Sådan beregnes antallet af isomerer

Isomerer er forbindelser, der er identiske i formlen, men forskellige i struktur eller rumligt arrangement. De forekommer i hele naturen, men er af særlig interesse i organisk kemi - studiet af kulstofforbindelser - på grund af den enorme mangfoldighed 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 enkle sammenhænge mellem isomerantal og carbonindhold. Computerprogrammer, der nedbryder alkanstrukturer til håndterbare fragmenter, giver imidlertid gode resultater.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Det er matematisk umuligt at beregne antallet af isomerer af alkaner , men computerprogrammer bruger en algoritme til at udarbejde den.
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 grenarrangement af funktionelle grupper. Optiske isomerer eller stereoisomerer er strukturelt identiske, men de geometriske positioner for deres atomer og funktionelle grupper er forskellige. Eksempler på optiske isomerer inkluderer spejlbilleder og molekyler, der snor sig i modsatte retninger.
Mød Alkanes

Alkaner er kæder af carbon (C) og hydrogen (H) atomer. For hvert n carbonatomer er der (2n + 2) hydrogenatomer. Alkaner stammer hovedsageligt fra naturgas og råolie. Kulstofet i alkaner danner kæder, der binder kulstof til fire andre atomer gennem enten C-C eller C-H-bindinger. Lette (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 sandsynligvis ikke dannes, fordi de kræver ekstra energi for at forblive stabile.
Counting Isomers

Robert Paton og Jonathan Goodman ved University of Cambridge tilbyder en gratis applikation, kaldet IsoCount, der beregner antallet af strukturelle og optiske isomerer for enhver acyklisk alkan. Du indtaster blot antallet af kulhydrater i alkanen, og programmet viser antallet af strukturerede og optiske isomere og bemærker hvor mange der er sterisk ugunstige. Programmet bruger en algoritme, som 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 kulhydrater er ikke stabile forbindelser og adskiller sig hurtigt ved rum temperaturer. C17 findes overhovedet ikke, og C16 kan kun dannes kort ved meget lave temperaturer. Nogle længere kædede alkaner er også ustabile. IsoCount-programmet tegner sig for ustabile kulstoffragmenter, når de rapporterer resultaterne. Antallet af isomerer vokser hurtigt, når antallet af kulhydrater i alkanen øges. IsoCount-forfatterne estimerer, at isomererne af en alkan med 167 carbonatomer er over alle partiklerne i universet.