4.2
异构体是指具有相同分子式但结构排列不同的化合物。
根据分子结构,有机分子的异构体可分为构造异构体或立体异构体。
构造异构体的组成原子连接方式不同。例如,1-甲氧基丙烷和二乙基醚是构造异构体,它们具有相同的分子式 C4H10O,但其原子的连接顺序不同。
另一类异构体分子,即立体异构体,具有相同的连接方式,但在其组成原子的空间排列上存在差异。
例如,cis-2-丁烯和trans-2-丁烯是立体异构体,因为它们的原子连接顺序相同,但在空间中的排列不同。在cis异构体中,甲基位于分子的同侧,而在trans异构体中,甲基则位于分子的对侧。
手性分子与其镜像互为立体异构体。例如,手性分子2-丁醇与其镜像即为立体异构体,因为这两种构型不可重叠,因而表现出组成原子在空间排列上的差异。
有机分子的立体异构体通过立体中心相关联:分子中任意交换两组取代基的位置即可生成另一种立体异构体的点即为立体中心。
例如,cis-2-丁烯中的两个碳原子均为立体中心,因为在其中任一碳原子上交换甲基和氢原子会生成另一种立体异构体trans-2-丁烯。
在2-丁醇中,C-2原子是立体中心,因为交换该原子上的任意两个基团会生成2-丁醇的另一种立体异构体。
分子的构象,例如乙烷的交叉式和重叠式构象,也表现出不同的空间排列。然而,这类构象通常不被归类为立体异构体,因为它们可通过σ键的自由旋转迅速相互转化。而立体异构体(例如2-丁醇的镜像异构体)则需要断裂化学键才能相互转化。
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