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 .
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]
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.
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]
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 — 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]