[科普中国]-异构现象

在有机化学中，异构体指的是化学组成相同而结构和性质不同的化合物，这种现象也称为异构现象。异构现象通常分为两大类：结构异构和立体异构。在聚合物的异构现象，也有这两类异构现象。

顺反异构在有双键或环状结构的分子中，由于分子中与双键或环相连接的原子或基团的自由旋转受阻碍，存在不同的空间排列而产生的立体异构现象，又称顺反异构。
类型：1、在双键两侧的两个不饱和碳上，分别连有两个不同的原子或基团时，会产生几何异构。

例如：随着分子内所含双键数目的增加，几何异构体的数目也随着增加。

2、联烯或其类似物中取代基均在同一平面上时，也可用顺式、反式。

3、在含碳-氮双键结构的化合物中，如果与氮原子相连的另一个原子与C=N双键不在一条直线上，而偏在双键的一边，当双键碳原子连有不同的原子或基团时，便存在几何异构体。

例如苯甲醛肟有下列两种异构体：

通常将羟基和氢位于同侧的称为顺式或同式，在异侧的称为反式或逆式。

4、环状化合物环上所连原子或基团，由于环的限制不能自由旋转。如果环上有两个或两个以上的碳原子各连有两个不同的原子或基团时，便产生几何异构体。例如，1，4-二羧酸环己烷有两种几何异构体：1

旋光异构两个或多个分子由于构型上的差异而表现出不同旋光性能的现象。这些分子互为旋光异构体。导致旋光异构现象的原因有两种：
1、分子中含有一个或多个手性原子。含有一个手性碳原子时，有两个旋光异构体，它们具有互为实物和镜像的关系，故也称对映体。对映异构体具有相等的旋光能力，但旋转方向相反，其物理和化学性质极为相似。含有两个相同手性碳原子的分子，有3个旋光异构体，如酒石酸：

其中a和b为对映异构体，c的旋光能力由于分子内的两个结构相同但构型（见分子构型）相反的手性原子的存在而互相抵消，称为内消旋体。它与a或b在分子中既有构型相同的部分，又有构型相互对映的部分，这种关系称为非对映异构。非对映异构体不仅旋光性不同，物理和化学性质也不尽相同。环状化合物中含有手性原子时，也可出现以上旋光异构现象。分子中当含有几个不同的手性原子时，其旋光异构体的数目为2n，n为不同手性原子的个数。

2、某些分子虽然不含手性原子，但由于分子中的内旋转受阻碍，也可以引起旋光异构现象，例如丙二烯型或联苯型旋光化合物是通过分子中的一个轴来区别左右手征性；又如旋光性提篮型化合物分子是就一个平面来区别手征性的等。

构造异构是同分异构体的分子式相同而分子中原子或基团排列顺序不同的现象，与立体异构同属于有机化学范畴中的同分异构现象。构造异构又可分为以下3类：

1、碳链异构：异构体的分子式相同而碳骨架不同的现象。

例如：正丁烷CH3CH2CH2CH3和异丁烷(CH3)2CHCH3

2、位置异构：异构体的分子式相同而分子中官能团或取代基在碳骨架上的位置不同的现象。又可分为官能团位置异构和取代基位置异构。

①官能团位置异构是因官能团取代不同类型的氢而引起的。

例如：1-丁烯CH2=CHCH2CH3和2-丁烯CH3CH=CHCH3

②取代基位置异构是取代基取代不对称环上不同类型的氢而引起的。

例如：1-甲萘和2-甲萘

3、官能团异构是异构体的分子式相同而分子中的官能团不同的现象。
例如：乙醇CH3CH2OH和甲醚CH3OCH3的分子式都是C2H6O，但官能团不同，乙醇的官能团是-OH，甲醚的官能团是-O-。

相关扩展聚合物的异构现象

结构异构结构异构也称为同分异构，指的是由于组成化合物分子的原子或原子团的不同连接方式而产生的异构现象。如果单体为同分异构体，聚合后得到的聚合物也为结构异构体。2

例如聚乙烯醇、聚乙醛、聚环氧乙烷互为结构异构体。在聚合物的结构异构中，还包括头尾、头头和尾尾连接的结构异构及两种单体在共聚物分子链上不同排列的序列异构。

立体异构立体异构是由原子在大分子中不同空间排列所产生的异构现象。聚合物中的立体异构现象比较复杂，聚合物的立体异构现象分为两大类：几何异构和光学异构。

1、几何异构

几何异构体也称为顺反异构，是由聚合物分子链中双键或环形结构上取代基的构型不同引起的，聚合物的结构特点是主链上有双链或有环状结构。如异戊二烯聚合，1，4-聚合产物有顺反异构体。如下图：

2、光学异构

光学异构是由分子的手性引起的，故也称为对映异构或手性异构，构型分为R型和S型两种。手性分子中含有手性中心.具有旋光性，对于小分子的光学异构来讲，手性碳具有两种构型，彼此互为镜像，对偏振光旋转的方向相反。对于a-烯烃聚合物，分子链中与R基连接的碳原子具有的结构如下图：

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学