Les isomères sont des composés chimiques qui ont les mêmes formules moléculaires – ce qui signifie qu’ils sont composés du même nombre des mêmes types d’atomes – mais ont des structures ou des arrangements différents dans l’espace. Par exemple, le pentane est un composé organique composé de cinq atomes de carbone et de 12 atomes d’hydrogène. Deux isomères du pentane comprennent le pentane non ramifié, dans lequel les carbones sont disposés en une chaîne linéaire, et l’isopentane ou méthylbutane, dans lequel quatre carbones sont disposés en une chaîne linéaire tandis que le cinquième se ramifie à partir de l’un des atomes de carbone intérieurs. Les deux ont les mêmes formules moléculaires, mais les arrangements réels de leurs atomes sont différents. Les isomères sont importants car les composés de structures différentes, même s’ils contiennent les mêmes atomes, peuvent avoir des propriétés chimiques radicalement différentes.
Les composés ayant les mêmes formules moléculaires peuvent différer structurellement de deux manières. Premièrement, les isomères structuraux diffèrent dans les arrangements structuraux réels des atomes. Les groupes fonctionnels qui composent les composés sont réunis de différentes manières et selon des dispositions différentes. D’autre part, les stéréoisomères sont disposés de la même manière en termes de position des groupes fonctionnels mais diffèrent par leurs positions relatives dans l’espace. Deux molécules peuvent, par exemple, avoir les mêmes atomes et la même structure, mais peuvent également être des images miroir non superposées l’une de l’autre et seraient donc des isomères.
Les isomères sont très importants car différents composés, même s’ils ont les mêmes formules moléculaires, peuvent avoir des propriétés chimiques différentes. C’est même vrai des stéréoisomères, qui sont, en apparence, presque identiques. Un composé peut, par exemple, être un ingrédient actif important dans un médicament tandis que son isomère à image miroir sans chevauchement peut être totalement inefficace ou même nocif. Les composés avec des arrangements différents réagissent souvent de manière radicalement différente avec d’autres atomes et composés. Ils peuvent différer par les produits chimiques avec lesquels ils réagissent ou par la vitesse à laquelle ils réagissent avec divers produits chimiques.
De nombreuses réactions chimiques produisent un mélange de différents isomères – cela est particulièrement vrai pour les stéréoisomères – de sorte que les chimistes doivent souvent utiliser diverses méthodes pour isoler l’isomère particulier qui les intéresse. De nombreuses méthodes différentes basées sur diverses propriétés chimiques peuvent être utilisées pour séparer les isomères. Certains composés avec des formules moléculaires identiques peuvent, par exemple, bouillir à des températures différentes, de sorte que la distillation peut être utilisée pour les séparer. D’autres réagissent avec différents composés, de sorte que des réactions chimiques peuvent être utilisées pour éliminer un isomère tout en laissant le composé d’intérêt inchangé.