Wat zijn isomeren?
Isomeren zijn chemische verbindingen die dezelfde moleculaire formules hebben - wat betekent dat ze uit hetzelfde aantal van hetzelfde type atomen bestaan - maar verschillende structuren of opstellingen in de ruimte hebben. Pentaan is bijvoorbeeld een organische verbinding bestaande uit vijf koolstofatomen en 12 waterstofatomen. Twee isomeren van pentaan omvatten onvertakt pentaan, waarin de koolstofatomen zijn gerangschikt in een lineaire keten, en isopentaan of methylbutaan, waarin vier koolstofatomen zijn gerangschikt in een lineaire keten terwijl de vijfde zich aftakt van een van de inwendige koolstofatomen. Beide hebben dezelfde moleculaire formules, maar de feitelijke rangschikking van hun atomen is verschillend. Isomeren zijn belangrijk omdat verbindingen met verschillende structuren, zelfs als ze dezelfde atomen bevatten, drastisch verschillende chemische eigenschappen kunnen hebben.
Verbindingen met dezelfde moleculaire formules kunnen op twee manieren structureel verschillen. Ten eerste verschillen structurele isomeren in de feitelijke structurele rangschikkingen van atomen. De functionele groepen waaruit de verbindingen bestaan, worden op verschillende manieren en in verschillende opstellingen samengevoegd. Stereoisomeren daarentegen zijn op dezelfde manier gerangschikt wat betreft de positie van functionele groepen, maar verschillen in hun relatieve posities in de ruimte. Twee moleculen kunnen bijvoorbeeld dezelfde atomen en dezelfde structuur hebben, maar kunnen ook niet-overlappende spiegelbeelden van elkaar zijn en zouden daarom isomeren zijn.
Isomeren zijn erg belangrijk omdat verschillende verbindingen, zelfs als ze dezelfde moleculaire formules hebben, verschillende chemische eigenschappen kunnen hebben. Dit geldt zelfs voor stereoisomeren, die oppervlakkig bijna identiek zijn. Eén verbinding kan bijvoorbeeld een belangrijk actief bestanddeel in een geneesmiddel zijn, terwijl het niet-overlappende spiegelbeeld-isomeer volkomen ineffectief of zelfs schadelijk kan zijn. Verbindingen met verschillende opstellingen reageren vaak op drastisch verschillende manieren met andere atomen en verbindingen. Ze kunnen verschillen in welke chemicaliën ze reageren of in de snelheid waarmee ze reageren met verschillende chemicaliën.
Veel chemische reacties produceren een mix van verschillende isomeren - dit geldt met name voor stereoisomeren - dus chemici moeten vaak verschillende methoden gebruiken om het specifieke isomeer waarin ze geïnteresseerd zijn te isoleren. Veel verschillende methoden op basis van verschillende chemische eigenschappen kunnen worden gebruikt om isomeren te scheiden. Sommige verbindingen met identieke moleculaire formules kunnen bijvoorbeeld bij verschillende temperaturen koken, zodat destillatie kan worden gebruikt om ze te scheiden. Anderen reageren met verschillende verbindingen, dus chemische reacties kunnen worden gebruikt om één isomeer te verwijderen terwijl de gewenste verbinding ongewijzigd blijft.