Indhold
Isomerer er sammensat med identiske formler, men forskellige strukturer eller rumlige arrangementer. De forekommer i naturen, men vækker en særlig interesse i organisk kemi - studiet af kulstofforbindelser - på grund af det store udvalg af økonomisk vigtige organiske molekyler. Forskere har forsøgt at matematisk udlede antallet af isomerer af organiske ligekædede molekyler, kaldet alkaner, men har ikke fundet noget simpelt forhold mellem antallet af isomerer og mængden af carbonatomer. Imidlertid har computerprogrammer, der nedbryder alkanstrukturer i fragmenter, der er lettere at arbejde med, gode resultater.
Typer af isomerer
De to typer isomerer er strukturelle og optiske. Strukturelle isomerer har forskellige arrangementer af atomer eller små klynger af atomer, kaldet funktionelle grupper. Disse isomerer skyldes forskelle i forgreningerne af molekylerne, og hvordan de funktionelle grupper er arrangeret. Optiske isomerer eller stereoisomerer er strukturelt identiske, men adskiller sig i den rumlige geometriske position af atomer og funktionelle grupper. Eksempler på optiske isomerer inkluderer spejlbilleder og molekyler, der roterer i modsatte retninger.
Mød alkanerne
Alkaner er kæder af carbon (C) og hydrogen (H) atomer, arrangeret på en sådan måde, at der for hvert n carbonatomer er 2n + 2 hydrogener. De stammer hovedsageligt fra naturgas og råolie. Kulstoffet i alkanerne danner kæder, hvor hvert kulstof er bundet til fire andre atomer ved C-C eller C-H-bindinger. Lineære eller acykliske alkaner danner ikke ringe. Den enkleste alkan er methan, CH4. De med fire eller flere carbonatomer kan danne strukturelle isomerer, og de med syv eller flere carbonatomer kan også danne optiske isomerer. Nogle isomerer er "sterisk ugunstige", hvilket betyder, at deres dannelse er usandsynlig, fordi de har brug for en masse energi for at forblive stabile.
Tæller isomerer
Robert Paton og Jonathan Goodman fra University of Cambridge tilbyder en gratis applikation, kaldet IsoCount, der beregner antallet af strukturelle og optiske isomerer af enhver acyklisk alkan. Du indtaster blot antallet af carbonatomer i alkanen, og programmet finder antallet af strukturelle og optiske isomerer og siger, hvor mange der er sterisk ugunstige. Programmet bruger en algoritme, der interaktivt undersøger den del af alkanen for at udlede mængden af isomerer. For eksempel, hvis du indtaster syv, rapporterer programmet, at C7H16-alkanen har ni strukturelle og to optiske isomerer.
Ustabile alkaner
Alkaner med 16 og 17 carbonatomer er ikke stabile forbindelser og adskiller sig hurtigt ved stuetemperatur. C17 findes ikke, og C16 kan kun dannes hurtigt ved meget lave temperaturer. Nogle alkaner med højere kæde er også ustabile. IsoCount-programmet betragter kulstoffragmenter som ustabile, når de rapporterer resultaterne. Antallet af isomerer vokser hurtigt med antallet af carbonatomer. IsoCount-forfatterne estimerer, at alkanisomerne med 167 kulstofarter vil overstige antallet af partikler i universet.