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異性体は同じ式で構成されていますが、構造や空間配置が異なります。それらは自然界で発生しますが、経済的に重要な有機分子が多種多様であるため、有機化学-炭素化合物の研究-への特別な関心を呼び起こします。科学者たちは、アルカンと呼ばれる有機直鎖分子の異性体の数を数学的に導き出そうと試みてきましたが、異性体の数と炭素の量の間に単純な関係はありませんでした。ただし、アルカン構造をより扱いやすいフラグメントに分解するコンピュータープログラムは、良い結果をもたらします。
異性体の種類
異性体には、構造異性体と光学異性体の2つのタイプがあります。構造異性体には、官能基と呼ばれる原子の配置や原子の小さなクラスターがあります。これらの異性体は、分子の影響と官能基の配置の違いから生じます。光学異性体、または立体異性体は構造的には同じですが、原子と官能基の空間的な幾何学的位置が異なります。光学異性体の例には、鏡像と反対方向に回転する分子が含まれます。
アルカンに会います
アルカンは、炭素（C）および水素（H）原子の鎖であり、n個の炭素原子ごとに2n + 2個の水素が存在するように配置されています。それらは主に天然ガスと原油に由来します。アルカンの炭素は、各炭素がC-CまたはC-H結合によって他の4つの原子にリンクされている鎖を形成します。直鎖または非環状アルカンは環を形成しません。最も単純なアルカンはメタン、CH4です。炭素数が4以上のものは構造異性体となり、炭素数が7以上のものは光学異性体となります。一部の異性体は「立体的に不利」です。つまり、安定性を維持するために多くのエネルギーを必要とするため、その形成は起こりそうにありません。
異性体を数える
ケンブリッジ大学のロバートパトンとジョナサングッドマンは、非環状アルカンの構造異性体と光学異性体の数を計算するIsoCountと呼ばれる無料のアプリケーションを提供しています。アルカンの炭素数を入力するだけで、プログラムは構造異性体と光学異性体の数を検出し、立体異性体に不利な数を指定します。プログラムは、アルカンの部分をインタラクティブに調べて異性体の量を導き出すアルゴリズムを使用します。たとえば、7と入力すると、C7H16アルカンには9つの構造異性体と2つの光学異性体があることがプログラムから報告されます。
不安定なアルカン
炭素数16および17のアルカンは安定な化合物ではなく、室温ですぐに解離します。 C17は存在せず、C16は非常に低温でのみ迅速に形成できます。一部の高級鎖アルカンも不安定です。 IsoCountプログラムは、結果を報告するときに炭素断片を不安定と見なします。異性体の数は炭素数とともに急速に増加します。 IsoCountの作成者は、167炭素アルカン異性体が宇宙の粒子数を上回ると推定しています。