Hvordan beregne antall isomerer

Du har på dette tidspunktet mest sannsynlig sett noen få kjemiske formler og en slags representasjon av de tilknyttede molekylære strukturer. For eksempel kan det enkle molekylet karbondioksid, eller CO2, representeres som et karbonatom forbundet med to oksygenatomer ved kryss som kalles dobbeltbindinger: O = C = O.

Karbondioksid, som mange forbindelser i naturen, kommer bare i en form eller form. Det vil si gitt en molekylformel som C₃H₃O₃, ville du være i stand til å knytte den til en unik tredimensjonal struktur, den av den viktige metabolske forbindelsen pyruvat.

Noen formler gir imidlertid mer enn ett romlig arrangement. Forbindelser med samme molekylformel, men forskjellige former, kalles isomerer, og fordi disse er så rikelig i hydrokarboner, lære å forutsi hvor mange isomerer et slags molekyl som kalles en alkan kan ha er et flott sted å lære om disse vanskelige forbindelsene.

Isomerer kommer i to grunnleggende typer. Stereoisomerer er isomerer som skiller seg ut i deres romlige ordninger, men som har bånd på de samme stedene.

Hvis dette høres ut som en motsetning, forestill deg molekyler som er speilbilder; disse kan ikke legges direkte på hverandre, så de er forskjellige, men likevel er båndene mellom deres respektive atomer på tilsvarende steder. Et eksempel er de to formene av aminosyren alanin. Disse kalles D-alanin og L-alanin, som løst betyr "høyre" og "venstre".

Strukturelle isomerer er isomerer hvor atomsenes bindingssekvens er forskjellig. I motsetning til tilfellet med stereoisomerer, kan dette resultere i helt andre forbindelser (som med butan og 2-metylpropan, som begge har formelen C₄H₁₀) eller i nært beslektede arter (for eksempel veldig store alkaner med små grener).

Grenisomerer er en slags strukturell isomer som finnes i organiske molekyler (dvs. de som inneholder karbon). Kull kan binde seg til andre karbonatomer i tillegg til binding til hydrogenatomer, så når en karbon "kjede" grenser til et hydrogenatom kjeden vokser lenge nok til at atomene beveger seg mer fritt i rommet, kan sekundære karbonkjeder vises på ett eller flere punkter fra ett slutt. Som du kanskje forventer, påvirker dette signifikant den kjemiske oppførselen til disse molekylene.

Alkanes er forbindelser som bare inneholder karbon og hydrogenatomer forbundet i enkeltbindinger. Siden hvert karbonatom kan danne fire bindinger, er døren åpen for et vell av isomerer innenfor denne klassen av organiske forbindelser, som finnes i overflod i fossile brensler.

Den enkleste alkanen er metan (CH₄), etterfulgt av etan (C₂H₆) og propan (C₃H₈). Faktisk er formelen for alle alkaner C_nH_{2n + 2}.

Du har allerede sett den butan (C₄H₁₀) har en isomer, 2-metylpentan. Dette er de eneste to isomerer av dette molekylet. C₅H₁₀derimot har tre isomerer, mens C₆H₁₄ har ni. Det er ingen "antall kjedeisomerer formel" for alkaner, og antallet blir raskt tungvint (for eksempel dekan, eller C₁₀H₂₂, har hele 75 isomerer). I stedet bør du kunne konstruere noen få av dem gitt en bestemt alkanformel.

For et eksempel på et program som fungerer som en kombinasjonsgenerator for isomerer, slik at du kan se deres respektive fysiske struktur i rommet, se Ressurser.

Merk at hvis du prøver å legge inn en formel som det ikke er noen isomer for, returnerer programmet raskt et null-resultat. Det kan være lurt å eksperimentere med å tegne noen av disse potensielle forbindelsene for å se hvorfor de er umulige å generere, gitt grunnleggende kjemiske bindingsprinsipper.