Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Arten von Isomeren
- Lerne die Alkane kennen
- Isomere zählen
- Instabile Alkane
Isomere sind Verbindungen mit identischer Formel, aber unterschiedlicher Struktur oder räumlicher Anordnung. Sie kommen in der ganzen Natur vor, sind aber wegen der großen Vielfalt wirtschaftlich wichtiger organischer Moleküle für die organische Chemie - die Untersuchung von Kohlenstoffverbindungen - von besonderem Interesse. Wissenschaftler haben versucht, die Anzahl der Isomere von geradkettigen organischen Molekülen, die als Alkane bezeichnet werden, mathematisch abzuleiten, haben jedoch keine einfachen Beziehungen zwischen der Isomerenzahl und dem Kohlenstoffgehalt entdeckt. Computerprogramme, die Alkanstrukturen in handhabbare Fragmente zerlegen, liefern jedoch gute Ergebnisse.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Es ist mathematisch unmöglich, die Anzahl der Isomere von Alkanen zu berechnen, aber Computerprogramme verwenden einen Algorithmus, um sie zu berechnen.
Arten von Isomeren
Die zwei Arten von Isomeren sind strukturell und optisch. Strukturisomere weisen unterschiedliche Anordnungen von Atomen oder kleinen Cluster von Atomen auf, die als funktionelle Gruppen bezeichnet werden. Diese Isomere resultieren aus Unterschieden in der Anordnung der Verzweigungen von Molekülverzweigungen funktioneller Gruppen. Optische Isomere oder Stereoisomere sind strukturell identisch, aber die geometrischen Positionen ihrer Atome und funktionellen Gruppen sind unterschiedlich. Beispiele für optische Isomere umfassen Spiegelbilder und Moleküle, die sich in entgegengesetzte Richtungen verdrehen.
Lerne die Alkane kennen
Alkane sind Ketten von Kohlenstoffatomen (C) und Wasserstoffatomen (H). Für jedes n Kohlenstoffatom gibt es (2n + 2) Wasserstoffatome. Alkane stammen hauptsächlich aus Erdgas und Erdöl. Der Kohlenstoff in Alkanen bildet Ketten, die Kohlenstoff über C-C- oder C-H-Bindungen an vier andere Atome binden. Gerade (acyclische) Alkane bilden keine Ringstrukturen. Das einfachste Alkan ist Methan (CH4). Alkane mit vier oder mehr Kohlenstoffatomen können Strukturisomere bilden, und solche mit sieben oder mehr Kohlenstoffatomen können auch optische Isomere bilden. Einige Isomere sind "sterisch ungünstig", was bedeutet, dass es unwahrscheinlich ist, dass sie sich bilden, da sie zusätzliche Energie benötigen, um stabil zu bleiben.
Isomere zählen
Robert Paton und Jonathan Goodman von der University of Cambridge bieten eine kostenlose Anwendung namens IsoCount an, mit der die Anzahl der strukturellen und optischen Isomere für jedes acyclische Alkan berechnet werden kann.Sie geben einfach die Anzahl der Kohlenstoffe in das Alkan ein und das Programm berechnet die strukturelle und optische Isomerenzahl, wobei Sie feststellen, wie viele sterisch ungünstig sind. Das Programm verwendet einen Algorithmus, der iterativ einen Teil des Alkans untersucht, um die Anzahl der Isomeren abzuleiten. Wenn Sie beispielsweise sieben eingeben, gibt das Programm an, dass das C7H16-Alkan neun Strukturisomere und zwei optische Isomere aufweist.
Instabile Alkane
Alkane mit 16 oder 17 Kohlenstoffatomen sind keine stabilen Verbindungen und dissoziieren bei Raumtemperatur schnell. C17 existiert überhaupt nicht und C16 kann sich nur kurzzeitig bei sehr niedrigen Temperaturen bilden. Einige längerkettige Alkane sind auch instabil. Das IsoCount-Programm berücksichtigt instabile Kohlenstoff-Fragmente, wenn es seine Ergebnisse meldet. Die Anzahl der Isomeren wächst schnell, wenn die Anzahl der Kohlenstoffe im Alkan zunimmt. Die IsoCount-Autoren schätzen, dass die Isomere eines Alkans mit 167 Kohlenstoffatomen alle Teilchen im Universum übertreffen.