المحتوى
تتكون الايزومرات مع صيغ متطابقة ولكن مختلفة الهياكل أو الترتيبات المكانية. تحدث في الطبيعة ولكنها تثير اهتمامًا خاصًا بالكيمياء العضوية - دراسة مركبات الكربون - بسبب التنوع الكبير في الجزيئات العضوية المهمة اقتصاديًا. يحاول العلماء استنتاج عدد الأيزومرات للجزيئات العضوية المستقيمة ، المسماة الألكانات ، رياضيًا ، لكنهم لم يجدوا علاقة بسيطة بين عدد الأيزومرات وكمية الكربون. ومع ذلك ، فإن برامج الكمبيوتر التي تحطم هياكل الألكان إلى أجزاء يسهل العمل معها لها نتائج جيدة.
أنواع الايزومرات
نوعان من الايزومرات هما هيكلية وبصرية. الأيزومرات الهيكلية لها ترتيبات مختلفة من الذرات أو مجموعات صغيرة من الذرات تسمى المجموعات الوظيفية. تنتج هذه الأيزومرات عن الاختلافات في تشعبات الجزيئات وكيفية ترتيب المجموعات الوظيفية. الأيزومرات الضوئية ، أو الأيزومرات الفراغية ، متطابقة من الناحية الهيكلية ولكنها تختلف في الموقع الهندسي المكاني للذرات والمجموعات الوظيفية. تتضمن أمثلة الأيزومرات الضوئية الصور المرآة والجزيئات التي تدور في اتجاهين متعاكسين.
قابل الألكانات
الألكانات عبارة عن سلاسل من ذرات الكربون (C) والهيدروجين (H) ، مرتبة بطريقة تجعل لكل ن ذرة كربون 2n + 2 هيدروجين. مصدرها الرئيسي هو الغاز الطبيعي والنفط الخام. يشكل الكربون الموجود في الألكانات سلاسل يرتبط فيها كل كربون بأربع ذرات أخرى بواسطة روابط C-C أو C-H. لا تشكل الألكانات الخطية أو اللاحلقية حلقات. أبسط ألكان هو الميثان ، CH4. يمكن لأولئك الذين لديهم أربع ذرات كربون أو أكثر أن يشكلوا أيزومرات هيكلية ، ويمكن لأولئك الذين لديهم سبعة أو أكثر من ذرات الكربون تكوين أيزومرات بصرية. بعض الايزومرات "غير مواتية جسيمًا" ، مما يعني أن تكوينها غير محتمل لأنها تحتاج إلى قدر كبير من الطاقة لتظل مستقرة.
عد الايزومرات
يقدم كل من روبرت باتون وجوناثان جودمان من جامعة كامبريدج تطبيقًا مجانيًا يسمى IsoCount ، والذي يحسب عدد الأيزومرات الهيكلية والبصرية لأي ألكان غير دائري. ما عليك سوى إدخال عدد الكربون في الألكان وسيقوم البرنامج بالعثور على عدد الأيزومرات الهيكلية والبصرية ، مع ذكر عدد الأيزومرات غير المواتية من الناحية التعقيمية. يستخدم البرنامج خوارزمية تفحص بشكل تفاعلي جزء الألكان لاشتقاق كمية الأيزومرات. على سبيل المثال ، إذا قمت بإدخال سبعة ، فإن البرنامج يفيد بأن ألكان C7H16 يحتوي على تسعة أيزومرات هيكلية واثنين من الأيزومرات البصرية.
الألكانات غير المستقرة
الألكانات التي تحتوي على 16 و 17 كربون ليست مركبات مستقرة وسوف تنفصل بسرعة في درجة حرارة الغرفة. C17 غير موجود ولا يمكن تكوين C16 إلا بسرعة في درجات حرارة منخفضة جدًا. بعض الألكانات عالية السلسلة غير مستقرة أيضًا. يعتبر برنامج IsoCount شظايا الكربون غير مستقرة عند الإبلاغ عن نتائجه. عدد الايزومرات ينمو بسرعة مع عدد الكربون. يقدر مؤلفو IsoCount أن أيزومرات ألكان 167 كربون ستفوق عدد الجسيمات في الكون.