Съдържание
Изомерите са съставени от идентични формули, но различни структури или пространствени споразумения. Те се срещат в природата, но предизвикват особен интерес в органичната химия - изучаването на въглеродните съединения - поради голямото разнообразие от икономически важни органични молекули. Учените се опитват да извлекат математически броя на изомерите на органичните линейни молекули, наречени алкани, но не са открили проста връзка между броя на изомерите и количеството въглерод. Въпреки това, изчислителните програми, които разграждат алкановите структури на фрагменти, са по-лесни за работа с добри резултати.
Видове изомери
Двата вида изомери са структурни и оптични. Структурните изомери имат различни подредби на атоми или малки групи от атоми, наречени функционални групи. Тези изомери са резултат от различията в разклоненията на молекулите и как са подредени функционалните групи. Оптичните изомери или стереоизомери са структурно идентични, но се различават по пространствената геометрична позиция на атомите и функционалните групи. Примери за оптични изомери включват огледални образи и молекули, които се въртят в противоположни посоки.
Запознайте се с алканите
Алкани са вериги от въглеродни атоми (С) и водород (Н), подредени така, че за всеки n въглеродни атома има 2n + 2 водорода. Те произхождат главно от природен газ и суров нефт. Въглеродът в алканите образува вериги, в които всеки въглерод се свързва с четири други атома чрез С-С или С-Н връзки. Линейни или ациклични алкани не образуват пръстени. Най-простият алкан е метан, СН4. Тези с четири или повече въглеродни атоми могат да образуват структурни изомери, а тези със седем или повече въглеродни атоми могат също да образуват оптични изомери. Някои изомери са "пространствено неблагоприятни", което означава, че образуването им е малко вероятно, защото те се нуждаят от много енергия, за да останат стабилни.
Преброяване на изомери
Робърт Патон и Джонатан Гудман от Университета в Кеймбридж предлагат безплатно приложение, наречено IsoCount, което изчислява броя на структурните и оптичните изомери на всеки ацикличен алкан. Вие просто набирате броя на алкановите въглероди и програмата разкрива броя на структурните и оптичните изомери, като ви казва колко са стерично неблагоприятни. Програмата използва алгоритъм, който интерактивно изследва частта на алкана, за да извлече количеството изомери. Например, ако въведете седем, програмата съобщава, че C7H16 алканът има девет структурни и два оптични изомера.
Нестабилни алкани
Алкани с 16 и 17 въглеродни атома не са стабилни съединения и бързо се дисоциират при стайна температура. C17 не съществува и С16 може да се образува бързо само при много ниски температури. Някои алкани от по-големи вериги също са нестабилни. Програмата IsoCount счита, че въглеродните фрагменти са нестабилни при отчитане на резултатите. Числото на изомера бързо нараства с броя на въглеродите. Авторите на IsoCount оценяват, че изомерите на 167-въглероден алкан биха изпреварили броя на частиците във вселената.