Indhold
Isomerer er sammensat af identiske formler, men forskellige strukturer eller rumlige arrangementer. De forekommer i naturen, men vækker en særlig interesse for organisk kemi - undersøgelsen af carbonforbindelser - på grund af det store udvalg af økonomisk vigtige organiske molekyler. Forskere har forsøgt at udlede matematisk antallet af isomerer af organiske lineære kæde molekyler, kaldet alkaner, men fandt ikke noget simpelt forhold mellem antallet af isomerer og mængden af kulstof. Beregningsprogrammer, der nedbryder alkanstrukturer til fragmenter, 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 forskellene 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 indbefatter spejlbilleder og molekyler, som roterer i modsatte retninger.
Mød alkanerne
Alkaner er kæder af carbonatomer (C) og hydrogen (H), således at der for hver n-carbonatomer er 2n + 2 hydrogener. De stammer hovedsagelig fra naturgas og råolie. Carbonet i alkanerne danner kæder, hvori hvert carbon binder til fire andre atomer med 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 dem med syv eller flere carbonatomer kan også danne optiske isomerer. Nogle isomerer er "sterisk ugunstige", hvilket betyder, at deres dannelse er usandsynligt, 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 ansøgning, kaldet IsoCount, der beregner antallet af strukturelle og optiske isomerer af enhver acyklisk alkan. Du skriver simpelthen antallet af alkancarboner, og programmet afslører antallet af strukturelle og optiske isomerer, der fortæller dig, hvor mange er sterisk ugunstige. Programmet anvender en algoritme, som interaktivt undersøger delen af alkanen for at udlede mængden af isomerer. Hvis du for eksempel 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 vil hurtigt dissociere ved stuetemperatur. C17 eksisterer ikke, og C16 kan kun dannes hurtigt ved meget lave temperaturer. Nogle alkaner af større kæder er også ustabile. IsoCount-programmet anser carbonfragmenterne ustabile, når de rapporterer deres resultater. Isomerantalet vokser hurtigt med antallet af carbonatomer. Forfatterne af IsoCount vurderer, at isomerer af en 167-carbonalkan ville overskride antallet af partikler i universet.