Was sind Isomere?

Isomere sind chemische Verbindungen, die die gleichen Molekülformeln haben - das heißt, sie setzen sich aus der gleichen Anzahl der gleichen Arten von Atomen zusammen -, aber im Raum unterschiedliche Strukturen oder Anordnungen haben. Zum Beispiel ist Pentan eine organische Verbindung, die aus fünf Kohlenstoffatomen und 12 Wasserstoffatomen besteht. Zwei Pentanisomere umfassen unverzweigtes Pentan, in dem die Kohlenstoffe in einer linearen Kette angeordnet sind, und Isopentan oder Methylbutan, in dem vier Kohlenstoffe in einer linearen Kette angeordnet sind, während sich das fünfte von einem der inneren Kohlenstoffatome abzweigt. Beide haben die gleichen Molekülformeln, aber die tatsächlichen Anordnungen ihrer Atome sind unterschiedlich. Isomere sind wichtig, weil Verbindungen mit unterschiedlichen Strukturen, auch wenn sie dieselben Atome enthalten, drastisch unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen können.

Verbindungen mit den gleichen Molekülformeln können sich in zweierlei Hinsicht strukturell unterscheiden. Erstens unterscheiden sich Strukturisomere in der tatsächlichen Strukturanordnung der Atome. Die funktionellen Gruppen, aus denen die Verbindungen bestehen, sind auf unterschiedliche Weise und in unterschiedlichen Anordnungen miteinander verbunden. Stereoisomere hingegen sind in Bezug auf die Position der funktionellen Gruppen gleich angeordnet, unterscheiden sich jedoch in ihren relativen Positionen im Raum. Zwei Moleküle können zum Beispiel die gleichen Atome und die gleiche Struktur haben, können aber auch nicht überlappende Spiegelbilder voneinander sein und wären daher Isomere.

Isomere sind sehr wichtig, da verschiedene Verbindungen, selbst wenn sie die gleichen Molekülformeln haben, unterschiedliche chemische Eigenschaften haben können. Dies gilt sogar für Stereoisomere, die oberflächlich betrachtet nahezu identisch sind. Eine Verbindung kann beispielsweise ein wichtiger Wirkstoff in einem Arzneimittel sein, während ihr nicht überlappendes Spiegelbild-Isomer völlig unwirksam oder sogar schädlich sein kann. Verbindungen mit unterschiedlichen Anordnungen reagieren oft drastisch unterschiedlich mit anderen Atomen und Verbindungen. Sie können unterschiedlich sein, mit welchen Chemikalien sie reagieren oder wie schnell sie mit verschiedenen Chemikalien reagieren.

Viele chemische Reaktionen führen zu einer Mischung verschiedener Isomere - dies gilt insbesondere für Stereoisomere. Daher müssen Chemiker häufig verschiedene Methoden anwenden, um das jeweilige Isomer zu isolieren, an dem sie interessiert sind. Viele verschiedene Methoden, die auf verschiedenen chemischen Eigenschaften basieren, können verwendet werden, um Isomere zu trennen. Einige Verbindungen mit identischen Molekülformeln können beispielsweise bei unterschiedlichen Temperaturen sieden, so dass Destillation verwendet werden kann, um sie zu trennen. Andere reagieren mit unterschiedlichen Verbindungen, so dass chemische Reaktionen verwendet werden können, um ein Isomer zu entfernen, während die interessierende Verbindung unverändert bleibt.