A-Level化学篇：Isomerism同分异构体

A-Level化学篇：Isomerism同分异构体

今天给大家梳理一下有机化学里的一个重要知识点：同分异构体（Isomerism）。有机化学相比较无机化学，最大的区别恐怕就是简简单单的碳，氢，氧三种元素能组成几千万种不同的化合物，而无机化合物只有仅仅十万余种。庞大的有机物数目，也是异构体的存在的最主要原因。

我们对isomerism最基本的理解就是有相同的分子式，不同的结构式（with the same molecular formula but different structural formula）。而isomerism根据异构的方式不同又被细分为结构异构体（structural isomerism）和立体异构体（stereoisomerism），二者根据异构的部分不同还可以细分为官能团异构（functional group isomerism），碳链异构（chain isomerism），位置异构（position isomerism）和几何异构（geometric isomerism），光学异构（optical isomerism）。

1  

   官能团异构   

官能团异构从本质上是用相同数量的原子，构成不同化学性质的官能团，例如醚（ether）和醇（alcohol）的异构，醛（aldehyde）和酮（ketone）的异构，单烯烃（alkene）和环烷烃（cycloalkane）的异构，主碳链并没有多大的变化，但官能团却发生了改变。

e.g. ethanol and dimethyl ether

2  

  碳链异构  

碳链异构是从最基本的碳骨架（carbon skeleton）上进行异构变化，通俗的来说就是直链（straight chain）和支链（branched chain）的区别。

e.g. butane and methylpropane

3  

  位置异构  

位置异构大多数针对的是有支链取代基的有机物，取代基在主链上的位置不同发生的异构现象。例如主链是三个碳的丙烷（propane）上存在一个羟基（hydroxy group），这个羟基的位置可以选择的地方分别为第一个碳，第二个碳和第三个碳上。但是lll羟基挂在第一个碳上和第三个碳上得到的是同一种物质，原因就是丙烷是一个对称分子，连接在同一个碳原子上的两个甲基（methyl group）所处的化学环境相同，因此羟基取代在1和3位置上产生的化合物是同一个分子。

e.g.prop-1-ol and prop-2-ol

4  

  几何异构  

几何异构在A-Level化学学习阶段主要出现在烯烃类化合物里的E-Z系统和trans-cis 系统命名法。当碳碳双键（carbon-carbon double bond）两个碳上连接的四个基团有两个相同基团连接在不同的碳原子上时，由于IUPAC naming system无法分辨相同基团出现在双键同侧和异侧的两种化合物，我们就需要用到trans-cis system，假设四个基团都不相同，我们会用到E-Z system辅助命名。两个分子之所以不一样，是因为分子内含有不能自由旋转的双键。

e.g. trans-but-2-ene and cis-but-2-ene

 or E-but-2-ene and Z-but-2-ene

5  

  光学异构  

光学异构的两个化合物就像人的左右手，关于一个平面对称，但两个分子无论怎么旋转都不能重合，因此划分为两种不同化合物，而又因为两个对称分子能够使偏振光的偏振平面旋转一定角度，因此又称为旋光异构体。而光学异构体的命名包含D-L system，R-S system等比较复杂，在A-level阶段不做要求。

e.g. D-lactic acid and L-lactic acid

同分异构体的知识点在考试中的考法多种多样，最常见的考法就是给出一个特定的分子式，将所有的同分异构体列举出来并进行系统命名。这类问题需要同学们依次考虑上述五种异构的所有可能性，在做题过程中一定要仔细进行枚举。

千万别忘了审题

到底题干要求列举出来的分子写成骨架式(skeletal formula)，结构式(structural formula)还是展开式(displayed formula)。