Περιεχόμενο
Τα ισομερή είναι ενώσεις που είναι ίδιες στον τύπο αλλά διαφορετικές στη δομή ή τη χωρική διευθέτηση. Εμφανίζονται σε όλη τη φύση, αλλά παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την οργανική χημεία - τη μελέτη των ενώσεων άνθρακα - λόγω της τεράστιας ποικιλίας των οικονομικά σημαντικών οργανικών μορίων. Οι επιστήμονες προσπάθησαν να αντλήσουν μαθηματικά τον αριθμό ισομερών των οργανικών μορίων ευθείας αλυσίδας, που ονομάζονται αλκάνια, αλλά δεν έχουν ανακαλύψει καθαρές σχέσεις μεταξύ του αριθμού των ισομερών και της περιεκτικότητας σε άνθρακα. Ωστόσο, τα προγράμματα ηλεκτρονικών υπολογιστών που αποσυνθέτουν τις δομές αλκανίων σε διαχειρίσιμα θραύσματα προσφέρουν καλά αποτελέσματα.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Είναι μαθηματικά αδύνατο να υπολογίσει τον αριθμό των ισομερών των αλκανίων, αλλά τα προγράμματα υπολογιστών χρησιμοποιούν έναν αλγόριθμο για να το επεξεργαστούν.
Τύποι ισομερών
Οι δύο τύποι ισομερών είναι δομικά και οπτικά. Τα δομικά ισομερή έχουν διαφορετικές διατάξεις ατόμων ή μικρών συστάδων ατόμων, που ονομάζονται λειτουργικές ομάδες. Αυτά τα ισομερή προκύπτουν από διαφορές στους κλάδους των μορίων της διακλάδωσης των λειτουργικών ομάδων. Τα οπτικά ισομερή ή στερεοϊσομερή είναι δομικά ταυτόσημα, αλλά οι γεωμετρικές θέσεις των ατόμων και των λειτουργικών τους ομάδων είναι διαφορετικές. Παραδείγματα οπτικών ισομερών περιλαμβάνουν εικόνες καθρέφτη και μόρια που στρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις.
Γνωρίστε τους Αλκανούς
Τα αλκάνια είναι αλυσίδες ατόμων άνθρακα (C) και υδρογόνου (Η). Για κάθε n άτομα άνθρακα υπάρχουν (2n + 2) άτομα υδρογόνου. Τα αλκάνια προέρχονται κυρίως από φυσικό αέριο και αργό πετρέλαιο. Ο άνθρακας σε αλκάνια σχηματίζει αλυσίδες που συνδέουν άνθρακα με άλλα τέσσερα άτομα μέσω δεσμών C-C ή C-H. Τα ευθύγραμμα (ακυκλικά) αλκάνια δεν σχηματίζουν δακτυλιοειδείς δομές. Το απλούστερο αλκάνιο είναι το μεθάνιο (CH4). Τα αλκάνια με τέσσερα ή περισσότερα άτομα άνθρακα μπορούν να σχηματίσουν δομικά ισομερή και εκείνα με επτά ή περισσότερους άνθρακες μπορούν επίσης να σχηματίσουν οπτικά ισομερή. Ορισμένα ισομερή είναι "στερικά δυσμενή", που σημαίνει ότι είναι απίθανο να σχηματίσουν επειδή απαιτούν επιπλέον ενέργεια για να παραμείνουν σταθερά.
Μετρώντας ισομερή
Robert Paton και Jonathan Goodman στο Πανεπιστήμιο του Cambridge προσφέρουν μια δωρεάν εφαρμογή, που ονομάζεται IsoCount, η οποία υπολογίζει τον αριθμό των δομικών και οπτικών ισομερών για οποιοδήποτε ακυκλικό αλκάνιο.Απλά εισάγετε τον αριθμό των ανθράκων στο αλκάνιο και το πρόγραμμα ορίζει τον αριθμό δομικών και οπτικών ισομερών, σημειώνοντας πόσες είναι στερικά δυσμενείς. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο που εξετάζει επανειλημμένα ένα μέρος του αλκανίου για να αντλήσει τον αριθμό των ισομερών. Για παράδειγμα, εάν εισαγάγετε επτά, το πρόγραμμα αναφέρει ότι το αλλαν C7H16 έχει εννέα δομικά ισομερή και δύο οπτικά.
Ασταθείς αλκάνες
Τα αλκάνια με 16 ή 17 άνθρακες δεν είναι σταθερές ενώσεις και διαχωρίζονται γρήγορα σε θερμοκρασίες δωματίου. Το C17 δεν υπάρχει καθόλου και το C16 μπορεί να σχηματιστεί εν συντομία σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Ορισμένα αλκάνια μακρύτερης αλυσίδας είναι επίσης ασταθή. Το πρόγραμμα IsoCount αντιπροσωπεύει ασταθή θραύσματα άνθρακα κατά την αναφορά των αποτελεσμάτων του. Η μέτρηση των ισομερών αυξάνεται ταχέως καθώς ο αριθμός των ανθράκων στο αλκάνιο αυξάνεται. Οι συντάκτες του IsoCount εκτιμούν ότι τα ισομερή ενός αλκανίου με 167 άνθρακες ξεπερνούν το σύνολο των σωματιδίων του σύμπαντος.