Περιεχόμενο
Τα ισομερή συντίθενται με πανομοιότυπους τύπους αλλά διαφορετικές δομές ή χωρικές διευθετήσεις. Εμφανίζονται στη φύση αλλά προκαλούν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη οργανική χημεία - τη μελέτη των ενώσεων άνθρακα - λόγω της μεγάλης ποικιλίας οικονομικά σημαντικών οργανικών μορίων. Οι επιστήμονες προσπαθούν να αντλήσουν μαθηματικά τον αριθμό των ισομερών των οργανικών μορίων γραμμικής αλυσίδας, που ονομάζονται αλκάνια, αλλά δεν βρήκαν καμία απλή σχέση μεταξύ του αριθμού των ισομερών και της ποσότητας των ανθράκων. Ωστόσο, τα προγράμματα υπολογιστών που αναλύουν τις δομές των αλκανίων σε θραύσματα που είναι ευκολότερα στην εργασία, έχουν καλά αποτελέσματα.
Τύποι ισομερών
Οι δύο τύποι ισομερών είναι δομικοί και οπτικοί. Τα δομικά ισομερή έχουν διαφορετικές διευθετήσεις ατόμων ή μικρές ομάδες ατόμων, που ονομάζονται λειτουργικές ομάδες. Αυτά τα ισομερή προκύπτουν από διαφορές στις διακλαδώσεις των μορίων και τον τρόπο διάταξης των λειτουργικών ομάδων. Τα οπτικά ισομερή ή τα στερεοϊσομερή είναι δομικά πανομοιότυπα αλλά διαφέρουν ως προς τη χωρική γεωμετρική θέση των ατόμων και των λειτουργικών ομάδων. Παραδείγματα οπτικών ισομερών περιλαμβάνουν εικόνες καθρέφτη και μόρια που περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις.
Γνωρίστε τα αλκάνια
Τα αλκάνια είναι αλυσίδες ατόμων άνθρακα (C) και υδρογόνου (Η), διατεταγμένες με τέτοιο τρόπο ώστε για κάθε άτομο άνθρακα n να υπάρχουν 2n + 2 υδρογόνα. Προέρχονται κυρίως από φυσικό αέριο και αργό πετρέλαιο. Ο άνθρακας στα αλκάνια σχηματίζει αλυσίδες στις οποίες κάθε άνθρακας συνδέεται με τέσσερα άλλα άτομα με δεσμούς C-C ή C-H. Τα γραμμικά ή ακυκλικά αλκάνια δεν σχηματίζουν δακτυλίους. Το απλούστερο αλκάνιο είναι το μεθάνιο, CH4. Εκείνοι με τέσσερα ή περισσότερα άτομα άνθρακα μπορούν να σχηματίσουν δομικά ισομερή και εκείνοι με επτά ή περισσότερους άνθρακες μπορούν επίσης να σχηματίσουν οπτικά ισομερή. Ορισμένα ισομερή είναι "στερικώς δυσμενή", πράγμα που σημαίνει ότι ο σχηματισμός τους είναι απίθανος επειδή χρειάζονται πολλή ενέργεια για να παραμείνουν σταθεροί.
Μετρώντας ισομερή
Ο Robert Paton και ο Jonathan Goodman του Πανεπιστημίου του Cambridge προσφέρουν μια δωρεάν εφαρμογή, που ονομάζεται IsoCount, η οποία υπολογίζει τον αριθμό των δομικών και οπτικών ισομερών οποιουδήποτε ακυκλικού αλκανίου. Εισάγετε απλώς τον αριθμό των ανθράκων στο αλκάνιο και το πρόγραμμα βρίσκει τον αριθμό των δομικών και οπτικών ισομερών, λέγοντας πόσα είναι στερικά δυσμενή. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο που εξετάζει αλληλεπιδραστικά το τμήμα του αλκανίου για να αντλήσει την ποσότητα των ισομερών. Για παράδειγμα, εάν εισαγάγετε επτά, το πρόγραμμα αναφέρει ότι το αλκάνιο C7H16 έχει εννέα δομικά και δύο οπτικά ισομερή.
Ασταθή αλκάνια
Τα αλκάνια με 16 και 17 άνθρακες δεν είναι σταθερές ενώσεις και γρήγορα αποσυντίθενται σε θερμοκρασία δωματίου. Το C17 δεν υπάρχει και το C16 μπορεί να σχηματιστεί μόνο γρήγορα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Μερικά αλκάνια υψηλότερης αλυσίδας είναι επίσης ασταθή. Το πρόγραμμα IsoCount θεωρεί ασταθή τα θραύσματα άνθρακα κατά την αναφορά των αποτελεσμάτων του. Ο αριθμός των ισομερών αυξάνεται ραγδαία με τον αριθμό των άνθρακα. Οι συγγραφείς του IsoCount εκτιμούν ότι τα ισομερή αλκανίου 167 άνθρακα θα ξεπερνούσαν τον αριθμό των σωματιδίων στο σύμπαν.