Innhold
Isomerer er sammensatt av identiske formler, men forskjellige strukturer eller romlige arrangementer. De forekommer i naturen, men vekker spesiell interesse for organisk kjemi - studiet av karbonforbindelser - på grunn av det store utvalg av økonomisk viktige organiske molekyler. Forskere har forsøkt å utlede matematisk antall isomerer av organiske lineære kjede molekyler, kalt alkaner, men fant ingen enkel sammenheng mellom antall isomerer og mengden karbon. Beregningsprogrammer som dekomponerer alkanstrukturer i fragmenter, er lettere å arbeide med gode resultater.
Typer isomerer
De to typer isomerene er strukturelle og optiske. Strukturelle isomerer har forskjellige ordninger av atomer eller små klynger av atomer, kalt funksjonelle grupper. Disse isomerer skyldes forskjellene i forgreningene av molekylene og hvordan de funksjonelle gruppene er ordnet. Optiske isomerer, eller stereoisomerer, er strukturelt identiske, men adskiller seg i den geografiske geometriske posisjonen til atomer og funksjonelle grupper. Eksempler på optiske isomerer inkluderer speilbilder og molekyler som roterer i motsatte retninger.
Møt alkanene
Alkaner er kjeder av karbonatomer (C) og hydrogen (H), slik at det for hver n-karbonatomer er 2n + 2 hydrogener. De kommer hovedsakelig fra naturgass og råolje. Karbonet i alkanene danner kjeder hvori hvert karbon binder til fire andre atomer ved C-C eller C-H-bindinger. Lineære eller acykliske 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 karboner kan også danne optiske isomerer. Noen isomerer er "sterisk ugunstige", noe som betyr at deres dannelse er usannsynlig fordi de trenger mye energi for å forbli stabil.
Telling isomerer
Robert Paton og Jonathan Goodman fra University of Cambridge tilbyr et gratis program, kalt IsoCount, som beregner antall strukturelle og optiske isomerer av noe acyklisk alkan. Du skriver bare antall alkankarboner, og programmet avslører antall strukturelle og optiske isomerer, og forteller deg hvor mange er sterisk ugunstige. Programmet bruker en algoritme som interaktivt undersøker delen av alkanen for å utlede mengden isomerer. Hvis du for eksempel oppgir syv, rapporterer programmet at C7H16-alkanen har ni strukturelle og to optiske isomerer.
Ustabile Alkaner
Alkaner med 16 og 17 karbonatomer er ikke stabile forbindelser og vil raskt dissociere ved romtemperatur. C17 eksisterer ikke, og C16 kan bare dannes raskt ved svært lave temperaturer. Noen alkaner med større kjeder er også ustabile. IsoCount-programmet vurderer karbonfragmentene ustabile når de rapporterer resultatene. Isomerstallet vokser raskt med antall karboner. Forfatterne av IsoCount anslår at isomerer av en 167-karbonalkan ville overskride antall partikler i universet.