[科普中国]-立体异构现象

立体异构现象是指分子中原子的连接次序相同（即构造相同），但分子中的原子在空间的排布方式不同而产生的异构现象。

同分异构体可以分为立体异构和构造异构，立体异构又可分为构型异构和构象异构，将构型异构又分为旋光异构（包括对映异构和非对映异构）和顺反异构（或称几何异构）。1

定义分子构造式相同但分子中原子或基团在空间的排布不同而产生的同分异构体。产生立体异构的原因是由于分子中原子或原子团在空间的排列方式不同。2

分类立体异构可分为构型异构和构象异构，其中构型异构又可分为旋光异构（包括对映异构和非对映异构）和顺反异构（或称几何异构）。

构型异构构型异构是原子在大分子中不同空间排列所产生的异构现象，可分为旋光异构（包括对映异构和非对映异构）和顺反异构（或称几何异构）。

（1）顺反异构

两者的分子式相同，原子或原子团的排列顺序也相同，但分子中原子或原子团在空间的排布不同，即构型不同。这样的立体异构称为顺反异构（或几何异构）。通常将相同或相似的基团处于双键同侧的称为顺式（cis）构型；处于异侧的则称为反式（trans）构型。3

顺反异构产生的条件：具有双键的化合物——由于双键不能自由旋转，当双键连有不同的原子或基团时，就会出现两种不同的空间排布方式，从而产生顺反异构体。环状化合物——把碳环近似的看成一个平面，连在环碳上的原子或基团就有在环平面的上下之分，从而产生顺反异构现象。另外，每个不能自由旋转的碳原子均连有2个不相同的原子或原子团。

顺反异构体在物理性质、化学性质、生理活性上均存在一定差异。3

（2）旋光异构

不对称分子中原子或原子团在空间的不同排布，对平面偏振光的偏振面发生不同影响的异构现象，称为旋光异构现象（optical isomerism），它所产生的异构体，称为旋光异构体（optical antipodes）。4

产生旋光异构现象的原因：任何一个不能和它的镜像完全重叠的分子称为手性分子。所谓手性，就是指实物与镜像对映而不能完全重叠的特性，就如同左手与右手的关系一样。

①对映异构现象：互为实物与镜像关系，但又不能完全重合的异构体，简称对映体；产生对映体的现象称为对映异构现象。

对映异构体都有旋光性，其中一个是左旋的，一个是右旋的。两个异构体之间的关系就如同一个物体的立体结构在照镜子，这个立体结构和它在镜子中的像互为对映异构体。物质产生旋光性的根本原因是分子的手性，即任何一个具有旋光性的分子必定是手性分子。手性分子通常必定产生旋光性，但也有极少数手性分子没有或旋光活性很小，或者在某些波长的光段不表现出旋光性。5

②非对映异构：两个结构相同的分子，由于具有构型不同的不对称原子，彼此不呈实物与镜像的关系。非对映异构体的旋光性不同，熔点、沸点、溶解度、密度、折射率等物理性质也很不同。其化学性质虽然相似，但也不完全相同。

非对映异构体是由已含有一个手性中心的分子产生第二个手性中心时的必然产物。与对映体的生成不同，由于第一个手性中心的影响，所得到的两个非对映异构体的数量并不相同。这就是不对称合成的基础。6

构象异构构象是指由于碳碳单键的旋转或扭曲（键不断开）而引起分子中原子或原子团在空间的不同排列形式；因单键的旋转或扭曲而产生的异构现象称为构象异构现象，其对应的异构体称为构象异构体。以乙烷为例，乙烷分子的两个甲基以单键相连，如使一个甲基不动，另一个甲基围绕碳碳单键而转动，则两个甲基上连接的氢原子在空间排列的方式将不断改变，得到无数不同的空间的排列方式，这就是构象。2

构型异构和构象异构的区别（1）构型异构体可以互相分离，而构象异构体暂时还不能用化学方法把它们分离开来；

（2）构型异构体的互相转变要经过化学反应，涉及化学键的断裂和形成，而构象异构体的互相转变不涉及化学键的断裂和形成，仅仅通过键的旋转，一般在室温下就可以完成。

本词条内容贡献者为:

李廉 - 副教授 - 中国矿业大学