Isotopómero

Isotopómeros o isómeros isotópicos son isómeros que se diferencian por sustitución isotópica, y que tienen el mismo número de átomos de cada isótopo pero en diferente disposición. Por ejemplo, CH₃OD y CH₂DOH son dos isotopómeros de metanol monodeuterado.

Las moléculas pueden ser isómeros estructurales (isómeros constitucionales) o estereoisómeros dependiendo de la ubicación de los isótopos. Los isotopómeros tienen aplicaciones en áreas que incluyen la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, la cinética de reacciones y la bioquímica.

Descripción

Los isotopómeros o isómeros isotópicos son isómeros con átomos isotópicos, que tienen el mismo número de cada isótopo de cada elemento pero que difieren en sus posiciones en la molécula. El resultado es que las moléculas son isómeros constitucionales o estereoisómeros basados únicamente en su ubicación isotópica. El término isotopómero fue propuesto por primera vez por Seeman y Paine en 1992 para distinguir los isómeros isotópicos de los isotopólogos (homólogos isotópicos).

Ejemplos

• CH₃CHDCH₃ y CH₃CH₂CH₂D son un par de isótopos estructurales de propano.
• ()R)- y (S)₃CHDOH son estereoisómeros isotópicos de etanol.
• ()Z)- y (E)₃CH=CHD son ejemplos de estereoisómeros isotópicos de propeno.

Uso

RMN 13C

En la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, el isótopo 12C, muy abundante, no produce ninguna señal, mientras que el isótopo 13C, comparativamente raro, se detecta fácilmente. Como resultado, los isotopómeros de carbono de un compuesto se pueden estudiar mediante RMN de carbono 13 para conocer los diferentes átomos de carbono en la estructura. Cada estructura individual que contiene un único isótopo ¹³C proporciona datos sobre la estructura en su vecindad inmediata. Una muestra grande de una sustancia química contiene una mezcla de todos esos isotopómeros, por lo que un solo espectro de la muestra contiene datos sobre todos los carbonos que contiene. Casi todo el carbono en muestras normales de productos químicos a base de carbono es ¹²C, con solo alrededor del 1% de abundancia de ¹³C, por lo que solo hay alrededor del 1% de abundancia. del total de los isotopólogos sustituidos individualmente, y cantidades exponencialmente más pequeñas de estructuras que tienen dos o más ¹³C en ellas. El raro caso en el que dos átomos de carbono adyacentes en una sola estructura son ambos ¹³C provoca un efecto de acoplamiento detectable entre ellos, así como señales para cada uno de ellos. El experimento de correlación INADECUADO utiliza este efecto para proporcionar evidencia de qué átomos de carbono en una estructura están unidos entre sí, lo que puede ser útil para determinar la estructura real de una sustancia química desconocida.

Cinética de reacción

En la cinética de reacción, a veces se observa un efecto de velocidad entre diferentes isotopómeros de la misma sustancia química. Este efecto isotópico cinético se puede utilizar para estudiar los mecanismos de reacción analizando cómo el átomo de diferente masa participa en el proceso.

Bioquímica

En bioquímica, las diferencias entre los isotopómeros de productos bioquímicos como los almidones son de importancia práctica en arqueología. Ofrecen pistas sobre la dieta de los humanos prehistóricos que vivieron en el Paleolítico. Esto se debe a que el dióxido de carbono natural contiene ¹²C y ¹³C. Las monocotiledóneas, como el arroz y la avena, se diferencian de las dicotiledóneas, como las patatas y los árboles frutales, en las cantidades relativas de ¹²CO₂ y ¹³. CO₂ que incorporan a sus tejidos como productos de la fotosíntesis. Cuando se recuperan tejidos de tales sujetos, generalmente dientes o huesos, el contenido isotópico relativo puede dar indicaciones útiles sobre la fuente principal de los alimentos básicos de los sujetos de las investigaciones.

Cumomer

Un cumómero es un conjunto de isotopómeros que comparten propiedades similares y es un concepto relacionado con el análisis del flujo metabólico. El concepto se desarrolló en 1999. En una cascada metabólica, muchas moléculas contendrán el mismo patrón de etiquetado de isótopos. Para simplificar el análisis de tales cascadas, las moléculas con átomos etiquetados idénticamente se agregan en un molecular virtual llamado cumómero (una combinación de acumulativo e isotopómero).