Isomerer är föreningar som är identiska med formeln men olika i struktur eller rumsligt arrangemang. De förekommer i hela naturen men är av särskilt intresse för organisk kemi - studien av kolföreningar - på grund av det stora utbudet av ekonomiskt viktiga organiska molekyler. Forskare har försökt matematiskt härleda antalet isomerer av raka kedjiga organiska molekyler, kallade alkaner, men har inte upptäckt några enkla förhållanden mellan isomerantal och kolhalt. Datorprogram som sönderdelar alkankonstruktioner i hanterbara fragment ger bra resultat.
TL; DR (för länge, läste inte)
Det är matematiskt omöjligt att beräkna antalet isomerer av alkaner , men datorprogram använder en algoritm för att utreda det.
Typer av isomerer
De två typerna av isomerer är strukturella och optiska. Strukturella isomerer har olika arrangemang av atomer eller små kluster av atomer, som kallas 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 hos deras atomer och funktionella grupper är olika. Exempel på optiska isomerer inkluderar spegelbilder och molekyler som vrids i motsatta riktningar.
Möt Alkanes
Alkaner är kedjor av kol (C) och väte (H) atomer. För varje n kolatomer finns (2n + 2) väteatomer. Alkaner härrör huvudsakligen från naturgas och råolja. Kolet i alkaner bildar kedjor som binder kol till fyra andra atomer genom antingen C-C eller C-H bindningar. Rätta (acykliska) alkaner bildar inte ringstrukturer. Den enklaste alkanen är metan (CH4). Alkaner med fyra eller flera kolatomer kan bilda strukturella isomerer, och de med sju eller flera kolatomer kan även bilda optiska isomerer. Några isomerer är "steriskt ogynnsamma", vilket innebär att de sannolikt inte kommer att bildas eftersom de kräver extra energi att förbli stabila.
Räkna isomerer
Robert Paton och Jonathan Goodman vid University of Cambridge erbjuder en fri applikation, kallad IsoCount, som beräknar antalet strukturella och optiska isomerer för varje acyklisk alkan. Du anger helt enkelt antalet kol i alkan och programmet anger det strukturella och optiska isomertalet och noterar hur många 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.
Ostabila alkaner
Alkaner med 16 eller 17 kolatomer är inte stabila föreningar och snabbt dissociera vid rumstemperaturer. C17 existerar inte alls och C16 kan endast bildas kort vid mycket låga temperaturer. Vissa längre kedjiga alkaner är också instabila. IsoCount-programmet står för instabila kolfragment vid rapportering av resultaten. Isomerernas räkning växer snabbt, eftersom antalet kol i alkan ökar. IsoCount-författarna uppskattar att isomererna av en alkan med 167 kolatomer överträffar alla partiklarna i universum.
