分子结构与官能团
构造异构体
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拿同样一组原子——比如四个碳和十个氢——你可以用不止一种方式把它们拼起来,就像用同一堆积木搭出两个不同的玩具。构造异构体就是分子式相同、但原子连接方式不同的分子。配料一样,蓝图不同,是性质(沸点、化学反应)确实不同的物质。
构造异构体(也叫结构异构体)的差别在于连接方式:哪个原子和哪个原子相连。C4H10 既可以是丁烷(四个碳的直链),也可以是异丁烷(2-甲基丙烷,三个碳的链上带一个甲基支链)——沸点不同,分子式相同。这种差别有几种类型:碳链异构(直链与支链骨架不同)、位置异构(官能团长在不同位置,如 1-丙醇与 2-丙醇)、官能团异构(这些原子组成了完全不同的官能团,如作为醇的乙醇与二甲醚)。构造异构体不涉及的是:在连接方式固定后,原子在空间中的排布不同——那属于立体异构体,是另一个概念。
正是构造异构现象,使得一个分子式爆炸成数量庞大的可能分子——也正因如此,有机化学才需要一套严谨的命名系统来区分它们。这个数目增长得很快:C1 烷烃只有一种,但 C10 烷烃已经有 75 种不同结构,到 C20 时更是数以百万计。意识到一个分子式背后藏着众多异构体,是有机化学新手认知上的第一次大转变。
乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)都是 C2H6O,却是构造异构体:在乙醇里,氧位于末端、带着一个 H;在二甲醚里,氧架在两个碳之间。前者是可饮用的液体,后者是气体。
同样的 C2H6O 分子式,连接方式不同——这是一对官能团构造异构体。
不要把构造异构体(连接方式不同)和立体异构体(连接方式相同、三维排布不同)混为一谈。它们是异构现象的两个不同分支。
又称
另见