Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Типи ізомерів
- Знайомтесь з Алканами
- Підрахунок ізомерів
- Нестабільний Алканес
Ізомери - це сполуки, однакові за формулою, але різні за структурою або просторовим розташуванням. Вони трапляються у всій природі, але представляють особливий інтерес для органічної хімії - вивчення вуглецевих сполук - через величезну різноманітність економічно важливих органічних молекул. Вчені намагалися математично вивести кількість ізомерів прямоланцюгових органічних молекул, званих алканами, але не виявили простих зв’язків між кількістю ізомерів та вмістом вуглецю. Однак комп’ютерні програми, що розкладають алканові структури на керовані фрагменти, дають хороші результати.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Математично неможливо обчислити кількість ізомерів алканів, але комп'ютерні програми використовують алгоритм для його розробки.
Типи ізомерів
Два типи ізомерів бувають структурними та оптичними. Структурні ізомери мають різні розташування атомів або невеликі скупчення атомів, які називаються функціональними групами. Ці ізомери є результатом відмінностей у розмноженні гілок молекул функціональних груп. Оптичні ізомери або стереоізомери структурно однакові, але геометричні положення їх атомів та функціональних груп різні. Приклади оптичних ізомерів включають дзеркальні зображення та молекули, які крутяться в протилежних напрямках.
Знайомтесь з Алканами
Алкани - це ланцюги атомів вуглецю (С) та водню (Н). На кожні n атомів вуглецю існує (2n + 2) атоми водню. Алкани в основному походять з природного газу та сирої нафти. Вуглець в алканах утворює ланцюги, які зв'язують вуглець до чотирьох інших атомів через зв'язки С-С або С-Н. Прямі (ациклічні) алкани не утворюють кільцевих структур. Найпростіший алкан - метан (СН4). Алкани з чотирма або більше атомами вуглецю можуть утворювати структурні ізомери, а ті, що мають сім або більше вуглець, також можуть утворювати оптичні ізомери. Деякі ізомери "стерильно несприятливі", це означає, що вони навряд чи утворюються, оскільки їм потрібна додаткова енергія, щоб залишатися стабільними.
Підрахунок ізомерів
Роберт Патон та Джонатан Гудман з Кембриджського університету пропонують безкоштовну програму під назвою IsoCount, яка обчислює кількість структурних та оптичних ізомерів для будь-якого ациклічного алкану.Ви просто вводите кількість вуглецю в алкані і програма фіксує кількість структурних та оптичних ізомерів, зазначаючи, скільки стерильно несприятливих. Програма використовує алгоритм, який ітеративно вивчає частину алкану для отримання кількості ізомерів. Наприклад, якщо ввести сім, програма повідомляє, що алкан C7H16 має дев'ять структурних ізомерів та два оптичних.
Нестабільний Алканес
Алкани з 16 або 17 вуглецем не є стабільними сполуками і швидко дисоціюють при кімнатній температурі. C17 взагалі не існує, і C16 може формуватися лише короткочасно при дуже низьких температурах. Деякі алкани довгих ланцюгів також нестабільні. Програма IsoCount враховує нестабільні фрагменти вуглецю під час звітування про його результати. Кількість ізомерів швидко зростає у міру збільшення кількості вуглецю в алкані. Автори IsoCount підрахували, що ізомери алкану з 167 вуглецю перевищують усі частинки Всесвіту.