Innhold
Isomerer er sammensatt med identiske formler, men forskjellige strukturer eller romlige ordninger. De forekommer i naturen, men vekker en spesiell interesse for organisk kjemi - studiet av karbonforbindelser - på grunn av det store utvalget av økonomisk viktige organiske molekyler. Forskere har prøvd å matematisk utlede antall isomerer av organiske lineære kjedemolekyler, kalt alkaner, men har ikke funnet noe enkelt forhold mellom antall isomerer og mengden karbon. Dataprogrammer som bryter ned alkanstrukturer i fragmenter som er lettere å jobbe med, har imidlertid gode resultater.
Typer av isomerer
De to typer isomerer er strukturelle og optiske. Strukturelle isomerer har forskjellige arrangementer av atomer eller små klynger av atomer, kalt funksjonelle grupper. Disse isomerer skyldes forskjeller i forgreningene av molekylene og hvordan de funksjonelle gruppene er ordnet. Optiske isomerer, eller stereoisomerer, er strukturelt identiske, men avviker i den romlige geometriske posisjonen til atomer og funksjonelle grupper. Eksempler på optiske isomerer inkluderer speilbilder og molekyler som roterer i motsatt retning.
Møt alkanene
Alkaner er kjeder av karbon (C) og hydrogen (H) atomer, ordnet på en slik måte at det for hvert n karbonatomer er 2n + 2 hydrogener. De stammer hovedsakelig fra naturgass og råolje. Karbonet i alkanene danner kjeder der hvert karbon er bundet til fire andre atomer ved C-C eller C-H bindinger. Lineære eller asykliske alkaner danner ikke ringer. Den enkleste alkanen er metan, CH4. De med fire eller flere karbonatomer kan danne strukturelle isomerer, og de med syv eller flere karbonatomer kan også danne optiske isomerer. Noen isomerer er "sterkt ugunstige", noe som betyr at dannelsen av dem er usannsynlig fordi de trenger mye energi for å forbli stabile.
Teller isomerer
Robert Paton og Jonathan Goodman fra University of Cambridge tilbyr en gratis applikasjon, kalt IsoCount, som beregner antall strukturelle og optiske isomerer av ethvert acyklisk alkan. Du angir ganske enkelt antall karbonstoffer i alkanen, og programmet finner antall strukturelle og optiske isomerer og sier hvor mange som er sterisk ugunstige. Programmet bruker en algoritme som interaktivt undersøker delen av alkanen for å utlede mengden isomerer. For eksempel, hvis du skriver inn syv, rapporterer programmet at C7H16 alkan har ni strukturelle og to optiske isomerer.
Ustabile alkaner
Alkaner med 16 og 17 karbon er ikke stabile forbindelser og vil raskt dissosiere ved romtemperatur. C17 eksisterer ikke, og C16 kan bare dannes raskt ved veldig lave temperaturer. Noen høyere kjeder alkaner er også ustabile. IsoCount-programmet anser karbonfragmenter som ustabile når de rapporterer resultatene. Antall isomerer vokser raskt med antall karbonatomer. IsoCount-forfatterne anslår at alkenisomerer med 167 karbon vil overstige antall partikler i universet.