Innehåll
Isomerer består av 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 härleda matematiskt antalet isomerer av organiska linjära kedjemolekyler, kallade alkaner, men fann ingen enkel relation mellan antalet isomerer och mängden kol. Beräkningsprogram som sönderdelar alkanstrukturer i fragment är emellertid lättare att arbeta med 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 är resultatet av skillnaderna 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 hos atomer och funktionella grupper. Exempel på optiska isomerer inkluderar spegelbilder och molekyler som roterar i motsatta riktningar.
Möt alkanerna
Alkaner är kedjor av kolatomer (C) och väte (H), så att för varje n kolatomer finns 2n + 2-väte. De härrör huvudsakligen från naturgas och råolja. Kolet i alkaner bildar kedjor i vilka varje kol binder till fyra andra atomer av C-C eller C-H bindningar. Linjära eller acykliska alkaner bildar inte ringar. Den enklaste alkanen är metan, CH4. De med fyra eller flera kolatomer kan bilda strukturella isomerer, och de med sju eller flera kolatomer kan även bilda optiska isomerer. Vissa isomerer är "steriskt ogynnsamma", vilket innebär att deras bildning är osannolikt eftersom de behöver mycket energi för att förbli stabil.
Räkna isomerer
Robert Paton och Jonathan Goodman från University of Cambridge erbjuder en gratis applikation, kallad IsoCount, som beräknar antalet strukturella och optiska isomerer av vilken acyklisk alkan som helst. Du skriver helt enkelt antalet alkankolväten och programmet avslöjar antalet strukturella och optiska isomerer och berättar 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-alkanen har nio strukturella och två optiska isomerer.
Ostabila alkaner
Alkaner med 16 och 17 kolatomer är inte stabila föreningar och skulle snabbt dissociera vid rumstemperatur. C17 existerar inte och C16 kan endast formas snabbt vid mycket låga temperaturer. Vissa alkaner med större kedjor är också instabila. IsoCount-programmet anser att kolfragmenten är instabila när de rapporterar sina resultat. Isomerantalet växer snabbt med antalet kolatomer. Författarna till IsoCount uppskattar att isomererna av en 167-karbonalkan skulle överstiga antalet partiklar i universum.