วิธีการคำนวณจำนวนไอโซเมอร์

ในตอนนี้ คุณน่าจะได้เห็นสูตรทางเคมีสองสามสูตรและการแสดงโครงสร้างโมเลกุลที่เกี่ยวข้องบางประเภท ตัวอย่างเช่น โมเลกุลอย่างง่าย คาร์บอนไดออกไซด์ หรือ CO2 สามารถแสดงเป็นอะตอมของคาร์บอนที่เชื่อมกับออกซิเจนสองอะตอมโดยทางแยกที่เรียกว่าพันธะคู่: O=C=O

คาร์บอนไดออกไซด์ก็เหมือนกับสารประกอบจำนวนมากในธรรมชาติ มาในรูปแบบหรือรูปร่างเดียวเท่านั้น นั่นคือให้สูตรโมเลกุลเช่น C₃โฮ₃อู๋₃คุณจะสามารถเชื่อมโยงมันกับโครงสร้างสามมิติที่มีลักษณะเฉพาะ นั่นคือของไพรูเวตที่เป็นสารประกอบเมตาบอลิซึมที่สำคัญ

อย่างไรก็ตาม บางสูตรทำให้เกิดการจัดเรียงเชิงพื้นที่มากกว่าหนึ่งแบบ สารประกอบที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกันแต่รูปร่างต่างกันเรียกว่าไอโซเมอร์ และเนื่องจากสิ่งเหล่านี้มีอยู่มากมายในโลกของ ไฮโดรคาร์บอน, เรียนรู้ที่จะทำนายว่ามีโมเลกุลกี่ไอโซเมอร์ที่เรียกว่า an ด่าง สามารถมีเป็นสถานที่ที่ดีในการเรียนรู้เกี่ยวกับสารประกอบที่ยุ่งยากเหล่านี้

ไอโซเมอร์มาในสองประเภทพื้นฐาน สเตอริโอไอโซเมอร์ เป็นไอโซเมอร์ที่แตกต่างกันในการจัดเรียงเชิงพื้นที่ แต่มีพันธะอยู่ในที่เดียวกัน

หากฟังดูขัดแย้ง ให้จินตนาการถึงโมเลกุลที่เป็นภาพสะท้อนในกระจก สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถซ้อนทับกันโดยตรง ดังนั้นพวกมันจึงแตกต่างกัน แต่พันธะระหว่างอะตอมของพวกมันนั้นอยู่ในตำแหน่งที่สอดคล้องกัน ตัวอย่างคือ กรดอะมิโนสองรูปแบบ

ไอโซเมอร์โครงสร้าง คือไอโซเมอร์ซึ่งมีลำดับพันธะของอะตอมต่างกัน ซึ่งแตกต่างจากกรณีที่มีสเตอริโอไอโซเมอร์ ซึ่งอาจส่งผลให้สารประกอบต่างกันโดยสิ้นเชิง (เช่นเดียวกับ บิวเทน และ 2-เมทิลโพรเพนซึ่งทั้งคู่มีสูตร C₄โฮ₁₀) หรือในสปีชีส์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด (เช่น แอลเคนขนาดใหญ่มากที่มีขนาดเล็ก สาขา).

ไอโซเมอร์สาขา เป็นโครงสร้างไอโซเมอร์ชนิดหนึ่งที่พบในโมเลกุลอินทรีย์ คาร์บอนสามารถจับกับอะตอมของคาร์บอนอื่น ๆ นอกเหนือจากพันธะกับอะตอมไฮโดรเจน ดังนั้นเมื่อ "โซ่" ของคาร์บอนล้อมรอบด้วยอะตอมไฮโดรเจน โซ่ยาวพอที่จะให้อะตอมเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระมากขึ้นในอวกาศ โซ่คาร์บอนทุติยภูมิอาจปรากฏขึ้นที่จุดหนึ่งจุดหรือมากกว่าจากจุดหนึ่ง จบ. อย่างที่คุณคาดไว้ สิ่งนี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อพฤติกรรมทางเคมีของโมเลกุลเหล่านี้

อัลเคน เป็นสารประกอบที่มีเพียงอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนที่เชื่อมกันเป็นพันธะเดี่ยว เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมสามารถสร้างพันธะได้สี่พันธะ ประตูจึงเปิดรับไอโซเมอร์จำนวนมากภายในสารประกอบอินทรีย์ประเภทนี้ ซึ่งพบมากในเชื้อเพลิงฟอสซิล

ด่างที่ง่ายที่สุดคือมีเทน (CH₄) ตามด้วยอีเทน (C₂โฮ₆) และโพรเพน (C₃โฮ₈). อันที่จริง สูตรของอัลเคนทั้งหมดคือ C_นโฮ_{2n + 2}.

คุณเคยเห็นบิวเทนนั้นแล้ว (C₄โฮ₁₀) มีไอโซเมอร์ 2-เมทิลเพนเทน นี่เป็นเพียงสองไอโซเมอร์ของโมเลกุลนี้ ค₅โฮ₁₀ในทางกลับกัน มีไอโซเมอร์สามตัวในขณะที่ C₆โฮ₁₄ มีเก้า ไม่มี "จำนวนของสูตรไอโซเมอร์ของสายโซ่" สำหรับอัลเคน และจำนวนดังกล่าวก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนยุ่งยาก (เช่น ดีเคน หรือ C₁₀โฮ₂₂มีไอโซเมอร์มากถึง 75 ไอโซเมอร์) คุณควรจะสร้างบางส่วนได้โดยใช้สูตรอัลเคนเฉพาะ

สำหรับตัวอย่างของโปรแกรมที่ทำหน้าที่เป็นตัวสร้างชุดค่าผสมสำหรับไอโซเมอร์ เพื่อให้คุณสามารถเห็นโครงสร้างทางกายภาพของพวกมันในอวกาศ ให้ดูที่แหล่งข้อมูล

โปรดทราบว่าหากคุณพยายามป้อนสูตรที่ไม่มีไอโซเมอร์ โปรแกรมจะส่งกลับผลลัพธ์เป็นโมฆะอย่างรวดเร็ว คุณอาจต้องการทดลองวาดสารประกอบที่คาดว่าจะเกิดขึ้นเหล่านี้เพื่อดูว่าเหตุใดจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้าง โดยพิจารณาถึงหลักการพื้นฐานของพันธะเคมี