Sisältö
Isomeerit ovat yhdisteitä, jotka ovat identtisiä kaavassa, mutta erilaisia rakenteeltaan tai alueelliselta järjestelyltään. Niitä esiintyy luonnossa, mutta ne ovat erityisen kiinnostavia orgaanisessa kemiassa - hiiliyhdisteiden tutkimuksessa - taloudellisesti tärkeiden orgaanisten molekyylien suuren määrän vuoksi. Tutkijat ovat yrittäneet johtaa matemaattisesti johdannaisena suoraketjuisten orgaanisten molekyylien, nimeltään alkaanien, isomeerien lukumäärää, mutta eivät ole löytäneet mitään yksinkertaisia suhteita isomeerien määrän ja hiilipitoisuuden välillä. Kuitenkin tietokoneohjelmat, jotka hajoavat alkaanirakenteet hallittaviksi fragmenteiksi, antavat kuitenkin hyviä tuloksia.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Matemaattisesti mahdotonta laskea alkaanien isomeerien lukumäärää, mutta tietokoneohjelmat käyttävät sitä algoritmin avulla.
Isomeerityypit
Kaksi isomeerityyppiä ovat rakenteellisia ja optisia. Rakenneisomeereillä on erilaiset atomien järjestelyt tai pienet atomiryhmät, joita kutsutaan funktionaalisiksi ryhmiksi. Nämä isomeerit johtuvat funktionaalisten ryhmien molekyylien haarojen eroista. Optiset isomeerit tai stereoisomeerit ovat rakenteellisesti identtisiä, mutta niiden atomien ja funktionaalisten ryhmien geometriset sijainnit ovat erilaiset. Esimerkkejä optisista isomeereistä ovat peilikuvat ja molekyylit, jotka kiertyvät vastakkaisiin suuntiin.
Tapaa alkaanit
Alkaanit ovat hiili (C) - ja vety (H) -atomien ketjuja. Jokaista n hiiliatomia kohti on (2n + 2) vetyatomia. Alkaanit ovat peräisin pääasiassa maakaasusta ja raakaöljystä. Alkaanien hiili muodostaa ketjuja, jotka sitoutuvat hiileen neljään muuhun atomiin joko C-C- tai C-H-sidosten kautta. Suorat (asykliset) alkaanit eivät muodosta rengasrakenteita. Yksinkertaisin alkaani on metaani (CH4). Alkaanit, joissa on neljä tai enemmän hiiliatomia, voivat muodostaa rakenneisomeerejä, ja ne, joissa on seitsemän tai enemmän hiiltä, voivat myös muodostaa optisia isomeerejä. Jotkut isomeerit ovat "steerisesti epäsuotuisia", mikä tarkoittaa, etteivät ne todennäköisesti muodostu, koska ne tarvitsevat ylimääräistä energiaa pysyäkseen stabiilina.
Lasketaan isomeerejä
Robert Paton ja Jonathan Goodman Cambridgen yliopistosta tarjoavat ilmaisen sovelluksen, nimeltään IsoCount, joka laskee rakenteellisten ja optisten isomeerien lukumäärän mille tahansa asykliselle alkaanille.Syötä vain hiilimäärät alkaaniin ja ohjelma kuvaa rakenteellisten ja optisten isomeerien määrän merkitsemällä kuinka moni niistä on steerisesti epäsuotuisa. Ohjelma käyttää algoritmia, joka tutkii iteratiivisesti osan alkaania isomeerien lukumäärän laskemiseksi. Esimerkiksi, jos syötät seitsemän, ohjelma ilmoittaa, että C7H16-alkaanissa on yhdeksän rakenneisomeeria ja kaksi optista.
Epävakaa alkaanit
Alkaanit, joissa on 16 tai 17 hiiltä, eivät ole stabiileja yhdisteitä ja hajoavat nopeasti huoneenlämpötilassa. C17: tä ei ole ollenkaan, ja C16 voi muodostua vain hetkeksi erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Jotkut pidemmän ketjun alkaanit ovat myös epävakaita. IsoCount-ohjelma kirjaa epävakaat hiilifragmentit raportoidessaan tuloksia. Isomeerien määrä kasvaa nopeasti, kun hiilen määrä alkaanissa kasvaa. IsoCount-kirjoittajat arvioivat, että 167 hiilen sisältävän alkaanin isomeerit ylittävät kaikki maailmankaikkeuden hiukkaset.