异构现象与立体异构
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同分异构现象的分类同分异构现象是指在化学反应中,由于反应物的结构不同而导致产物的结构也不同的现象。
根据不同的原因,同分异构现象可以分为构造异构现象、空间异构现象和立体异构现象三种类型。
构造异构现象是指分子式相同但结构不同的同分异构体。
这种现象是由于原子在分子中的连接方式不同所导致的。
例如,乙醇和乙醚就是一对构造异构体。
乙醇的分子式为C2H6O,它由一个碳原子、一个氧原子和六个氢原子组成,其中碳原子与氧原子之间通过单键连接。
而乙醚的分子式也是C2H6O,但它由一个碳原子、两个氧原子和六个氢原子组成,其中碳原子与两个氧原子之间通过一个氧原子上的双键连接。
这两种化合物在物理性质和化学性质上都有明显的差异,如乙醇具有独特的酒精味和溶解性,而乙醚则具有特殊的麻醉作用。
空间异构现象是指分子式和结构相同但空间构型不同的同分异构体。
这种现象是由于分子在空间中的排列方式不同所导致的。
例如,左旋和右旋的丙氨酸就是一对空间异构体。
它们的分子式都是C3H7NO2,结构上只有一个手性碳原子,但它们的空间构型不同。
左旋丙氨酸的空间构型是左旋的,而右旋丙氨酸的空间构型是右旋的。
这两种异构体在生物活性和药理学上有着明显的差异,如左旋丙氨酸是人体必需氨基酸的一种,而右旋丙氨酸则具有放射性和毒性。
立体异构现象是指分子式和结构相同但立体构型不同的同分异构体。
这种现象是由于分子中的键的旋转或翻转所导致的。
例如,顺丁烯和反丁烯就是一对立体异构体。
它们的分子式都是C4H8,结构上都是由四个碳原子和八个氢原子组成,但它们的立体构型不同。
顺丁烯的碳链是直线型的,而反丁烯的碳链则是呈现折叠状。
这两种异构体在物理性质和化学性质上也有着明显的差异,如顺丁烯具有较高的沸点和熔点,而反丁烯则具有较低的沸点和熔点。
同分异构现象不仅在有机化学中广泛存在,也在无机化学和生物化学中有所体现。
在有机化学中,同分异构现象使得我们能够合成不同性质的化合物,从而拓宽了化学的应用领域。
有机化学中的同分异构同分异构体包括构造异构体与立体异构体而构造异构体中包括碳架异构、位置异构、官能团异构。
立体异构又包括构象异构与构型异构。
(一)立体异构一、构象异构1、定义由于高分子链的构象不同所造成的异构体,又称内旋转异构体。
注:(1)小分子的稳定构象数=3^(n-3) (n为分子中单键碳原子数目,n>2)(2)高分子的可实现构象数远小于3^(n-3),但一个高分子的可实现构象数远多于一个小分子的稳定构象数(因高分子的n值很大)。
2、构象与构型的主要区别(1)、从起因方面瞧,构象就是由单键内旋转所造成的原子空间排布方式;构型就是由化学键所固定的原子空间排列方式。
(2)、从改变方面瞧,构象发生改变时不虚破坏化学键,所需能量较少(有时分子的热运动就足够),较易于改变;而构型发生改变时需要破坏化学键,所需能量较大,不轻易改变。
(3)、从分离方面瞧,不同的构象不能用化学的方法分离,而不同构型可以用化学的方法分离。
(4)、从数目方面瞧,稳定构象数只具有统计性,且稳定构象数远多于有规构型数;而有规立构的构型数目可数。
3、晶体中的高分子链构象晶体中的分子链构象有螺旋形构象、平面锯齿形构象等。
(1)、两个原子或基团之间距离小于范德华半径之与时,将产生排斥作用。
(2)、分子链在晶体中的构象,取决于分子链上所带基团的相互排斥或吸引作用的情况。
(3)、有规立构高分子链在形成晶体时,在条件许可下总就是尽量形成时能最低的构象形式。
(4)、基本结构单元中含有两个主链原子的等规聚合物,大多倾向于形成螺旋体构象。
(5)、若存在分子内氢键,将影响分子链的构象。
4、溶液中的高分子链构象(1)、高分子溶液中,除了刚性很大的棒状分子之外,柔性分子链大多都呈无规线团状。
(2)、当呈螺旋形构象的高聚物晶体溶解时,可由棒状螺旋变成部分保持棒状螺旋小段的线团状构象。
二、构型异构构型异构:就是原子在大分子中不同空间排列所产生的异构现象。
同分异构现象分为三类:构造异构、立体异构和电子互变异构
构造异构包括:碳架异构(比如正丁烷和异丁烷)、位置异构(比如1-丙醇和2-丙醇)、官能团异构(比如丙醛和丙酮)、互变异狗(比如葡萄糖和果糖)、价键异构(比如苯和杜瓦苯),显然这些异构产生的原因都是因为化学键之间的不同形成的
立体异构包括:构型异构(顺反异构、旋光异构)、构象异构(比如交叉型和重叠型),显然这些异构产生的原因都是因为原子的对称中心或者对称面两端不对称所致。