Съдържание
Изомерите са съставени с еднакви формули, но различни структури или пространствени разположения. Те се срещат в природата, но предизвикват особен интерес към органичната химия - изследването на въглеродните съединения - поради голямото разнообразие от икономически важни органични молекули. Учените се опитват математически да изведат броя на изомерите на органичните молекули с права верига, наречени алкани, но не са открили проста връзка между броя на изомерите и количеството въглерод. Въпреки това компютърните програми, които разграждат алкановите структури на фрагменти, с които е по-лесно да се работи, имат добри резултати.
Видове изомери
Двата вида изомери са структурни и оптични. Структурните изомери имат различно разположение на атомите или малки клъстери от атоми, наречени функционални групи. Тези изомери са резултат от разликите в разклоненията на молекулите и как са подредени функционалните групи. Оптичните изомери или стереоизомери са структурно идентични, но се различават в пространственото геометрично положение на атомите и функционалните групи. Примерите за оптични изомери включват огледални изображения и молекули, които се въртят в противоположни посоки.
Запознайте се с алканите
Алканите са вериги от въглеродни (С) и водородни (Н) атоми, подредени по такъв начин, че за всеки n въглеродни атоми има 2n + 2 водорода. Те произхождат главно от природен газ и суров нефт. Въглеродът в алканите образува вериги, в които всеки въглерод е свързан с четири други атома чрез С-С или С-Н връзки. Линейните или ацикличните алкани не образуват пръстени. Най-простият алкан е метанът, СН4. Тези с четири или повече въглеродни атоми могат да образуват структурни изомери, а тези със седем или повече въглерода също могат да образуват оптични изомери. Някои изомери са "стерически неблагоприятни", което означава, че тяхното образуване е малко вероятно, тъй като се нуждаят от много енергия, за да останат стабилни.
Преброяване на изомери
Робърт Патън и Джонатан Гудман от университета в Кеймбридж предлагат безплатно приложение, наречено IsoCount, което изчислява броя на структурните и оптичните изомери на всеки ацикличен алкан. Просто въвеждате броя на въглерода в алкана и програмата намира броя на структурните и оптичните изомери, казвайки колко са стерически неблагоприятни. Програмата използва алгоритъм, който интерактивно изследва частта от алкана, за да изведе количеството изомери. Например, ако въведете седем, програмата съобщава, че алканът C7H16 има девет структурни и два оптични изомера.
Нестабилни алкани
Алканите с 16 и 17 въглерода не са стабилни съединения и бързо биха се дисоциирали при стайна температура. C17 не съществува и C16 може да се образува бързо само при много ниски температури. Някои алкани с по-висока верига също са нестабилни. При отчитане на резултатите програмата IsoCount счита въглеродните фрагменти за нестабилни. Броят на изомерите нараства бързо с броя на въглеродите. Авторите на IsoCount изчисляват, че 167-въглеродните алканови изомери ще превъзхождат броя на частиците във Вселената.