淺析同分異構(gòu)現(xiàn)象及同分異構(gòu)體.doc

淺析同分異構(gòu)現(xiàn)象及同分異構(gòu)體李耀軍 （清水縣一中，甘肅清水 741400化學(xué)上，同分異構(gòu)體是一種有相同化學(xué)式，有同樣的化學(xué)鍵而有不同的原子排列的化合物。簡單地說，化合物具有相同分子式，但具有不同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，叫做同分異構(gòu)現(xiàn)象；具有相同分子式而結(jié)構(gòu)不同的化合物互為同分異構(gòu)體?；衔锞哂型之悩?gòu)現(xiàn)象最早是由德國化學(xué)家維勒(F.Friedrich Whler)和李比希(Liebig，Justus von)發(fā)現(xiàn)的。他們各自在研究氰酸銀（AgCNO）、雷酸銀（AgNCO）的組成時得出：它們的組成完全相同，而性質(zhì)迥異。瑞典化學(xué)家柏濟力阿斯(Berzelius)將這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)體。通過不斷研究，人們發(fā)現(xiàn)同分異構(gòu)現(xiàn)象不但存在于無機物和無機物之間，還可以存在于有機物與有機物、無機物和有機物之間。1 無機物與無機物異構(gòu)氰酸（HOCN）與異氰酸（俗名雷酸，其結(jié)構(gòu)為HNCO）以及同一金屬的氰酸鹽與異氰酸（雷酸）鹽如氰酸銀與雷酸銀互為同分異構(gòu)體。再如二氯二氨合鉑Pt(NH3) 2Cl2有兩種構(gòu)造異構(gòu)體： 2 無機物和有機物異構(gòu)最早人工合成的有機物尿素CO(NH2)2，是德國化學(xué)家維勒用氨水和氰酸在制取氰酸銨NH4CNO時得到的，它跨越了有機物不能由無機物制備的鴻溝，維勒成為有機合成的第一人。這里同時看出有機物尿素與無機物氰酸銨互為同分異構(gòu)體。3 有機物與有機物異構(gòu)有機化合物異構(gòu)現(xiàn)象的關(guān)系可表示如下：3.1 常見的幾種異構(gòu)形式3.1.1 碳鏈異構(gòu) 又稱碳胳異構(gòu)，是指具有相同的分子式，但碳原子在分子中的排列方式不同而產(chǎn)生的異構(gòu)。屬于構(gòu)造異構(gòu)中的一種。例如丁烷C4H10，其兩種異構(gòu)體都屬于碳鏈異構(gòu)： 隨著碳原子數(shù)目的增多，碳鏈異構(gòu)體的數(shù)目也隨之增多。碳胳異構(gòu)不僅存在于開鏈化合物，也存在于環(huán)狀化合物。具有相同分子式但不同碳環(huán)結(jié)構(gòu)的有機化合物稱為碳環(huán)異構(gòu)。例如3.1.2 位置異構(gòu)具有相同分子式但取代基或官能團在分子的碳鏈或碳環(huán)上的位置不同而產(chǎn)生的異構(gòu)稱為位置異構(gòu)，且亦是構(gòu)造異構(gòu)中的一種。例如鄰、間、對3種二甲苯是由于兩個甲基在苯環(huán)上所取代的位置不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。 又例如1丁烯和2丁烯是由于碳碳雙鍵在碳鏈上所處的位置不同而產(chǎn)生的異構(gòu)：CH3CH2CH=CH2 CH3CH=CHCH3 1丁烯 2丁烯3.1.3 官能團異構(gòu)具有相同分子式，分子中的官能團不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體稱為官能團異構(gòu)，屬構(gòu)造異構(gòu)的一種。如乙醇和甲醚，乙酸和甲酸甲酯等互稱類別同分異構(gòu)體。 乙醇 甲醚 乙酸 甲酸甲酯官能團同分異構(gòu)體與碳架異構(gòu)、位置異構(gòu)體有很大的不同。因其官能團不同，使其在化學(xué)性質(zhì)上有了本質(zhì)的區(qū)別。3.1.4 互變異構(gòu)由兩種結(jié)構(gòu)不同但能互相迅速轉(zhuǎn)變的化學(xué)物質(zhì)組成的平衡混合物的現(xiàn)象，稱為互變異構(gòu)現(xiàn)象。在有機化學(xué)中互變異構(gòu)是一種很普遍的現(xiàn)象。最常見的情況是由質(zhì)子的位移實現(xiàn)的：HAB ABH互變異構(gòu)首先在酯縮合反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的。乙酸乙酯縮合生成乙酰乙酸乙酯，能與金屬鈉作用放出氫氣（具有OH性質(zhì)），能使溴水褪色（具有C=C結(jié)構(gòu)），與三氯化鐵反應(yīng)呈紫色（具有結(jié)構(gòu)），這些特征說明乙酰乙酸乙酯具有烯醇式結(jié)構(gòu)。乙酰乙酸乙酯能與亞硫酸氫鈉、氫氰酸等作用形成加成物，與苯肼、羥胺生成相應(yīng)的腙、肟，說明它呈現(xiàn)羰基化合物的反應(yīng)，具有酮式結(jié)構(gòu)，實際上，這兩種異構(gòu)體組成酮式烯醇式的動態(tài)平衡: 將乙酰乙酸乙酯溶于石油醚中，冷卻至-78制得一熔點為-39固體（n=1.225）,它不使溴溶液褪色，與三氯化鐵無顏色反應(yīng)，具有酮的特性，證明為酮式異構(gòu)體。如將乙酰乙酸乙酯的鈉鹽懸浮于石油醚中，于-78，通入氯化氫，則沉降出一液體（n=1.448），產(chǎn)物與上述者相反，它與三氯化鐵產(chǎn)生紫紅色，證明為烯醇式異構(gòu)體。兩種異構(gòu)體的存在都得到證實，而且在常溫下兩者很容易相互轉(zhuǎn)變，重新組成平衡混合物，不易分離，表現(xiàn)為一單純的化合物。3.1.5 順反異構(gòu)亦稱“幾何異構(gòu)”。具有相同分子式的分子，由于存在雙鍵或環(huán)等因素，使鍵的自由旋轉(zhuǎn)受阻，而導(dǎo)致產(chǎn)生相鄰原子或原子團之間相對距離不同的空間配置。它們的物理和化學(xué)性質(zhì)有明顯的差別。主要有三種類型：3.1.5.1 含有雙鍵（如，等）的化合物的順反異構(gòu)。例如，丁烯二酸有兩種性質(zhì)不同的順反異構(gòu)體，相同基團在雙鍵同側(cè)的稱“順式”，在異側(cè)的稱“反式”（現(xiàn)亦采用*EZ構(gòu)型次序規(guī)則表示）。順丁烯二酸加熱至140即失水成酸酐，反丁烯二酸在同樣溫度時無此反應(yīng)。 順丁烯二酸 反丁烯二酸 熔點130 熔點3003.1.5.2 環(huán)狀化合物的順反異構(gòu)。例如：順1,2環(huán)丙烷二羧酸，熔點139；反1,2環(huán)丙烷二羧酸，熔點175。前者加熱能失水形成酸酐，后者在同樣溫度下則不能。 順式 反式3.1.5.3 某些絡(luò)合物的順反異構(gòu)。例如二氯二氨合鉑，反式比順式沸點高，溶解度低；反式偶極矩等于零，順式卻大于零；反式與硝酸銀反應(yīng)迅速形成白色沉淀，順式反應(yīng)卻很慢。 順反異構(gòu)體不僅存在理化性質(zhì)上的差別，在生理活性上亦往往不同。例如，女性激素合成代用品*己烯雌酚，因其反式異構(gòu)體具有較大的生理活性，故供藥用的均是反式異構(gòu)體。3.1.6對映異構(gòu)即旋光異構(gòu)。在分子中，與四個不同原子或原子團直接相連的碳原子叫做不對稱碳原子，如乳酸分子中，與甲基、羧基、羥基、氫原子直接相連的碳原子，不對稱碳原子周圍的四個原子或原子團可以有兩種互為鏡像關(guān)系，但不能彼此重合的四面體空間構(gòu)型，這兩種構(gòu)型互為對映異構(gòu)體。對映異構(gòu)體的物理及化學(xué)性質(zhì)都相同，但在一定條件下的旋光方向相反。使偏振光左旋的為“左旋體”，使偏振光右旋的為“右旋體”，左旋體用l或（）表示，右旋體用d或（）表示。乳酸對映異構(gòu)體費歇爾投影式可表示如下： 若將乳酸的左旋體和右旋體等量混合后，用“（）乳酸”表示。由于它們對偏振光的作用相互抵消，故不再有旋光性，叫外消旋體。3.1.7構(gòu)象異構(gòu)亦稱“旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體”，簡稱“異象體”。有機化合物分子中，因單鍵碳鏈的自由旋轉(zhuǎn)運動，而產(chǎn)生的一系列不同空間排列形式的互稱。一個可能形成構(gòu)象異構(gòu)體的有機化合物，在理論上可以存在無數(shù)的構(gòu)象異構(gòu)體，但這和實際的經(jīng)驗不符；實際存在的構(gòu)象異構(gòu)體是對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)能量曲線上各極小值的一系列較穩(wěn)定的構(gòu)象。例如，正丁烷分子中C2C3軸自由旋轉(zhuǎn)所形成的較穩(wěn)定構(gòu)象，是對位交叉型和鄰位交叉型，這已被熱力學(xué)方法以及電子衍射法或X射線衍射法所證實。 構(gòu)象異構(gòu)體相互之間由于能量差值太小，故不能予以分離，但在一定條件下，能以一定的組成比例存在于構(gòu)象轉(zhuǎn)化的平衡體系中，所謂優(yōu)勢構(gòu)象，就是占有較大組成比例的構(gòu)象異構(gòu)體。3.2 中學(xué)階段涉及的常見有機同分異構(gòu)體.碳鏈異構(gòu) .位置(官能團位置)異構(gòu) .類別異構(gòu)(又稱官能團異構(gòu))類別異構(gòu)的常見情況有：（1）CnH2n：(n3)烯烴和環(huán)烷烴；（2）CnH2n2：(n3)二烯烴和炔烴；（3）CnH2n2O：(n2)飽和一元醇和飽和一元醚；（4）CnH2nO：(n2)飽和一元醛、烯醇和環(huán)氧烷；(n3)飽和一元酮；（5）CnH2nO2：(n2)飽和一元羧酸、飽和一元羧酸飽和一元醇酯、羥基醛；（6）CnH2n1O