在化學中，異構體是具有相同配方但具有不同結構的離子或分子。異構體不一定具有相似的性質。異構的兩種主要形式是結構異構（或構成異構）和立體異構（或空間異構）。
詞源
異構體（/?a??小號?m??r?/?;從希臘?σομερ??，種異構體?;?ISO文件?= “相等”，MEROS?= “部分”）是“異構體”的根。術語是由瑞典化學家杜撰JONS雅各布貝齊里烏斯（1779年至1848年）在1830年[2]?異構（/?a??????米???????????m，
結構異構體
不同類型的異構體，包括左側的位置異構體2-氟丙烷和1-氟丙烷
在結構異構體中，原子和官能團以不同方式連接在一起。結構異構體具有不同的IUPAC名稱，可以或可以不屬于同一官能團。[3]該組包括鏈異構，其中烴鏈具有可變量的支化;?位置異構，它處理鏈上的一個功能組的位置;?和官能團異構，其中一個官能團分裂成不同的官能團。
例如，兩個位置異構體是2-氟丙烷和1-氟丙烷，如上圖左側所示。
互變異構體是結構異構體，即使在純凈時也會相互自發(fā)地相互轉化。它們具有不同的化學性質，因此，觀察到每種形式特有的不同反應。如果相互轉化反應足夠快，則互變異構體不能相互隔離。一個例子是當它們的質子位置不同時，例如酮/烯醇互變異構，其中質子交替地位于碳或氧上。
例子：丙醇和甲氧基乙烷
異丙醇的簡單例子由丙醇給出：它具有式C?3?H?8?O（或C?3?H?7?OH）并且以兩種異構體出現(xiàn)：丙-1-醇（正丙醇;?I）和丙烷-2 -ol（異丙醇;?II）
注意，氧原子的位置在兩者之間不同：它與第一異構體中的末端碳連接，在第二異構體中與中心碳連接。
然而，存在另一種具有顯著不同性質的C?3?H?8?O異構體：甲氧基乙烷（乙基 – 甲基 – 醚;?III）。與丙醇的異構體不同，甲氧基乙烷具有與兩個碳連接的氧，而不是與一個碳和一個氫連接的氧。甲氧基乙烷是醚，而不是醇，因為它缺少羥基，并且其化學性質與其他醚類似，與上述任何一種醇異構體相似。
示例：丙二烯和丙炔
丙二烯（或丙二烯）和丙炔（或甲基乙炔）是含有不同鍵類型的異構體的實例。丙二烯含有兩個雙鍵，而丙炔含有一個三鍵。
丙二烯 |
丙炔 |
立體異構體
在立體異構體中，鍵結構是相同的，但原子和空間中的官能團的幾何定位不同。這一類包括對映體，其是彼此的非疊加的鏡像圖像，以及非對映體，哪些不是。對映異構體通常含有手性中心和非對映異構體，但有一些非對映異構體既不是手性的也不含有手性中心。[4]另一種類型的異構體，構象異構體（構象異構體），可以是旋轉異構體，非對映異構體或對映異構體，這取決于確切的化合物。例如，鄰位鎖定的聯(lián)苯系統(tǒng)具有對映體。
在雙鍵處具有受限旋轉的E / Z異構體是構型異構體。它們被歸類為非對映異構體，無論它們是否含有任何手性中心。[4]?E / Z表示法描述了絕對立體化學，它是基于CIP優(yōu)先級的明確描述符。
“順式 – 反式異構體”用于描述分子中具有受限旋轉的任何分子。對于具有C = C雙鍵的分子，這些描述符僅基于基團體積或主要碳鏈描述相對立體化學，因此可以是模糊的。對于具有多于兩個取代基的雙鍵，這尤其成問題。順反異構的一個過時術語是“幾何異構”。[5]對于具有兩個以上取代基的烯烴，使用EZ表示法代替順式和反式。如果可能，在具有兩個取代基的化合物中也優(yōu)選E和Z（以斜體形式書寫）。[6]
兩種異構體復合物，順鉑和移植物
順式和反式異構體也存在于無機配位化合物中，例如方形平面?MX?2?Y?2配合物和八面體?MX?4?Y?2配合物。相關類型的幾何異構是八面體MX?3?Y?3絡合物中的面 – 經(jīng)向（fac-mer）異構，其中每組三個相同的配體占據(jù)八面體的一個面或位于八面體的一個子午線上。
注意，盡管構象異構體可以稱為立體異構體，但它們不是穩(wěn)定的異構體，因為構象異構體中的鍵可以容易地旋轉，從而將一種構象異構體轉化為另一種構象異構體，其可以是原始構象異構體或非對映異構體。
雖然結構異構體通常具有不同的化學性質，但立體異構體在大多數(shù)化學反應中表現(xiàn)相同，除了它們與其他立體異構體的反應。然而，酶可以區(qū)分化合物的不同對映體，并且生物體通常優(yōu)選一種異構體而不是另一種。
對映異構體在偏振光的旋光方向上不同，因此有時將其描述為光學異構體。[7]?[8]然而，該術語定義不明確，也被用于描述其他立體異構體以及對映體。[9]它的使用，因此強烈反對，并且分子應替代地描述為對映異構體或非對映體作為合適的。[10]?[9]
異構化
異構化是將一個分子轉化為具有完全相同原子的另一個分子但重新排列原子的過程。[11]在某些分子和某些條件下，異構化是自發(fā)發(fā)生的。許多異構體的鍵能相等或大致相等，因此它們以大致相等的量存在，條件是它們可以相對自由地相互轉化，即兩種異構體之間的能壘不太高。當異構化在分子內發(fā)生時，它被認為是重排反應。
一個的示例的有機金屬異構化是生產decaphenylferrocene的，[（η?5?-C?5?博士5）2從其鐵]?鍵異構體。[12]?[13]
- 富馬酸的合成
富馬酸的工業(yè)合成通過馬來酸的順式 – 反式異構化進行：
藥物化學
具有不同醫(yī)學性質的異構體是常見的;?例如，甲基的位置。在取代的黃嘌呤中，巧克力中的可可堿是一種血管擴張劑，與咖啡因有一些共同作用;?但是，如果兩個甲基中的一個移動到雙環(huán)核心上的不同位置，則異構體是茶堿，其具有多種作用，包括支氣管擴張和抗炎作用。另一個例子發(fā)生在基于苯乙胺的興奮劑藥物中。芬特明是一種非手化合物的效果比安非他明的效果弱。它被用作減少食欲的藥物，具有輕微或無刺激性。然而，不同的原子排列給出了右旋安非他明，這是一種比安非他明更強的興奮劑。
在藥物化學和生物化學中，對映體是一個特別關注的問題，因為它們可能具有完全不同的生物活性。許多制備方法提供等量的兩種對映體形式的混合物。在一些情況下，使用手性固定相通過色譜法分離對映體。它們也可以通過形成非對映體鹽來分離。在其他情況下，已經(jīng)開發(fā)了對映選擇性合成。
作為無機實例，順鉑（參見上述結構）是用于癌癥化學療法的重要藥物，而反式異構體（轉移酶）沒有有用的藥理學活性。
歷史
異構最早在1827注意到，當弗里德里希·維勒制備氰酸銀和發(fā)現(xiàn)的是，雖然它的元素組成是相同的雷酸銀（由制備賈斯特斯馮李比希前一年），[14]其性質是完全不同的。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了對時間的普遍化學理解，認為化學化合物只有在具有不同的元素組成時才會有所不同。在進行了相同類型的其他發(fā)現(xiàn)之后，例如Woehler的1828年發(fā)現(xiàn)尿素具有與化學上不同的氰酸銨相同的原子組成，J?nsJacobBerzelius在1830年引入了異構現(xiàn)象來描述這種現(xiàn)象。[15]
| {\ displaystyle {\ ce {^ { – } \！C {\ equiv} {\ overset {+} {N}} – O ^ { – }}}} | 的雷酸鹽離子由原子C，N，和O的布置的?作為被綁定到每個其他兩個的中間原子。 |
|---|---|
| {\ displaystyle {\ ce {^ {\ ominus} \！OC {\ equiv} N}}} | 相比之下，氰酸根離子由原子N，C和O組成，其中C作為中間原子排列，其與另外兩個中的每一個結合。 |
1848年，路易斯巴斯德將酒石酸分離成兩種鏡像形式的微小晶體。[16]?[17]的每個的單獨的分子是左和右光學立體異構體，溶液，其的轉動平面的偏振光的光以相同的程度，但方向相反。
其他類型的異構
在此范圍之外存在其他類型的異構現(xiàn)象。一般情況下，拓撲稱為異構體拓撲異構是風約并形成不同的形結或環(huán)的大分子。具有拓撲異構體的分子包括catenanes和DNA。拓撲異構酶可以結合DNA，從而改變其拓撲結構。還存在同位素異構體或同位素異構體，其具有相同數(shù)量的每種類型的同位素取代但在化學上不同的位置。在核物理學中，核異構體是原子核的激發(fā)態(tài)。旋轉異構體具有不同的自旋分布?在它們的組成原子中。
