異構現象

在有機化學中，異構體指的是化學組成相同而結構和性質不同的化合物，這種現象也稱為異構現象。異構現象通常分為兩大類：結構異構和立體異構。在聚合物的異構現象，也有這兩類異構現象。

基本介紹

• 中文名：異構現象
• 外文名：isomerism
• 分類：結構異構、立體異構
• 相關擴展：聚合物的異構現象

順反異構

在有雙鍵或環狀結構的分子中，由於分子中與雙鍵或環相連線的原子或基團的自由旋轉受阻礙，存在不同的空間排列而產生的立體異構現象，又稱順反異構。
類型：1、在雙鍵兩側的兩個不飽和碳上，分別連有兩個不同的原子或基團時，會產生幾何異構。

例如：隨著分子內所含雙鍵數目的增加，幾何異構體的數目也隨著增加。

2、聯烯或其類似物中取代基均在同一平面上時，也可用順式、反式。

3、在含碳-氮雙鍵結構的化合物中，如果與氮原子相連的另一個原子與C=N雙鍵不在一條直線上，而偏在雙鍵的一邊，當雙鍵碳原子連有不同的原子或基團時，便存在幾何異構體。

例如苯甲醛肟有下列兩種異構體：

異構體

通常將羥基和氫位於同側的稱為順式或同式，在異側的稱為反式或逆式。

4、環狀化合物環上所連原子或基團，由於環的限制不能自由旋轉。如果環上有兩個或兩個以上的碳原子各連有兩個不同的原子或基團時，便產生幾何異構體。例如，1，4-二羧酸環己烷有兩種幾何異構體：

幾何異構體

旋光異構

兩個或多個分子由於構型上的差異而表現出不同旋光性能的現象。這些分子互為旋光異構體。導致旋光異構現象的原因有兩種：
1、分子中含有一個或多個手性原子。含有一個手性碳原子時，有兩個旋光異構體，它們具有互為實物和鏡像的關係，故也稱對映體。對映異構體具有相等的旋光能力，但旋轉方向相反，其物理和化學性質極為相似。含有兩個相同手性碳原子的分子，有3個旋光異構體，如酒石酸：

旋光異構

旋光異構

其中a和b為對映異構體，c的旋光能力由於分子內的兩個結構相同但構型（見分子構型）相反的手性原子的存在而互相抵消，稱為內消旋體。它與a或b在分子中既有構型相同的部分，又有構型相互對映的部分，這種關係稱為非對映異構。非對映異構體不僅旋光性不同，物理和化學性質也不盡相同。環狀化合物中含有手性原子時，也可出現以上旋光異構現象。分子中當含有幾個不同的手性原子時，其旋光異構體的數目為2n，n為不同手性原子的個數。

2、某些分子雖然不含手性原子，但由於分子中的內旋轉受阻礙，也可以引起旋光異構現象，例如丙二烯型或聯苯型旋光化合物是通過分子中的一個軸來區別左右手征性；又如旋光性提籃型化合物分子是就一個平面來區別手征性的等。

構造異構

是同分異構體的分子式相同而分子中原子或基團排列順序不同的現象，與立體異構同屬於有機化學範疇中的同分異構現象。構造異構又可分為以下3類：

1、碳鏈異構：異構體的分子式相同而碳骨架不同的現象。

例如：正丁烷CH₃CH₂CH₂CH₃和異丁烷(CH₃)₂CHCH₃

2、位置異構：異構體的分子式相同而分子中官能團或取代基在碳骨架上的位置不同的現象。又可分為官能團位置異構和取代基位置異構。

①官能團位置異構是因官能團取代不同類型的氫而引起的。

例如：1-丁烯CH₂=CHCH₂CH₃和2-丁烯CH₃CH=CHCH₃

②取代基位置異構是取代基取代不對稱環上不同類型的氫而引起的。

例如：1-甲萘和2-甲萘

3、官能團異構是異構體的分子式相同而分子中的官能團不同的現象。
例如：乙醇CH₃CH₂OH和甲醚CH₃OCH₃的分子式都是C₂H₆O，但官能團不同，乙醇的官能團是-OH，甲醚的官能團是-O-。

相關擴展

聚合物的異構現象

結構異構

結構異構也稱為同分異構，指的是由於組成化合物分子的原子或原子團的不同連線方式而產生的異構現象。如果單體為同分異構體，聚合後得到的聚合物也為結構異構體。

例如聚乙烯醇、聚乙醛、聚環氧乙烷互為結構異構體。在聚合物的結構異構中，還包括頭尾、頭頭和尾尾連線的結構異構及兩種單體在共聚物分子鏈上不同排列的序列異構。

立體異構

立體異構是由原子在大分子中不同空間排列所產生的異構現象。聚合物中的立體異構現象比較複雜，聚合物的立體異構現象分為兩大類：幾何異構和光學異構。

1、幾何異構

幾何異構體也稱為順反異構，是由聚合物分子鏈中雙鍵或環形結構上取代基的構型不同引起的，聚合物的結構特點是主鏈上有雙鏈或有環狀結構。如異戊二烯聚合，1，4-聚合產物有順反異構體。如下圖：

聚異戊二烯的順式構型和反式構型

2、光學異構

光學異構是由分子的手性引起的，故也稱為對映異構或手性異構，構型分為R型和S型兩種。手性分子中含有手性中心.具有旋光性，對於小分子的光學異構來講，手性碳具有兩種構型，彼此互為鏡像，對偏振光旋轉的方向相反。對於a-烯烴聚合物，分子鏈中與R基連線的碳原子具有的結構如下圖：

聚合物的手性碳原子