Sådan beregnes antallet af isomerer

Isomerer er forbindelser, der er identiske med formel, men forskellige i struktur eller rumlige arrangement. De forekommer i hele naturen, men er af særlig interesse for organisk kemi - undersøgelsen af ​​carbonforbindelser - på grund af det enorme udvalg af økonomisk vigtige organiske molekyler. Forskere har forsøgt at matematisk udlede antallet af isomerer af ligekædede organiske molekyler, kaldet alkaner, men har ikke opdaget nogen simple forhold mellem isomertælling og kulstofindhold. Computerprogrammer, der nedbryder alkanstrukturer i håndterbare fragmenter giver gode resultater.

TL; DR (for længe, ​​ikke læst)

Det er matematisk umuligt at beregne antallet af isomerer af alkaner , men computerprogrammer bruger en algoritme til at udarbejde det.

Typer af isomerer

De to typer isomerer er strukturelle og optiske. Strukturelle isomerer har forskellige arrangementer af atomer eller små klynger af atomer, kaldet funktionelle grupper. Disse isomerer skyldes forskelle i grene af molekyler gren arrangement af funktionelle grupper. Optiske isomerer eller stereoisomerer er strukturelt identiske, men de geometriske positioner af deres atomer og funktionelle grupper er forskellige. Eksempler på optiske isomerer omfatter spejlbilleder og molekyler, der drejer i modsatte retninger.

Mød Alkanes

Alkaner er kæder af kulstof (C) og hydrogen (H) atomer. For hver n-carbonatomer er der (2n + 2) hydrogenatomer. Alkaner stammer hovedsagelig fra naturgas og råolie. Carbonet i alkaner danner kæder, der binder carbon til fire andre atomer gennem enten C-C eller C-H bindinger. Rette (acykliske) alkaner danner ikke ringstrukturer. Den enkleste alkan er methan (CH4). Alkaner med fire eller flere carbonatomer kan danne strukturelle isomerer, og dem med syv eller flere carbonatomer kan også danne optiske isomerer. Nogle isomerer er "sterisk ugunstige", hvilket betyder, at de usandsynligt kommer til at danne, fordi de kræver ekstra energi for at forblive stabile.

Tæller isomerer

Robert Paton og Jonathan Goodman ved University of Cambridge tilbyder en gratis ansøgning, kaldet IsoCount, der beregner antallet af strukturelle og optiske isomerer for enhver acyklisk alkan. Du indtaster simpelthen antallet af kulsyre i alkanen, og programmet viser det strukturelle og optiske isomertælling og noterer, hvor mange der er sterisk ugunstige. Programmet bruger en algoritme, der iterativt undersøger en del af alkanen for at udlede antallet af isomerer. Hvis du for eksempel indtaster syv, rapporterer programmet, at C7H16-alkanen har ni strukturelle isomerer og to optiske.

Ustabile Alkaner

Alkaner med 16 eller 17 carbonatomer er ikke stabile forbindelser og hurtigt adskilles ved stuetemperatur. C17 eksisterer slet ikke, og C16 kan kun danne kort ved meget lave temperaturer. Nogle længerekædede alkaner er også ustabile. IsoCount-programmet tegner sig for ustabile carbonfragmenter ved rapportering af resultaterne. Antallet af isomererne vokser hurtigt, da antallet af carbonatomer i alkanen stiger. IsoCount-forfatterne vurderer, at isomererne af en alkan med 167 carbonatomer overstiger alle partiklerne i universet.