Conţinut
Izomerii sunt compuși cu formule identice, dar structuri sau aranjamente spațiale diferite. Ele apar în natură, dar trezesc un interes special pentru chimia organică - studiul compușilor de carbon - datorită varietății largi de molecule organice importante din punct de vedere economic. Oamenii de știință au încercat să obțină în mod matematic numărul de izomeri ai moleculelor organice de lanț liniar, numiți alcani, dar nu au găsit nicio relație simplă între numărul de izomeri și cantitatea de carboni. Cu toate acestea, programele de computer care descompun structurile alcanice în fragmente cu care sunt mai ușor de lucrat au rezultate bune.
Tipuri de izomeri
Cele două tipuri de izomeri sunt structurale și optice. Izomerii structurali au aranjamente diferite de atomi sau grupuri mici de atomi, numite grupe funcționale. Acești izomeri rezultă din diferențele în ramificațiile moleculelor și modul în care sunt aranjate grupurile funcționale. Izomerii optici, sau stereoizomerii, sunt identici din punct de vedere structural, dar diferă în poziția geometrică spațială a atomilor și a grupurilor funcționale. Exemple de izomeri optici includ imagini în oglindă și molecule care se rotesc în direcții opuse.
Faceți cunoștință cu alcanii
Alcanii sunt lanțuri de atomi de carbon (C) și hidrogen (H), dispuse în așa fel încât pentru fiecare n atom de carbon există 2n + 2 hidrogeni. Acestea provin în principal din gaze naturale și țiței. Carbonul din alcani formează lanțuri în care fiecare carbon este legat de alți patru atomi prin legături C-C sau C-H. Alcanii liniari sau aciclici nu formează inele. Cel mai simplu alcan este metanul, CH4. Cei cu patru sau mai mulți atomi de carbon pot forma izomeri structurali, iar cei cu șapte sau mai mulți atomi de carbon pot forma și izomeri optici. Unii izomeri sunt „steric nefavorabili”, ceea ce înseamnă că formarea lor este puțin probabilă deoarece au nevoie de multă energie pentru a rămâne stabile.
Numărarea izomerilor
Robert Paton și Jonathan Goodman de la Universitatea din Cambridge oferă o aplicație gratuită, numită IsoCount, care calculează numărul de izomeri structurali și optici ai oricărui alcan aciclic. Pur și simplu introduceți numărul de carboni din alcan și programul găsește numărul de izomeri structurali și optici, spunând câți sunt steril defavorabili. Programul folosește un algoritm care examinează interactiv porțiunea alcanului pentru a obține cantitatea de izomeri. De exemplu, dacă introduceți șapte, programul raportează că alcanul C7H16 are nouă izomeri structurali și doi izomeri optici.
Alcani instabili
Alcanii cu 16 și 17 atomi de carbon nu sunt compuși stabili și s-ar disocia rapid la temperatura camerei. C17 nu există și C16 se poate forma rapid la temperaturi foarte scăzute. Unii alcani cu lanț superior sunt, de asemenea, instabili. Programul IsoCount consideră fragmente de carbon instabile atunci când raportează rezultatele sale. Numărul izomerilor crește rapid odată cu numărul de atomi de carbon. Autorii IsoCount estimează că izomerii cu 167 alcani de carbon ar depăși numărul de particule din univers.