Vous avez probablement déjà vu quelques formules chimiques et une sorte de représentation des structures moléculaires associées. Par exemple, la molécule simple de dioxyde de carbone, ou CO2, peut être représentée comme un atome de carbone relié à deux atomes d'oxygène par des jonctions appelées doubles liaisons: O=C=O.
Le dioxyde de carbone, comme beaucoup de composés dans la nature, se présente sous une seule forme. Autrement dit, étant donné une formule moléculaire comme C3H3O3, vous pourriez l'associer à une structure tridimensionnelle unique, celle de l'important composé métabolique pyruvate.
Certaines formules, cependant, donnent lieu à plus d'un arrangement spatial. Les composés ayant la même formule moléculaire mais des formes différentes sont appelés isomères, et parce qu'ils sont si abondants dans le monde de hydrocarbures, apprendre à prédire combien d'isomères une sorte de molécule appelée un hydrocarbure peut avoir est un excellent endroit pour en apprendre davantage sur ces composés délicats.
Que sont les isomères ?
Les isomères sont de deux types de base. Stéréoisomères sont des isomères qui diffèrent dans leurs arrangements spatiaux mais ont leurs liaisons aux mêmes endroits.
Si cela ressemble à une contradiction, imaginez des molécules qui sont des images miroir; ceux-ci ne peuvent pas être superposés directement les uns aux autres, ils sont donc différents, mais les liaisons entre leurs atomes respectifs se trouvent à des endroits correspondants. Un exemple est les deux formes de l'acide aminé alanine. Ceux-ci sont appelés D-alanine et L-alanine, ce qui signifie vaguement « droite » et « gauche ».
Isomères structurels sont des isomères dans lesquels la séquence de liaison des atomes est différente. Contrairement au cas des stéréoisomères, cela peut donner lieu à des composés complètement différents (comme avec butane et 2-méthylpropane, qui ont tous deux la formule C4H10) ou chez des espèces étroitement apparentées (telles que de très gros alcanes avec de petits branches).
Isomères de branche sont une sorte d'isomère structurel présent dans les molécules organiques (c'est-à-dire celles qui contiennent du carbone). Le carbone peut se lier à d'autres atomes de carbone en plus de se lier aux atomes d'hydrogène, donc une fois une "chaîne" de carbone bordée par un atome d'hydrogène chaîne se développe suffisamment longtemps pour que les atomes se déplacent plus librement dans l'espace, des chaînes carbonées secondaires peuvent apparaître à un ou plusieurs points d'un finir. Comme vous pouvez vous y attendre, cela affecte considérablement le comportement chimique de ces molécules.
Que sont les alcanes ?
Alcanes sont des composés ne contenant que des atomes de carbone et d'hydrogène liés par des liaisons simples. Puisque chaque atome de carbone peut former quatre liaisons, la porte est ouverte à une multitude d'isomères au sein de cette classe de composés organiques, présents en abondance dans les combustibles fossiles.
L'alcane le plus simple est le méthane (CH4), suivi de l'éthane (C2H6) et propane (C3H8). En fait, la formule pour tous les alcanes est CmH2n + 2.
Vous avez déjà vu que le butane (C4H10) a un isomère, le 2-méthylpentane. Ce sont les deux seuls isomères de cette molécule. C5H10, d'autre part, a trois isomères, tandis que C6H14 en a neuf. Il n'y a pas de "formule du nombre d'isomères de chaîne" pour les alcanes, et le nombre devient rapidement encombrant (par exemple, décane, ou C10H22, a un énorme 75 isomères). Au lieu de cela, vous devriez être capable d'en construire quelques-uns en fonction d'une formule d'alcane particulière.
Calculateur de formule de combinaison d'isomères
Pour un exemple de programme qui agit comme un générateur de combinaison pour les isomères afin que vous puissiez voir leur structure physique respective dans l'espace, voir les ressources.
Notez que si vous essayez de saisir une formule pour laquelle il n'y a pas d'isomère, le programme renvoie rapidement un résultat nul. Vous voudrez peut-être expérimenter en dessinant certains de ces composés potentiels pour voir pourquoi ils sont impossibles à générer, étant donné les principes de base de la liaison chimique.
