Меченные соединения

Меченные соединения
Часть 1. Основные понятия
Лекции для студентов химического
факультета МГУ имени М.В. Ломоносова
к.х.н., доцент Бадун Геннадий Александрович
Меченые соединения
Все радионуклиды существуют в какой-то
химической форме. Химические соединения,
имеющие в своем составе радионуклиды,
называются мечеными соединениями.
Метка может быть и нерадиоактивной. Например,
тяжелая вода – это вода, в которой атомы протия
замещены на атомы дейтерия 2Н2О (D2O).
Определение: Меченые соединения - химические
соединения, в которых атомы одного или нескольких
элементов имеют изотопный состав, отличающийся от
природного.
НОМЕНКЛАТУРА МЕЧЕНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Два типа изотопно-модифицированных соединений:
(1) изотопно-замещенные (isotopically substituted)
(2) изотопно-меченные (isotopically labeled)
Изотопно-замещенное соединение:
все молекулы соединения содержат в указанных
положениях определенный нуклид. Во всех остальных
положениях изотопный состав не отличается от
природного.
Изотопно-меченное соединение:
смесь изотопно-немодифицированного соединения с
одним или более его изотопно-замещенными
аналогами.
Написание формул
изотопно-замещенных соединений
14CH
4
CH3-14COOH
CH23H-COOH
неправильно:
14CH -COOH
3
C3HH2-COOH
Написание названий
изотопно-замещенных соединений
14CH
4
CH3-14COOH
(14С)метан
(1-14С)уксусная
кислота
CH32H
C2H2Cl2
(2H1)метан
14CH -COOH
3
(2-14С)уксусная
кислота
CH2H2-CH35Cl-CH3
дихлор(2H2)метан 2-(35Cl)хлор(1-2H2)пропан
CH2H2-СН2-COOH
(3-2H2)пропионовая кислота
Типы изотопно-меченных соединений
• Специфично-меченные соединения
Specifically labeled compounds
• Селективно-меченные соединения
Selectively labeled compounds
• Неселективно-меченные соединения
Nonselectively labeled compounds
• Изотопно-дефицитные соединения
Isotopically deficient compounds
Специфично-меченное соединение –
смесь определенного изотопно-замещенного соединения
с изотопно-немодифицированным.
Изотопнозамещенное
соединение
+
Формулы изотопнозамещенных соединений
Изотопнонемодифицированное
соединение
=
Формулы специфичномеченных соединений
Специфичномеченное
соединение
Написание названий
специфично-меченных соединений
[14C]H4
CH3-[14C]OOH
[14С]метан
[1-14С]уксусная
кислота
CH3[2H]
C[2H]2Cl2
[2H1]метан
дихлор[2H2]метан
[14C]H3-COOH
[2-14С]уксусная
кислота
CH[2H]2-CH[35Cl]-CH3
2-[35Cl]хлор[1-2H2]пропан
CH[2H]2-СН2-COOH
[3-2H2]пропионовая кислота
Селективно-меченное соединение –
смесь изотопно-замещенных соединений, формально
добавленных к изотопно-немодифицированному
соединению таким образом, что в определенных
позициях молекулы находится неопределенное число
меток. Таки образом селективно-меченные соединения
можно представить как смесь специфически-меченных
соединений.
Селективно-меченные соединения нельзя описать
единственной структурной формулой.
Соответственно, символы нуклида помещают в
квадратные скобки с указанием положения в
молекуле. Различные нуклиды записываются в
алфавитном порядке символов, для одинаковых
атомных символов – запись в порядке увеличения
массовых чисел.
Смесь
изотопнозамещенных
соединений
любая смесь
двух или более
типов молекул
или любая смесь
двух типов молекул
+
Изотопнонемодифицированное
соединение
=
Селективномеченное
соединение
Смесь
изотопнозамещенных
соединений
+
Изотопнонемодифицированное
соединение
=
Селективномеченное
соединение
[2H]метан
[1-2H]этанол
[1-14C]этил[3-14C]пропионат
Неселективно-меченное соединение –
меченое химическое соединение, в котором количество атомов
изотопной метки и их положение в молекуле не определены.
[13C]бутановая кислота
[13C]масляная кислота
Изотопно-дефицитное соединение –
химическое соединение, в котором один или несколько
нуклидов присутствуют в количестве меньшем, чем
следует из природного соотношения.
трихлор[def13C]метан
[def13C]хлороформ
Классификация меченых соединений
соответствует общепринятой квалификации химических соединений
35S
K235SO4
Простые вещества
Неорганические
соединения
(CH3CH2O)235SO2
Органические
соединения
Классификация радионуклидов по типу излучений
210Po, 224Ra, 222Rn
α-излучатели
35S, 3H, 14C, 11C
β-излучатели
60Co, 99mTc, 131I
γ-излучатели
Классификация радионуклидов
по отношению к живой материи
35S, 3H, 14C, 32P
Радионуклиды
биогенных элементов
60Co, 64Cu, 91Y
Радионуклиды металлов
(микроэлементов)
99mTc, 144Pr, 239Pu
Радионуклиды
искусственных элементов
Способы получения радионуклидов
 Выделение из природных объектов (полезные
ископаемые и т.п.)
 Выделение из отработанного ядерного топлива
 Облучении материалов в ядерном реакторе,
реакция (n,γ)
 Облучение мишеней на циклотронах потоками
заряженных частиц (протоны, дейтроны, более
тяжелые ядра) реакции (p,n), (d,n) и другие
 Особый случай: изотопные генераторы
Методы получения меченых
соединений
Химический синтез
Изотопный обмен
Биосинтез
Ядерно-химические методы
Физико-химические методы
Основные требования к радиохимическому синтезу
 Радионуклиды получают обычно в простых химических формах (простое
вещество, оксид, соль). Задача радиохимии разработать простой и
эффективный способ переведения радионуклида в нужную химическую
форму.
 Требования к такому синтезу:
 Если для получения соединения требуется многостадийный синтез, то
метку надо вводить по возможности на последних стадиях как с позиций
радиационной безопасности, так и по экономическим соображениям.
Меченое соединений обычно дороже любого сложного немеченого
предшественника, а в случае многостадийного синтеза с участием
меченого соединения неизбежны потери ввиду того, что химический
выход никогда не бывает 100 %-ным.
 При синтезе соединений с высокой удельной радиоактивностью
необходимо использовать малые количества реагентов, фактически речь
идет о микросинтезе, для которого требуются специальное оборудование
и методы работы.
 При работе с большими радиоактивностями требуется обеспечение
особых мер техники безопасности.
 Иногда необходимо учитывать влияние ионизирующих излучений на ход
реакции (радиолиз исходных соединений и продуктов реакции).