Sadržaj
Izomeri se sastoje od identičnih formula, ali različitih struktura ili prostornih rasporeda. Javljaju se u prirodi, ali pobuđuju poseban interes za organsku kemiju - proučavanje ugljikovih spojeva - zbog širokog spektra ekonomski važnih organskih molekula. Znanstvenici pokušavaju matematički izvesti broj izomera organskih molekula ravnoga lanca, nazvanih alkani, ali nisu pronašli jednostavnu vezu između broja izomera i količine ugljika. Međutim, računalni programi koji razgrađuju alkanske strukture na fragmente s kojima je lakše raditi imaju dobre rezultate.
Vrste izomera
Dvije vrste izomera su strukturne i optičke. Strukturni izomeri imaju različit raspored atoma ili male nakupine atoma, zvane funkcionalne skupine. Ti izomeri proizlaze iz razlika u razgranatosti molekula i načinu rasporeda funkcionalnih skupina. Optički izomeri ili stereoizomeri strukturno su identični, ali se razlikuju u prostornom geometrijskom položaju atoma i funkcionalnih skupina. Primjeri optičkih izomera uključuju zrcalne slike i molekule koje se okreću u suprotnim smjerovima.
Upoznajte alkane
Alkani su lanci atoma ugljika (C) i vodika (H), raspoređeni na takav način da za svaki n ugljikovih atoma ima 2n + 2 vodika. Potječu uglavnom iz prirodnog plina i sirove nafte. Ugljik u alkanima tvori lance u kojima je svaki ugljik povezan s još četiri atoma vezama C-C ili C-H. Linearni ili aciklički alkani ne tvore prstenove. Najjednostavniji alkan je metan, CH4. Oni s četiri ili više atoma ugljika mogu oblikovati strukturne izomere, a oni sa sedam ili više ugljika mogu stvoriti i optičke izomere. Neki su izomeri "sterički nepovoljni", što znači da je njihovo stvaranje malo vjerojatno jer im treba puno energije da bi ostali stabilni.
Brojanje izomera
Robert Paton i Jonathan Goodman sa Sveučilišta u Cambridgeu nude besplatnu aplikaciju, nazvanu IsoCount, koja izračunava broj strukturnih i optičkih izomera bilo kojeg acikličkog alkana. Jednostavno unesete broj ugljika u alkanu, a program pronalazi broj strukturnih i optičkih izomera, govoreći koliko je sterički nepovoljnih. Program koristi algoritam koji interaktivno ispituje dio alkana kako bi se izvukla količina izomera. Na primjer, ako unesete sedam, program izvještava da alkan C7H16 ima devet strukturnih i dva optička izomera.
Nestabilni alkani
Alkani sa 16 i 17 ugljika nisu stabilni spojevi i brzo bi se disocirali na sobnoj temperaturi. C17 ne postoji i C16 se može brzo stvoriti samo na vrlo niskim temperaturama. Neki alkani višeg lanca također su nestabilni. Program IsoCount smatra fragmente ugljika nestabilnim kada izvještava o svojim rezultatima. Broj izomera brzo raste s brojem ugljika. Autori IsoCount procjenjuju da bi izomeri alkana sa 167 ugljika premašili broj čestica u svemiru.