Isotopeneffekt
Isotopeneffekt

== Kinetischer Isotopeneffekt ==
Isotopeneffekte sind generell sehr klein, da die verschiedenen Isotope eines Elements sehr ähnliche Massen haben. Die markante Ausnahme tritt beim leichtesten Element Wasserstoff auf: Da ein Deuterium doppelt so schwer ist wie ein Protium, haben chemische Bindungen mit Deuteronen eine erheblich tiefer liegende Nullpunktsschwingungsenergie, sie verhalten sich also quasi ''klassischer''. Damit einher geht eine deutlich erhöhte Aktivierungsenergie für Reaktionen, die diese Bindung brechen, mit der Folge, dass solche Reaktionen bei gleicher Temperatur deutlich langsamer verlaufen als bei Bindungen mit H-Atomen: Eine C—H-Bindung bricht bei Raumtemperatur rund siebenmal schneller als eine C—D-Bindung.
Deswegen zeigen viele Naturstoffe je nach ihrer Syntheseroute in der Natur eine charakteristische Isotopenverteilung von Deuterium, die mithilfe der NMR-Spektroskopie einfach nachgewiesen werden kann. Beispielsweise kann an dem Isotopenverhältnis von D zu H im Ethanol nachgewiesen werden, ob der Wein aus Traubenzucker, mithin aus Weintrauben vergoren wurde oder das Ethanol aus unerlaubt zugesetzter Saccharose, also Rübenzucker stammt. Viele begehrte Naturstoffe könnten heute relativ günstig künstlich hergestellt werden. Die naturidentische Isotopenverteilung nachzustellen wäre allerdings chemisch sehr anspruchsvoll und damit teurer als das Naturprodukt.
Auch bei der Untersuchung von chemischen Reaktionsmechanismen findet der kinetische Isotopeneffekt Anwendung. Dazu wird ein Wasserstoffatom, dessen Bindung während der Reaktion gebrochen wird (primärer Isotopeneffekt), oder ein benachbartes (sekundärer Isotopeneffekt), durch Deuterium ersetzt. Aus der durch NMR-Spektroskopie leicht feststellbaren Verteilung der Isotope im Reaktionsprodukt und eventuell auch aus Änderungen der Reaktionsgeschwindigkeit können dann Rückschlüsse auf den Reaktionsmechanismus gezogen werden.