Punto isosbéstico

En espectroscopia , un punto isobéstico es una longitud de onda, número de onda o frecuencia específica en la que la absorbancia total de una muestra no cambia durante una reacción química o un cambio físico de la misma. La palabra deriva de dos palabras griegas: «iso», que significa «igual», y «sbestos», que significa «extinguible». ^{[ 1 ]}

Un punto isosbéstico corresponde a una absorbancia${\displaystyle A_{\lambda }}$a una longitud de onda fija${\displaystyle \lambda }$que permanece fijo ^{[ 1 ]} . La absorbancia se puede escribir como la suma de las absorbancias de cada especie ( ley de Beer-Lambert ). $${\displaystyle A_{\lambda }=\ell \sum _{i=1}^{n}\epsilon _{i}(\lambda )c_{i}\,,}$$ dónde${\displaystyle c_{i}}$la concentración de la especie i,${\displaystyle \ell }$la longitud del camino óptico. Por definición, un punto isosbéstico puede interpretarse como una combinación lineal fija de concentraciones de especies, $${\displaystyle L=\sum _{i}^{n}b_{i}c_{i},\ \ \ {\frac {dL}{dt}}=0\,,}$$ es decir, un punto isóstico es una ley de conservación. ^{[ 2 ]}

El libro de oro de la IUPAC ^{[ 1 ]} proporciona como ejemplo la reacción $${\displaystyle A+B\rightarrow cC+dD+eE\,,}$$ lo que conducirá a un punto isosbéstico si $${\displaystyle \epsilon _{A}(\lambda )+\epsilon _{B}(\lambda )=c\ \epsilon _{C}(\lambda )+d\ \epsilon _{D}(\lambda )+e\ \epsilon _{E}(\lambda )\,,}$$

Los puntos isosbésticos pueden observarse en diversas técnicas ^{[ 3 ]} (por ejemplo, UV-VIS, IR, RMN). En UV-VIS, un punto isosbéstico suele interpretarse como indicativo de la ocurrencia de una única reacción linealmente independiente.

Los ejemplos más simples de puntos isobésticos involucran solo dos especies, pero los puntos isobésticos no implican la participación de solo dos especies (por ejemplo, el ejemplo de la IUPAC involucra 5 especies), lo cual es una idea errónea común ^{[ 1 ]} .

Cuando se construye un gráfico isobéstico mediante la superposición de los espectros de absorción de dos especies (ya sea utilizando la absortividad molar para la representación o utilizando la absorbancia y manteniendo la misma concentración molar para ambas especies), el punto isobéstico corresponde a una longitud de onda en la que estos espectros se cruzan.

Un par de sustancias pueden tener varios puntos isobésticos en sus espectros.

Cuando una reacción química 1:1 (un mol de reactivo produce un mol de producto ) , incluyendo los equilibrios químicos , involucra un par de sustancias con un punto isobéstico, la absorbancia de la mezcla de reacción a esta longitud de onda permanece invariable, independientemente del grado de avance de la reacción (o de la posición del equilibrio químico). Esto se debe a que ambas sustancias absorben la luz de esa longitud de onda específica en la misma medida, y la concentración analítica se mantiene constante.

Para la reacción:

${\displaystyle X\rightarrow Y}$

La concentración analítica es la misma en cualquier punto de la reacción:

${\displaystyle c_{X}+c_{Y}=c\,}$.

La absorbancia de la mezcla de reacción (suponiendo que depende únicamente de X e Y) es:

${\displaystyle A=l\cdot (\epsilon _{X}c_{X}+\epsilon _{Y}c_{Y})}$.

Pero en el punto isosbéstico, ambas absortividades molares son iguales:

${\displaystyle \epsilon _{X}=\epsilon _{Y}=\epsilon \,}$.

Por lo tanto, la absorbancia

${\displaystyle A=l\cdot (\epsilon _{X}c_{X}+\epsilon _{Y}c_{Y})=l\cdot \epsilon \cdot (c_{X}+c_{Y})=l\cdot \epsilon \cdot c}$

no depende del grado de reacción (es decir, de las concentraciones particulares de X e Y)

El requisito para que se produzca un punto isobéstico en este ejemplo es que las dos especies involucradas estén relacionadas linealmente por estequiometría, de modo que la absorbancia sea invariante a una determinada longitud de onda. Ahora también se puede ver fácilmente que no se debe esperar un punto isobéstico para dos reacciones sucesivas:

${\displaystyle X\rightarrow Y\rightarrow Z}$

Como entonces necesitaríamos que existiera una longitud de onda${\displaystyle \lambda ^{*}}$en el que los tres espectros se intersecan simultáneamente:

${\displaystyle \epsilon _{X}(\lambda ^{*})=\epsilon _{Y}(\lambda ^{*})=\epsilon _{Z}(\lambda ^{*})\,}$.

Sería muy improbable que tres compuestos tuvieran coeficientes de extinción relacionados linealmente de esta manera por casualidad. ^{[ 4 ]}

En cinética química , los puntos isobésticos se utilizan como puntos de referencia en el estudio de las velocidades de reacción , ya que la absorbancia en esas longitudes de onda permanece constante durante toda la reacción. ^{[ 1 ]}

Los puntos isosbésticos se utilizan en medicina, en una técnica de laboratorio llamada oximetría , para determinar la concentración de hemoglobina , independientemente de su saturación. La oxihemoglobina y la desoxihemoglobina presentan puntos isosbésticos (aunque no exclusivamente) a 586 nm y cerca de 808 nm.  

Los puntos isosbésticos también se utilizan en química clínica como método de control de calidad para verificar la precisión de la longitud de onda de un espectrofotómetro . Esto se logra midiendo el espectro de una solución estándar a dos valores de pH diferentes (por encima y por debajo del pKa _de la sustancia). Los estándares utilizados incluyen dicromato de potasio (puntos isosbésticos a 339 y 445  nm), azul de bromotimol (325 y 498  nm) y rojo Congo (541  nm). La longitud de onda del punto isosbéstico determinado no depende de la concentración de la sustancia utilizada, por lo que se convierte en una referencia muy fiable.

Un ejemplo del uso de puntos isobésticos en síntesis orgánica se observa en la reacción de ciclioisomerización fotoquímica A/D- corrina , que fue el paso clave en la síntesis total de vitamina B12 _de Eschenmoser / ETH Zúrich . ^{[ 5 ] [ 6 ]} Los puntos isobésticos proporcionan evidencia de una conversión directa del complejo seco-corrina al ligando corrina libre de metal sin productos intermedios ni secundarios (dentro de los límites de detección de la espectroscopia UV/VIS ). ^{[ 5 ]}