Obsah
Izomery se skládají ze stejných vzorců, ale s odlišnými strukturami nebo prostorovým uspořádáním. Vyskytují se v přírodě, ale vzbuzují zvláštní zájem o organickou chemii - studium sloučenin uhlíku - kvůli široké škále ekonomicky důležitých organických molekul. Vědci se pokoušejí matematicky odvodit počet izomerů organických molekul s přímým řetězcem, nazývaných alkany, ale nenašli žádný jednoduchý vztah mezi počtem izomerů a množstvím uhlíků. Dobré výsledky však mají počítačové programy, které rozkládají alkanové struktury na fragmenty, se kterými se snáze pracuje.
Druhy izomerů
Tyto dva typy izomerů jsou strukturní a optické. Strukturní izomery mají různá uspořádání atomů nebo malé shluky atomů, které se nazývají funkční skupiny. Tyto izomery jsou výsledkem rozdílů v důsledcích molekul a v uspořádání funkčních skupin. Optické izomery nebo stereoizomery jsou strukturně identické, ale liší se v prostorové geometrické poloze atomů a funkčních skupin. Příklady optických izomerů zahrnují zrcadlové obrazy a molekuly, které rotují v opačných směrech.
Seznamte se s alkany
Alkany jsou řetězce atomů uhlíku (C) a vodíku (H), uspořádané tak, že na každých n atomů uhlíku existují 2n + 2 vodíky. Pocházejí hlavně ze zemního plynu a ropy. Uhlík v alkanech tvoří řetězce, ve kterých je každý uhlík vázán na čtyři další atomy vazbami C-C nebo C-H. Lineární nebo acyklické alkany netvoří kruhy. Nejjednodušším alkanem je methan, CH4. Ti se čtyřmi nebo více atomy uhlíku mohou tvořit strukturní izomery a ti se sedmi nebo více uhlíky mohou také tvořit optické izomery. Některé izomery jsou „stéricky nepříznivé“, což znamená, že jejich tvorba je nepravděpodobná, protože k udržení stability potřebují hodně energie.
Počítání izomerů
Robert Paton a Jonathan Goodman z University of Cambridge nabízejí bezplatnou aplikaci s názvem IsoCount, která počítá počet strukturních a optických izomerů jakéhokoli acyklického alkanu. Jednoduše zadáte počet uhlíků v alkanu a program zjistí počet strukturních a optických izomerů s tím, kolik jich je stericky nepříznivých. Program používá algoritmus, který interaktivně zkoumá část alkanu k odvození množství izomerů. Pokud například zadáte sedm, program ohlásí, že alkan C7H16 má devět strukturních a dva optické izomery.
Nestabilní alkany
Alkany s 16 a 17 atomy uhlíku nejsou stabilní sloučeniny a rychle by se disociovaly při teplotě místnosti. C17 neexistuje a C16 může vznikat pouze rychle při velmi nízkých teplotách. Některé alkany s vyšším řetězcem jsou také nestabilní. Program IsoCount při vykazování svých výsledků považuje uhlíkové fragmenty za nestabilní. Počet izomerů rychle roste s počtem uhlíků. Autoři IsoCount odhadují, že 167-uhlíkové izomery alkanů by převyšovaly počet částic ve vesmíru.