Tartalom
Az izomerek azonos képletekkel, de eltérő szerkezettel vagy térbeli elrendezéssel készülnek. A természetben előfordulnak, de a gazdaságilag fontos szerves molekulák sokfélesége miatt különös érdeklődést váltanak ki a szerves kémia iránt - a szénvegyületek tanulmányozása iránt. A tudósok megpróbálták matematikailag levezetni az egyenes láncú szerves molekulák izomerjeinek számát, az úgynevezett alkánokat, de nem találtak egyszerű kapcsolatot az izomerek száma és a szénatom mennyisége között. Azok a számítógépes programok azonban, amelyek az alkánszerkezeteket töredékekre bontják, amelyekkel könnyebben lehet dolgozni, jó eredményekkel járnak.
Az izomerek típusai
Az izomerek két típusa szerkezeti és optikai. A szerkezeti izomerek atomjaik vagy kicsi atomcsoportjaik különböző elrendezésűek, úgynevezett funkcionális csoportok. Ezek az izomerek a molekulák elágazásainak és a funkcionális csoportok elrendezésének különbségeiből adódnak. Az optikai izomerek vagy sztereoizomerek szerkezetileg azonosak, de különböznek az atomok és a funkcionális csoportok térbeli geometriai helyzetében. Az optikai izomerek példái lehetnek tükörképek és molekulák, amelyek ellentétes irányban forognak.
Ismerje meg az alkánokat
Az alkánok szén (C) és hidrogén (H) atomok láncai, amelyek úgy vannak elrendezve, hogy minden n szénatomra 2n + 2 hidrogén található. Főleg földgázból és nyersolajból származnak. Az alkánokban lévő szén láncokat képez, amelyekben minden szén négy másik atomhoz kapcsolódik C-C vagy C-H kötésekkel. A lineáris vagy aciklusos alkánok nem képeznek gyűrűt. A legegyszerűbb alkán a metán, a CH4. A négy vagy több szénatommal rendelkezők szerkezeti izomereket, a hét vagy több szénatommal rendelkezők pedig optikai izomereket is képezhetnek. Néhány izomer "szterikailag kedvezőtlen", ami azt jelenti, hogy képződésük nem valószínű, mert sok energiára van szükségük ahhoz, hogy stabilak maradjanak.
Izomerek számlálása
Robert Paton és Jonathan Goodman, a Cambridge-i Egyetem ingyenes, IsoCount nevű alkalmazását kínálja, amely kiszámítja bármely aciklusos alkán strukturális és optikai izomerjeinek számát. Egyszerűen meg kell adni az alkánban lévő szénatomok számát, és a program megtalálja a szerkezeti és optikai izomerek számát, megadva, hogy hány szterikusan kedvezőtlen. A program olyan algoritmust használ, amely interaktív módon megvizsgálja az alkán részét az izomerek mennyiségének levezetéséhez. Például ha hétet ad meg, a program arról számol be, hogy a C7H16 alkánnak kilenc szerkezeti és két optikai izomerje van.
Instabil alkánok
A 16 és 17 szénatomos alkánok nem stabil vegyületek, és szobahőmérsékleten gyorsan disszociálnának. A C17 nem létezik, és a C16 csak nagyon alacsony hőmérsékleten alakulhat ki gyorsan. Néhány magasabb láncú alkán is instabil. Az IsoCount program instabilnak tartja a széndarabokat az eredmények jelentése során. Az izomerek száma a szénatomok számával gyorsan növekszik. Az IsoCount szerzői úgy becsülik, hogy a 167 szénatomos alkán izomerek meghaladják az univerzumban lévő részecskék számát.