектроскопии ядерного магнитного резонанса очень распространенный изотоп 12 C не дает никакого сигнала, тогда как сравнительно редкий изотоп 13 C легко обнаруживается. В результате изотопомеры углерода соединения можно изучать с помощью ЯМР углерода-13, чтобы узнать о различных атомах углерода в структуре. Каждая отдельная структура, которая содержит один изотоп 13 C, предоставляет данные о структуре в непосредственной близости от нее. Большой образец химического вещества содержит смесь всех таких изотопомеров, поэтому один спектр образца содержит данные обо всех атомах углерода в нем. Почти весь углерод в обычных образцах химических веществ на основе углерода представляет собой 12 C, с содержанием 13 C всего около 1% , поэтому имеется лишь около 1% содержания от общего числа однозамещенных изотопологов и экспоненциально меньшее количество структур, имеющих в себе два или более 13 C. Редкий случай, когда два соседних атома углерода в одной структуре являются 13 C, вызывает обнаружимый эффект связи между ними, а также сигналы для каждого из них. Эксперимент по корреляции INADEQUATE использует этот эффект для предоставления доказательств того, какие атомы углерода в структуре присоединены 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 изотопомерами 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. [4]

Биохимия

В биохимии различия между изотопомерами биохимических веществ, таких как крахмалы, имеют практическое значение в археологии. Они дают ключи к диете доисторических людей, которые жили еще во времена палеолита. [ требуется ссылка ] Это связано с тем, что встречающийся в природе углекислый газ содержит как 12 C, так и 13 C. Однодольные , такие как рис и овес , отличаются от двудольных , таких как картофель и плоды деревьев , относительными количествами 12 CO 2 и 13 CO 2 , которые они включают в свои ткани в качестве продуктов фотосинтеза . Когда ткани таких субъектов извлекаются, обычно зубы или кости, относительное изотопное содержание может дать полезные указания на основной источник основных продуктов питания субъектов исследований.

Кумомер

Кумомер это набор изотопомеров, имеющих схожие свойства, и это концепция, которая относится к анализу метаболического потока . Концепция была разработана в 1999 году. [5] [6] В метаболическом каскаде многие молекулы будут содержать один и тот же шаблон изотопной маркировки. Чтобы упростить анализ таких каскадов, молекулы с одинаково маркированными атомами объединяются в виртуальную молекулу, называемую кумомером (объединение кумулятивного и изотопомера ). [5]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Seeman, Jeffrey I.; Secor, Henry V.; Disselkamp, ​​R.; Bernstein, ER (1992). «Конформационный анализ посредством селективного изотопного замещения: сверхзвуковое струйное спектроскопическое определение минимальной энергетической конформации о-ксилола». Журнал химического общества, Chemical Communications (9): 713. doi :10.1039/C39920000713.
  2. ^ Симан, Джеффри И.; Пейн, III, Дж. Б. (7 декабря 1992 г.). «Письмо редактору: 'Изотопомеры, изотопологи'». Новости химии и машиностроения . 70 (2). Американское химическое общество. doi : 10.1021/cen-v070n049.p002 .
  3. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «isotopomer». doi :10.1351/goldbook.I03352
  4. ^ Блейк, Майкл Э.; Бартлетт, Кевин Л.; Джонс, Мейтленд (2003). «Преобразование м-бензина в о-бензин посредством 1,2-сдвига фенильной группы» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 125 (21): 6485–6490. doi :10.1021/ja0213672. PMID  12785789.
  5. ^ ab Wiechert W, Möllney M, Isermann N, Wurzel M, de Graaf AA (1999). "Двунаправленные шаги реакции в метаболических сетях: III. Явное решение и анализ систем маркировки изотопомеров". Биотехнология и биоинженерия . 66 (2): 69–85. doi :10.1002/(SICI)1097-0290(1999)66:2<69::AID-BIT1>3.0.CO;2-6. PMID  10567066.
  6. ^ Yang TH, Frick O, Heinzle E (март 2008 г.). «Гибридная оптимизация для анализа метаболического потока 13C с использованием систем, параметризованных компактификацией». BMC Systems Biology . 2 (1): 29. doi : 10.1186/1752-0509-2-29 . PMC 2333969 . PMID  18366780. 

Дальнейшее чтение