Obsah
Izoméry sú zložené z rovnakých vzorcov, ale odlišných štruktúr alebo priestorového usporiadania. Vyskytujú sa v prírode, ale vzbudzujú osobitný záujem o organickú chémiu - štúdium zlúčenín uhlíka - kvôli širokej škále ekonomicky dôležitých organických molekúl. Vedci sa pokúšajú matematicky odvodiť počet izomérov molekúl organického lineárneho reťazca nazývaných alkány, nenašli však jednoduchý vzťah medzi počtom izomérov a množstvom uhlíkov. Dobré výsledky však majú počítačové programy, ktoré štiepia alkánové štruktúry na fragmenty, s ktorými sa ľahšie pracuje.
Druhy izomérov
Tieto dva typy izomérov sú štruktúrne a optické. Štrukturálne izoméry majú odlišné usporiadanie atómov alebo malé zhluky atómov, ktoré sa nazývajú funkčné skupiny. Tieto izoméry sú výsledkom rozdielov v rozmiestnení molekúl a v usporiadaní funkčných skupín. Optické izoméry alebo stereoizoméry sú štruktúrne identické, líšia sa však v priestorovej geometrickej polohe atómov a funkčných skupín. Príklady optických izomérov zahŕňajú zrkadlové obrazy a molekuly, ktoré rotujú v opačných smeroch.
Zoznámte sa s alkánmi
Alkány sú reťazce atómov uhlíka (C) a vodíka (H) usporiadané tak, že na každých n atómov uhlíka pripadajú 2n + 2 vodíky. Pochádzajú hlavne zo zemného plynu a ropy. Uhlík v alkánoch vytvára reťazce, v ktorých je každý uhlík spojený s ďalšími štyrmi atómami väzbami C-C alebo CH. Lineárne alebo acyklické alkány netvoria krúžky. Najjednoduchším alkánom je metán, CH4. Tie, ktoré majú štyri alebo viac atómov uhlíka, môžu vytvárať štruktúrne izoméry a tie, ktoré majú sedem alebo viac uhlíkov, môžu tiež vytvárať optické izoméry. Niektoré izoméry sú „stéricky nepriaznivé“, čo znamená, že ich tvorba je nepravdepodobná, pretože na udržanie stability potrebujú veľa energie.
Počítanie izomérov
Robert Paton a Jonathan Goodman z University of Cambridge ponúkajú bezplatnú aplikáciu s názvom IsoCount, ktorá počíta počet štruktúrnych a optických izomérov ľubovoľného acyklického alkánu. Jednoducho zadáte počet uhlíkov v alkáne a program zistí počet štrukturálnych a optických izomérov s tým, koľko ich je stéricky nepriaznivých. Program používa algoritmus, ktorý interaktívne skúma časť alkánu na odvodenie množstva izomérov. Napríklad ak zadáte sedem, program oznámi, že alkán C7H16 má deväť štruktúrnych a dva optické izoméry.
Nestabilné alkány
Alkány s 16 a 17 atómami uhlíka nie sú stabilnými zlúčeninami a pri teplote miestnosti by sa rýchlo disociovali. C17 neexistuje a C16 sa dá rýchlo vytvoriť iba pri veľmi nízkych teplotách. Niektoré alkány s vyšším reťazcom sú tiež nestabilné. Program IsoCount považuje uhlíkové fragmenty za nestabilné pri vykazovaní svojich výsledkov. Počet izomérov rýchlo rastie s počtom uhlíkov. Autori IsoCount odhadujú, že 167-uhlíkové izoméry alkánov by prevyšovali počet častíc vo vesmíre.