3.2: 烷烃的结构异构体

具有相同分子式的有机化合物的结构式可以不同，称为结构异构体，这种现象称为结构异构现象。具有四个或更多碳原子的烷烃可以形成多种结构，从而表现出结构异构现象。

烷烃的直链异构体以"n"为前缀; 因此，戊烷的线性异构体被称为正戊烷。 根据支化类型，一些支化异构体被赋予前缀"异"（"iso"）和"新"（"neo"）。 例如， 戊烷有两个支链异构体:异戊烷和新戊烷。 异戊烷具有四碳直链并带有一个甲基取代基，而新戊烷具有三碳直链并带有两个甲基取代基。

随着同系物中碳原子数量的增加，支化的可能性也随之增加，导致结构异构体数量呈指数增长。 例如，六碳烷烃己烷有5种异构体，而十碳烷烃癸烷的异构体数量多达75种。

尽管异构体的分子式相同，但它们的的物理性质（例如熔点和沸点）表现出显著差异。

烷烃含有两种类型的单键:碳-碳和碳-氢。

甲烷、乙烷和丙烷等简单烷烃只有一种原子排列方式，这意味着它们具有单一的结构式。

然而，对于相同的分子式，具有四个或更多碳的烷烃可以以多种方式排列它们的原子;它们可以显示结构异构或结构异构。

例如，四碳烷烃丁烷具有两种结构异构体。直链形式有四个线性排列的碳原子。

相比之下，支链形式具有三碳链，第四个碳作为侧链或分支连接到链中的第二个碳。

丁烷的每个异构体都有 10 个氢原子与 4 个碳原子键合。因此，丁烷具有两个具有相同分子式的结构异构体。

此外，异构体的物理性质各不相同:支链丁烷的沸点为 -11.6 °C，而直链丁烷的沸点为 -0.5 °C。

与只有一种支链异构体的丁烷相比，高级烷烃可以在任何合适的碳上支化。因此，高级烷烃可以具有许多不同的支链异构体，但只有一个直链异构体。

例如，戊烷 C₅H₁₂ 具有一个直链异构体和两个支链异构体。直链异构体，也称为正戊烷，具有所有五个碳原子在一个无支链中。

其中一种支链异构体具有四碳链，第五个碳在第二个位置从碳支化。这种异构体被称为异戊烷，因为链末端有 −CH（CH₃）₂ 基团。

另一个支链异构体具有三碳链，第四个和第五个碳从中心碳支化。由于末端 −C（CH₃）₃ 基团，这种异构体被称为新戊烷。