B3.3 Strukturisomeri

NoteDet skal du kunne
  • forklare, hvad isomerer er
  • skelne mellem kædeisomeri, stillingsisomeri og funktionsisomeri
  • tegne strukturisomerer ud fra en molekylformel
  • forklare, hvorfor isomerer har forskellige egenskaber

Ethanol er alkoholen i vin. Dimethylether er en gas, som bruges som drivgas i spraydåser. De to stoffer har præcis den samme molekylformel, C2H6O. Molekylformlen fortæller altså ikke alt. Det afgørende er, hvordan atomerne sidder sammen.

Samme molekylformel, forskellige stoffer

Isomerer er forskellige stoffer med samme molekylformel. Du mødte dem første gang i afsnit 6.2 i bogen til C-niveau, hvor butan og 2-methylpropan begge hed C4H10.

Der findes flere slags isomeri. De deles i to hovedgrupper.

Figur 1: De fem slags isomeri, du skal kende i kemi B.

Isomerer er forskellige stoffer med samme molekylformel. Atomerne er de samme, men de er sat forskelligt sammen.

I strukturisomerer er atomerne bundet sammen i forskellig rækkefølge. Der er tre slags strukturisomeri: kædeisomeri, stillingsisomeri og funktionsisomeri.

I stereoisomerer er atomerne bundet sammen i samme rækkefølge, men de sidder forskelligt i rummet. Der er to slags stereoisomeri: cis-trans-isomeri og spejlbilledisomeri. Læs mere om stereoisomeri i afsnit B3.4.

I kædeisomerer er carbonkæden bygget forskelligt. Butan har en lige kæde, og 2-methylpropan har en forgrenet kæde.

Kædeisomererne butan med lige kæde og 2-methylpropan med forgrenet kæde. Begge har molekylformlen C4H10.

Læs mere om kædeisomeri længere nede på siden.

I stillingsisomerer er carbonkæden den samme, men den funktionelle gruppe sidder på forskellige carbonatomer. I propan-1-ol sidder OH-gruppen på carbonatom nummer 1, og i propan-2-ol sidder den på nummer 2.

Stillingsisomererne propan-1-ol og propan-2-ol. Begge har molekylformlen C3H8O.

Læs mere om stillingsisomeri længere nede på siden.

I funktionsisomerer er atomerne sat sammen til forskellige funktionelle grupper. Ethanol er en alkohol, og dimethylether er en ether, som har et oxygenatom midt i carbonkæden.

Funktionsisomererne ethanol, som er en alkohol, og dimethylether, som er en ether. Begge har molekylformlen C2H6O.

Læs mere om funktionsisomeri længere nede på siden.

Cis-trans-isomeri findes ved en dobbeltbinding, fordi en dobbeltbinding ikke kan drejes. I cis-but-2-en sidder de to methylgrupper på samme side af dobbeltbindingen, og i trans-but-2-en sidder de på hver sin side.

Cis-but-2-en med methylgrupperne på samme side af dobbeltbindingen og trans-but-2-en med methylgrupperne på hver sin side. Begge har molekylformlen C4H8.

Læs mere om cis-trans-isomeri i afsnit B3.4.

Spejlbilledisomerer er hinandens spejlbilleder, ligesom din højre og din venstre hånd. Det kræver et asymmetrisk carbonatom, altså et carbonatom med fire forskellige grupper. Mælkesyre har sådan et carbonatom og findes derfor i to former.

De to spejlbilledisomerer af mælkesyre på hver sin side af et spejl. Begge har molekylformlen C3H6O3.

Læs mere om spejlbilledisomeri i afsnit B3.4.

I strukturisomerer er atomerne bundet sammen i forskellig rækkefølge. Det er dem, dette afsnit handler om. I stereoisomerer er rækkefølgen den samme, men atomerne sidder forskelligt i rummet. Dem møder du i afsnit B3.4.

Kædeisomeri

I kædeisomerer er carbonkæden bygget forskelligt. Den ene isomer kan have en lige kæde, mens den anden er forgrenet.

Figur 2: Butan og 2-methylpropan er kædeisomerer.

Jo flere carbonatomer der er, jo flere måder kan kæden forgrenes på. C4H10 har 2 kædeisomerer, C5H12 har 3, og C6H14 har 5.

Stillingsisomeri

I stillingsisomerer er carbonkæden den samme, men den funktionelle gruppe sidder på forskellige carbonatomer. Det er tallet i navnet, der viser forskellen.

Figur 3: To par af stillingsisomerer. Til venstre flytter OH-gruppen sig, og til højre flytter dobbeltbindingen sig.

Funktionsisomeri

I funktionsisomerer er atomerne sat sammen til forskellige funktionelle grupper. De to isomerer hører derfor til hver sin stofklasse, og de har meget forskellige egenskaber.

Figur 4: Tre par af funktionsisomerer med hver sin molekylformel. De to stoffer i et par har samme molekylformel, men hører til hver sin stofklasse.

En ether har et oxygenatom midt i carbonkæden, R−O−R′. Du skal ikke kunne navngive ethere i kemi B, men du skal kende dem som funktionsisomerer til alkoholerne.

Stofklasser, der er funktionsisomerer Fælles molekylformel Eksempel
alkohol og ether CnH2n+2O C2H6O
aldehyd og keton CnH2nO C3H6O
carboxylsyre og ester CnH2nO2 C3H6O2

Strukturisomerer har forskellige egenskaber

Se på kogepunkterne i figurerne. De kan forklares med de intermolekylære bindinger fra afsnit B3.2.

  • Butan og 2-methylpropan: Begge har kun londonbindinger. Det forgrenede molekyle har den mindste kontaktflade og det laveste kogepunkt.
  • Ethanol og dimethylether: Ethanol har en OH-gruppe og danner hydrogenbindinger. Dimethylether har intet hydrogenatom på oxygen. Derfor er der over 100 grader mellem de to kogepunkter.
  • Propansyre og methylethanoat: Syren danner hydrogenbindinger, og det kan esteren ikke.

Funktionsisomerer reagerer også forskelligt. Ethanol kan oxideres til ethansyre, men det kan dimethylether ikke.

Sådan finder du alle strukturisomerer

Når du skal tegne alle isomerer med en bestemt molekylformel, er det let at glemme nogle eller tegne den samme to gange. Gå frem i en fast rækkefølge:

  1. Vælg en stofklasse, som passer til molekylformlen.
  2. Tegn den længste kæde, og flyt den funktionelle gruppe fra plads til plads.
  3. Gør kæden ét carbonatom kortere, sæt det sidste carbonatom på som en methylgruppe, og flyt igen den funktionelle gruppe rundt.
  4. Gentag med den næste stofklasse.
  5. Giv hvert stof et navn. Får to tegninger samme navn, er de det samme stof.

Eksempel: C4H10O

Formlen passer til en alkohol og til en ether. Med fire carbonatomer i kæden kan OH-gruppen sidde på nummer 1 eller 2. Med tre carbonatomer i kæden og en methylgruppe kan OH-gruppen igen sidde to steder. Det giver fire alkoholer. Derudover er der tre ethere. C4H10O har altså syv strukturisomerer.

Figur 5: De syv strukturisomerer med molekylformlen C4H10O.
VigtigtDet samme stof tegnet to gange

Et molekyle må gerne vendes og drejes. Butan-1-ol er det samme stof, uanset om OH-gruppen tegnes i højre eller venstre ende. Er du i tvivl, så giv begge tegninger et systematisk navn.

NoteKort sagt
  • Isomerer er forskellige stoffer med samme molekylformel.
  • I strukturisomerer er atomerne bundet sammen i forskellig rækkefølge.
  • Kædeisomerer har forskellig carbonkæde.
  • Stillingsisomerer har den funktionelle gruppe på forskellige pladser.
  • Funktionsisomerer har forskellige funktionelle grupper og hører til hver sin stofklasse.
  • Strukturisomerer har forskellige egenskaber, fx kogepunkt.

Prøv selv: Tegnebrættet: tegn dine isomerer, og se deres navne.