Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Isomeeride tüübid
- Tutvuge alkaanidega
- Isomeeride loendamine
- Ebastabiilsed alkaanid
Isomeerid on ühendid, mis on valemiga identsed, kuid erineva ülesehituse või ruumilise paigutusega. Need esinevad kogu looduses, kuid pakuvad suurt huvi majanduslikult oluliste orgaaniliste molekulide tõttu orgaanilise keemia - süsinikuühendite uurimise - vastu. Teadlased on püüdnud matemaatiliselt tuletada sirge ahelaga orgaaniliste molekulide isomeeride arvu, mida nimetatakse alkaanideks, kuid pole avastanud lihtsaid seoseid isomeeride arvu ja süsiniku sisalduse vahel. Kuid arvutiprogrammid, mis lagundavad alkaanstruktuurid juhitavaks fragmentideks, annavad häid tulemusi.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Alkaanide isomeeride arvu pole matemaatiliselt võimatu arvutada, kuid arvutiprogrammid kasutavad selle väljatöötamiseks algoritmi.
Isomeeride tüübid
Kaks isomeeri tüüpi on struktuursed ja optilised. Struktuurilistel isomeeridel on erinev aatomite paigutus või aatomite väikesed klastrid, mida nimetatakse funktsionaalrühmadeks. Need isomeerid tulenevad funktsionaalrühmade molekulide harude erinevustest. Optilised isomeerid ehk stereoisomeerid on struktuurilt identsed, kuid nende aatomite ja funktsionaalrühmade geomeetrilised positsioonid on erinevad. Optiliste isomeeride näideteks on peegelpildid ja molekulid, mis keerduvad vastupidises suunas.
Tutvuge alkaanidega
Alkaanid on süsiniku (C) ja vesiniku (H) aatomite ahelad. Iga n süsinikuaatomi kohta on (2n + 2) vesinikuaatomit. Alkaanid pärinevad peamiselt maagaasist ja toornaftast. Alkaanides sisalduv süsinik moodustab ahelad, mis seovad süsinikku veel nelja aatomiga kas C-C või C-H sidemete kaudu. Sirged (atsüklilised) alkaanid ei moodusta rõngasstruktuure. Lihtsaim alkaan on metaan (CH4). Nelja või enama süsinikuaatomiga alkaanid võivad moodustada struktuuriisomeere ja need, milles on seitse või enam süsinikuaatomit, võivad moodustada ka optilisi isomeere. Mõned isomeerid on "steeriliselt ebasoodsad", mis tähendab, et nende moodustumine on ebatõenäoline, kuna stabiilsuse saavutamiseks vajavad nad lisaenergiat.
Isomeeride loendamine
Robert Paton ja Jonathan Goodman Cambridge'i ülikoolist pakuvad tasuta rakendust nimega IsoCount, mis arvutab mis tahes atsüklilise alkaani struktuursete ja optiliste isomeeride arvu.Sisestate lihtsalt süsiniku arvu alkaanis ja programm arvutab struktuuri- ja optiliste isomeeride arvu, märkides, mitu neist on steeriliselt ebasoodsad. Programm kasutab algoritmi, mis uurib isomeeride arvu saamiseks iteratiivselt osa alkaanist. Näiteks kui sisestate seitsme, teatab programm, et C7H16-alkaanil on üheksa struktuuriisomeeri ja kaks optilist isomeeri.
Ebastabiilsed alkaanid
16 või 17 süsinikuga alkaanid ei ole stabiilsed ühendid ja hajuvad toatemperatuuril kiiresti. C17 ei eksisteeri üldse ja C16 saab väga lühikese aja jooksul moodustuda ainult väga madalatel temperatuuridel. Mõned pikema ahelaga alkaanid on samuti ebastabiilsed. IsoCount programm arvestab tulemuste teatamisel ebastabiilseid süsiniku fragmente. Isomeeride arv kasvab kiiresti, kui süsinike arv alkaanis suureneb. IsoCount'i autorite hinnangul ületab 167 süsinikuga alkaanide isomeeride arv universumi kõiki osakesi.