Jak obliczyć liczbę izomerów

Do tego czasu najprawdopodobniej widziałeś już kilka wzorów chemicznych i jakąś reprezentację powiązanych struktur molekularnych. Na przykład prostą cząsteczkę dwutlenku węgla lub CO2 można przedstawić jako atom węgla połączony z dwoma atomami tlenu przez połączenia zwane wiązaniami podwójnymi: O=C=O.

Dwutlenek węgla, podobnie jak wiele związków występujących w przyrodzie, występuje tylko w jednej postaci. To znaczy, biorąc pod uwagę wzór cząsteczkowy, taki jak C₃H₃O₃, mógłbyś skojarzyć go z unikalną trójwymiarową strukturą ważnego związku metabolicznego, pirogronianu.

Niektóre formuły dają jednak początek więcej niż jednemu układowi przestrzennemu. Związki o tym samym wzorze cząsteczkowym, ale o różnych kształtach nazywane są izomerami, a ponieważ jest ich tak wiele w świecie węglowodory, ucząc się przewidywać, ile izomerów ma rodzaj cząsteczki zwanej an alkany can have to świetne miejsce do poznania tych skomplikowanych związków.

Izomery występują w dwóch podstawowych typach.

Jeśli brzmi to jak sprzeczność, wyobraź sobie cząsteczki, które są lustrzanymi odbiciami; nie mogą się one nakładać bezpośrednio na siebie, więc są różne, jednak wiązania między ich atomami znajdują się w odpowiednich miejscach. Przykładem są dwie formy aminokwasu alanina. Nazywa się je D-alaniną i L-alaniną, co oznacza „prawo” i „lewo”.

Izomery strukturalne są izomerami, w których sekwencja wiązania atomów jest inna. W przeciwieństwie do przypadku stereoizomerów, może to skutkować zupełnie innymi związkami (jak w przypadku butan i 2-metylopropan, z których oba mają wzór C₄H₁₀) lub w blisko spokrewnionych gatunkach (takich jak bardzo duże alkany z małym gałęzie).

Izomery rozgałęzione są rodzajem izomeru strukturalnego znajdującego się w cząsteczkach organicznych (tj. takich, które zawierają węgiel). Węgiel może wiązać się z innymi atomami węgla oprócz wiązania z atomami wodoru, więc gdy „łańcuch” węgla jest ograniczony atomem wodoru łańcuch rośnie wystarczająco długo, aby atomy mogły swobodniej poruszać się w przestrzeni, drugorzędowe łańcuchy węglowe mogą pojawiać się w jednym lub więcej punktach od jednego koniec. Jak można się spodziewać, ma to znaczący wpływ na zachowanie chemiczne tych cząsteczek.

Alkany to związki zawierające tylko atomy węgla i wodoru połączone pojedynczymi wiązaniami. Ponieważ każdy atom węgla może tworzyć cztery wiązania, drzwi są otwarte dla bogactwa izomerów należących do tej klasy związków organicznych, występujących w obfitości w paliwach kopalnych.

Najprostszym alkanem jest metan (CH₄), a następnie etan (C₂H₆) i propan (C₃H₈). W rzeczywistości wzór na wszystkie alkany to C_nieH_{2n + 2}.

Widziałeś już ten butan (C₄H₁₀) ma izomer, 2-metylopentan. To jedyne dwa izomery tej cząsteczki. do₅H₁₀z drugiej strony ma trzy izomery, a C₆H₁₄ ma dziewięć. Nie ma „wzoru na liczbę izomerów łańcuchowych” dla alkanów, a liczba ta szybko staje się uciążliwa (na przykład dekan lub C₁₀H₂₂, ma aż 75 izomerów). Zamiast tego powinieneś być w stanie skonstruować kilka z nich, biorąc pod uwagę konkretną formułę alkanu.

Aby zapoznać się z przykładem programu, który działa jako generator kombinacji dla izomerów, dzięki czemu można zobaczyć ich odpowiednią strukturę fizyczną w przestrzeni, zobacz Zasoby.

Zauważ, że jeśli spróbujesz wprowadzić formułę, dla której nie ma izomeru, program szybko zwróci wynik pusty. Możesz poeksperymentować z rysowaniem niektórych z tych potencjalnych związków, aby zobaczyć, dlaczego nie można ich wygenerować, biorąc pod uwagę podstawowe zasady wiązania chemicznego.