Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Druhy izomérov
- Zoznámte sa s Alkánmi
- Počítanie izomérov
- Nestabilné alkány
Izoméry sú zlúčeniny, ktoré sú vo vzorci rovnaké, ale líšia sa štruktúrou alebo priestorovým usporiadaním. Vyskytujú sa v prírode, ale osobitne sa zaujímajú o organickú chémiu - štúdium zlúčenín uhlíka - kvôli obrovskej rozmanitosti ekonomicky dôležitých organických molekúl. Vedci sa pokúsili matematicky odvodiť počet izomérov organických molekúl s priamym reťazcom, nazývaných alkány, ale nezistili žiadne jednoduché vzťahy medzi počtom izomérov a obsahom uhlíka. Počítačové programy, ktoré rozkladajú alkánové štruktúry na zvládnuteľné fragmenty, však poskytujú dobré výsledky.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Je matematicky nemožné vypočítať počet izomérov alkánov, ale počítačové programy na ich výpočet používajú algoritmus.
Druhy izomérov
Dva typy izomérov sú štrukturálne a optické. Štrukturálne izoméry majú rôzne usporiadanie atómov alebo malých zhlukov atómov, ktoré sa nazývajú funkčné skupiny. Tieto izoméry sú výsledkom rozdielov vo vetvách molekulárnych vetiev funkčných skupín. Optické izoméry alebo stereoizoméry sú štruktúrne identické, ale geometrické polohy ich atómov a funkčných skupín sú rôzne. Príklady optických izomérov zahŕňajú zrkadlové obrazy a molekuly, ktoré sa otáčajú v opačných smeroch.
Zoznámte sa s Alkánmi
Alkány sú reťazce atómov uhlíka (C) a vodíka (H). Pre každý n atómov uhlíka existujú (2n + 2) atómy vodíka. Alkány pochádzajú hlavne zo zemného plynu a ropy. Uhlík v alkánoch vytvára reťazce, ktoré viažu uhlík na štyri ďalšie atómy prostredníctvom väzieb C-C alebo C-H. Rovné (acyklické) alkány netvoria kruhové štruktúry. Najjednoduchším alkánom je metán (CH4). Alkány so štyrmi alebo viacerými atómami uhlíka môžu tvoriť štruktúrne izoméry a tie, ktoré majú sedem alebo viac atómov uhlíka, môžu tiež vytvárať optické izoméry. Niektoré izoméry sú „stéricky nepriaznivé“, čo znamená, že je nepravdepodobné, že sa budú tvoriť, pretože na to, aby zostali stabilné, potrebujú ďalšiu energiu.
Počítanie izomérov
Robert Paton a Jonathan Goodman z University of Cambridge ponúkajú bezplatnú aplikáciu s názvom IsoCount, ktorá počíta počet štruktúrnych a optických izomérov pre akýkoľvek acyklický alkán.Jednoducho zadáte počet uhlíkov v alkáne a program určuje počet štruktúrnych a optických izomérov, pričom si všimnete, koľko je stéricky nepriaznivých. Program používa algoritmus, ktorý iteratívne skúma časť alkánu, aby sa odvodil počet izomérov. Napríklad, ak zadáte sedem, program oznámi, že alkán C7H16 má deväť štruktúrnych izomérov a dva optické.
Nestabilné alkány
Alkány so 16 alebo 17 atómami uhlíka nie sú stabilné zlúčeniny a pri izbovej teplote sa rýchlo disociujú. C17 vôbec neexistuje a C16 sa môže tvoriť iba krátko pri veľmi nízkych teplotách. Niektoré alkány s dlhším reťazcom sú tiež nestabilné. Program IsoCount pri vykazovaní svojich výsledkov predstavuje nestabilné fragmenty uhlíka. Počet izomérov rýchlo rastie so zvyšujúcim sa počtom uhlíkov v alkáne. Autori IsoCount odhadujú, že izoméry alkánu so 167 atómami uhlíka prevyšujú všetky častice vo vesmíre.