Come calcolare il numero di isomeri

A questo punto molto probabilmente hai visto alcune formule chimiche e una sorta di rappresentazione delle strutture molecolari associate. Ad esempio, la semplice molecola anidride carbonica, o CO2, può essere rappresentata come un atomo di carbonio unito a due atomi di ossigeno mediante giunzioni chiamate doppi legami: O=C=O.

L'anidride carbonica, come molti composti in natura, si presenta in una sola forma o forma. Cioè, data una formula molecolare come C₃H₃oh₃, potresti associarlo a una struttura tridimensionale unica, quella dell'importante composto metabolico piruvato.

Alcune formule, però, danno luogo a più di una disposizione spaziale. I composti con la stessa formula molecolare ma con forme diverse sono chiamati isomeri, e poiché questi sono così abbondanti nel mondo della idrocarburi, imparando a prevedere quanti isomeri una specie di molecola chiamata an alcano può avere è un ottimo posto per conoscere questi composti difficili.

Gli isomeri sono di due tipi fondamentali.

Se questo suona come una contraddizione, immagina delle molecole che sono immagini speculari; questi non possono essere sovrapposti direttamente l'uno all'altro, quindi sono diversi, tuttavia i legami tra i rispettivi atomi sono in punti corrispondenti. Un esempio sono le due forme dell'amminoacido alanina. Questi sono chiamati D-alanina e L-alanina, che significano vagamente "destra" e "sinistra".

Isomeri strutturali sono isomeri in cui la sequenza di legame degli atomi è diversa. A differenza del caso degli stereoisomeri, questo può portare a composti completamente diversi (come con butano e 2-metilpropano, entrambi di formula C₄H₁₀) o in specie strettamente correlate (come alcani molto grandi con piccoli rami).

Isomeri di ramo sono una sorta di isomero strutturale che si trova nelle molecole organiche (cioè quelle che contengono carbonio). Il carbonio può legarsi ad altri atomi di carbonio oltre a legarsi agli atomi di idrogeno, quindi una volta che una "catena" di carbonio è delimitata da un atomo di idrogeno la catena cresce abbastanza a lungo da consentire agli atomi di muoversi più liberamente nello spazio, le catene di carbonio secondarie possono apparire in uno o più punti da uno fine. Come ci si potrebbe aspettare, questo influisce in modo significativo sul comportamento chimico di queste molecole.

alcani sono composti contenenti solo atomi di carbonio e idrogeno uniti in singoli legami. Poiché ogni atomo di carbonio può formare quattro legami, la porta è aperta a una ricchezza di isomeri all'interno di questa classe di composti organici, che si trovano in abbondanza nei combustibili fossili.

L'alcano più semplice è il metano (CH₄), seguito da etano (C₂H₆) e propano (C₃H₈). Infatti, la formula per tutti gli alcani è C_nH_{2n + 2}.

Hai già visto quel butano (C₄H₁₀) ha un isomero, 2-metilpentano. Questi sono gli unici due isomeri di questa molecola. C₅H₁₀, invece, ha tre isomeri, mentre C₆H₁₄ ne ha nove. Non esiste una "formula del numero di isomeri di catena" per gli alcani e il numero cresce rapidamente ingombrante (ad esempio, decano o C₁₀H₂₂, ha ben 75 isomeri). Invece, dovresti essere in grado di costruirne alcuni data una particolare formula di alcano.

Per un esempio di un programma che funge da generatore di combinazioni per gli isomeri in modo da poter vedere la loro rispettiva struttura fisica nello spazio, vedere Risorse.

Si noti che se si tenta di immettere una formula per la quale non esiste un isomero, il programma restituisce rapidamente un risultato nullo. Potresti provare a disegnare alcuni di questi potenziali composti per vedere perché sono impossibili da generare, dati i principi di base del legame chimico.