Innehåll
Isomerer är föreningar som är identiska med formeln men som skiljer sig i struktur eller rumslig anordning. De förekommer i hela naturen men är av särskilt intresse för organisk kemi - studien av kolföreningar - på grund av den enorma mängden ekonomiskt viktiga organiska molekyler. Forskare har försökt matematiskt härleda antalet isomerer av organiska molekyler med rak kedja, kallad alkaner, men har inte upptäckt några enkla samband mellan isomerantalet och kolinnehållet. Datorprogram som sönderdelar alkankonstruktioner i hanterbara fragment ger emellertid goda resultat.
TL; DR (för lång; läste inte)
Det är matematiskt omöjligt att beräkna antalet isomerer av alkaner, men datorprogram använder en algoritm för att räkna ut den.
Typer av isomerer
De två typerna av isomerer är strukturella och optiska. Strukturella isomerer har olika arrangemang av atomer eller små kluster av atomer, kallade funktionella grupper. Dessa isomerer är resultatet av skillnader i grenar av molekyler grenarrangemang av funktionella grupper. Optiska isomerer eller stereoisomerer är strukturellt identiska men de geometriska positionerna för deras atomer och funktionella grupper är olika. Exempel på optiska isomerer inkluderar spegelbilder och molekyler som vrider sig i motsatta riktningar.
Möt Alkanes
Alkaner är kedjor av kol (C) och väte (H) -atomer. För varje n kolatomer finns (2n + 2) väteatomer. Alkanes härstammar främst från naturgas och råolja. Kolet i alkaner bildar kedjor som binder kol till fyra andra atomer genom antingen C-C- eller C-H-bindningar. Raka (acykliska) alkaner bildar inte ringstrukturer. Den enklaste alkanen är metan (CH4). Alkaner med fyra eller fler kolatomer kan bilda strukturella isomerer, och de med sju eller fler kol kan också bilda optiska isomerer. Vissa isomerer är "steriskt ogynnsamma", vilket betyder att de osannolikt kommer att bildas eftersom de kräver extra energi för att förbli stabila.
Räkna isomerer
Robert Paton och Jonathan Goodman vid University of Cambridge erbjuder en gratis applikation, kallad IsoCount, som beräknar antalet strukturella och optiska isomerer för alla acykliska alkaner.Du anger helt enkelt antalet kolatomer i alkanen och programmet räknar upp det strukturella och optiska isomertalet och noterar hur många som är steriskt ogynnsamma. Programmet använder en algoritm som iterativt undersöker en del av alkanen för att härleda antalet isomerer. Om du till exempel anger sju rapporterar programmet att C7H16-alkanen har nio strukturella isomerer och två optiska.
Instabila alkaner
Alkaner med 16 eller 17 kol är inte stabila föreningar och dissocieras snabbt vid rumstemperatur. C17 existerar inte alls och C16 kan bara bildas kort vid mycket låga temperaturer. Vissa alkaner med längre kedja är också instabila. IsoCount-programmet redovisar instabila kolfragment när de rapporterar sina resultat. Antalet isomerer växer snabbt när antalet kolatomer i alkanen ökar. IsoCount-författarna uppskattar att isomererna av en alkan med 167 kol överskrider alla partiklarna i universum.