изотопомер

Изотопомеры или изотопные изомеры — это изомеры , которые различаются изотопным замещением и имеют одинаковое количество атомов каждого изотопа, но в разном расположении. Например, CH ₃ OD и CH ₂ DOH — два изотопомера монодейтерированного метанола .

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

Описание

Изотопомеры или изотопные изомеры — это изомеры с изотопными атомами, имеющими одинаковое количество каждого изотопа каждого элемента , но различающиеся их положениями в молекуле. В результате молекулы представляют собой либо конституциональные изомеры , либо стереоизомеры, основанные исключительно на изотопном расположении. Термин изотопомер был впервые предложен Симаном и Пейном в 1992 году, чтобы отличить изотопные изомеры от изотопологов (изотопных гомологов). ^[1]^[2]

Примеры

CH ₃ CHDCH ₃ и CH ₃ CH ₂ CH ₂ D — пара структурных изотопомеров пропана .
( R )- и ( S )-CH ₃ CHDOH являются изотопными стереоизомерами этанола .
( Z )- и ( E )-CH ₃ CH=CHD являются примерами изотопных стереоизомеров пропена . ^[3]

Использовать

¹³С-ЯМР

В спектроскопии ядерного магнитного резонанса очень распространены ¹²Изотоп C не дает никакого сигнала, тогда как сравнительно редкий ¹³Изотоп С 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, содержащая один ¹³Изотоп C предоставляет данные о структуре в непосредственной близости от него. Большой образец химического вещества содержит смесь всех таких изотопомеров, поэтому единственный спектр образца содержит данные обо всех атомах углерода в нем. Почти весь углерод в обычных образцах углеродосодержащих химикатов находится ¹²C, с содержанием лишь около 1 % ¹³C, поэтому общее количество однократно замещенных изотопологов составляет всего около 1% и экспоненциально меньшее количество структур, имеющих два или более ¹³С в них. Редкий случай, когда два соседних атома углерода в одной структуре оба являются ¹³C вызывает заметный эффект связи между ними, а также сигналы для каждого из них. Неадекватный корреляционный эксперимент использует этот эффект для получения 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 реакций иногда наблюдается эффект скорости между разными изотопомерами одного и того же химического вещества. Этот кинетический изотопный эффект можно использовать для изучения механизмов реакции путем анализа того, как в процессе участвуют атомы разной массы. ^[4]

Биохимия

В биохимии различия между изотопомерами биохимических веществ, таких как крахмалы, имеют практическое значение в археологии. Они предлагают ключ к разгадке рациона доисторических людей, живших еще во времена палеолита. ^{[ нужна ссылка ]} Это связано с тем, что встречающийся в природе углекислый газ содержит оба ¹²С и ¹³C. Однодольные растения , такие как рис и овес , отличаются от двудольных растений , таких как картофель и плодовые деревья , относительным количеством ¹²СО ₂ и ¹³CO ₂ , который они включают в свои ткани в качестве продуктов фотосинтеза . Когда ткани таких субъектов восстанавливаются, обычно зуб или кость, относительное содержание изотопов может дать полезные указания об основном источнике основных продуктов питания субъектов исследований.

Кумомер

Кумомер , представляет собой набор изотопомеров имеющих схожие свойства, и представляет собой концепцию, относящуюся к анализу метаболических потоков . Концепция была разработана в 1999 году. ^[5]^[6] В метаболическом каскаде многие молекулы будут иметь одинаковую схему мечения изотопов. Чтобы упростить анализ таких каскадов, молекулы с одинаково помеченными атомами объединяются в виртуальную молекулу, называемую кумомером (объединение кумулятивного и изотопомера ). ^[5]

См. также

Ссылки

^ Симан, Джеффри И.; Секор, Генри В.; Дисселькамп, Р.; Бернштейн, 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 . Проверено 25 марта 2019 г.
^ Симан, Джеффри И.; Пейн, III, JB (7 декабря 1992 г.). «Письмо в редакцию: «Изотопомеры, изотопологи» » . Новости химии и техники . 70 (2). Американское химическое общество. doi : 10.1021/cen-v070n049.p002 .
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Изотопомер ». дои : 10.1351/goldbook.I03352
^ Блейк, Майкл Э.; Бартлетт, Кевин Л.; Джонс, Мейтленд (2003). « Превращение м -бензина в о -бензин посредством 1,2-сдвига фенильной группы» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 125 (21): 6485–6490. дои : 10.1021/ja0213672 . ПМИД 12785789 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Вихерт В., Мёллни М., Изерманн Н., Вурцель М., де Грааф А.А. (1999). «Этапы двунаправленных реакций в метаболических сетях: III. Явное решение и анализ систем мечения 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 . ПМИД 10567066 .
^ Ян Т.Х., Фрик О., Хайнцле Э. (март 2008 г.). «Гибридная оптимизация анализа метаболического потока 13C с использованием систем, параметризованных путем компактификации» . Системная биология BMC . 2 (1): 29. дои : 10.1186/1752-0509-2-29 . ПМЦ 2333969 . ПМИД 18366780 .

Дальнейшее чтение

Ян Т.Д. (2013). «Анализ метаболических потоков на основе 13C: основы и практика». Системная метаболическая инженерия . Методы молекулярной биологии. Том. 985. Клифтон, Нью-Джерси, стр. 297–334. дои : 10.1007/978-1-62703-299-5_15 . ISBN 978-1-62703-298-8 . ПМИД 23417810 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[Seeman-1] Симан, Джеффри И.; Секор, Генри В.; Дисселькамп, Р.; Бернштейн, 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 . Проверено 25 марта 2019 г.

[2] Симан, Джеффри И.; Пейн, III, JB (7 декабря 1992 г.). «Письмо в редакцию: «Изотопомеры, изотопологи» » . Новости химии и техники . 70 (2). Американское химическое общество. doi : 10.1021/cen-v070n049.p002 .

[3] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Изотопомер ». дои : 10.1351/goldbook.I03352

[4] Блейк, Майкл Э.; Бартлетт, Кевин Л.; Джонс, Мейтленд (2003). « Превращение м -бензина в о -бензин посредством 1,2-сдвига фенильной группы» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 125 (21): 6485–6490. дои : 10.1021/ja0213672 . ПМИД 12785789 .

[Wiechert99-5] Перейти обратно: ^а ^б Вихерт В., Мёллни М., Изерманн Н., Вурцель М., де Грааф А.А. (1999). «Этапы двунаправленных реакций в метаболических сетях: III. Явное решение и анализ систем мечения 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 . ПМИД 10567066 .

[6] Ян Т.Х., Фрик О., Хайнцле Э. (март 2008 г.). «Гибридная оптимизация анализа метаболического потока 13C с использованием систем, параметризованных путем компактификации» . Системная биология BMC . 2 (1): 29. дои : 10.1186/1752-0509-2-29 . ПМЦ 2333969 . ПМИД 18366780 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]