Innehåll
Isomerer är sammansatta med identiska formler men olika strukturer eller rumsliga arrangemang. De förekommer i naturen men väcker ett särskilt intresse för organisk kemi - studien av kolföreningar - på grund av det stora utbudet av ekonomiskt viktiga organiska molekyler. Forskare har försökt att matematiskt härleda antalet isomerer av organiska linjära kedjemolekyler, kallade alkaner, men har inte funnit något enkelt samband mellan antalet isomerer och mängden kol. Datorprogram som bryter ner alkan strukturer i fragment som är lättare att arbeta med har dock bra resultat.
Typer av isomerer
De två typerna av isomerer är strukturella och optiska. Strukturella isomerer har olika arrangemang av atomer eller små kluster av atomer, som kallas funktionella grupper. Dessa isomerer beror på skillnader i molekylernas förgreningar och hur de funktionella grupperna är ordnade. Optiska isomerer eller stereoisomerer är strukturellt identiska men skiljer sig åt i den rumsliga geometriska positionen för atomer och funktionella grupper. Exempel på optiska isomerer inkluderar spegelbilder och molekyler som roterar i motsatta riktningar.
Möt alkanerna
Alkaner är kedjor av kol- (C) och väteatomer (H), anordnade på ett sådant sätt att det för varje n kolatomer finns 2n + 2 väten. De härrör främst från naturgas och råolja. Kolet i alkanerna bildar kedjor i vilka varje kol är kopplat till fyra andra atomer med C-C- eller C-H-bindningar. Linjära eller acykliska alkaner bildar inte ringar. Den enklaste alkanen är metan, CH4. De med fyra eller fler kolatomer kan bilda strukturella isomerer, och de med sju eller fler kol kan också bilda optiska isomerer. Vissa isomerer är "steriskt ogynnsamma", vilket innebär att deras bildning är osannolikt eftersom de behöver mycket energi för att förbli stabila.
Räknar isomerer
Robert Paton och Jonathan Goodman från University of Cambridge erbjuder en gratis applikation, kallad IsoCount, som beräknar antalet strukturella och optiska isomerer av acyklisk alkan. Du anger helt enkelt antalet kol i alkanen och programmet hittar antalet strukturella och optiska isomerer och säger hur många som är steriskt ogynnsamma. Programmet använder en algoritm som interaktivt undersöker delen av alkanen för att härleda mängden isomerer. Om du till exempel anger sju rapporterar programmet att C7H16-alkan har nio strukturella och två optiska isomerer.
Instabila alkaner
Alkaner med 16 och 17 kol är inte stabila föreningar och skulle snabbt dissocieras vid rumstemperatur. C17 finns inte och C16 kan bara bildas snabbt vid mycket låga temperaturer. Vissa alkaner med högre kedja är också instabila. IsoCount-programmet anser att kolfragment är instabila när de rapporterar resultaten. Antalet isomerer växer snabbt med antalet kol. IsoCount-författarna uppskattar att alkanisomererna med 167 kol skulle överstiga antalet partiklar i universum.