2.2　烷烃的同分异构现象

2.2.1　碳链异构

分子中原子间相互连接的次序和方式称为构造。从上面烷烃的结构分析，甲烷、乙烷和丙烷分子中的各原子都只有一种连接顺序，从含四个碳原子的丁烷开始，不仅有直链的形式连接，还有支链的形式连接。

这种具有相同分子式，由于分子中原子间连接的次序和方式不同而形成不同化合物的现象称为构造异构（constitutional isomerism），这些化合物互为同分异构体，简称异构体（isomer）。烷烃中同分异构是由碳链结构不同而引起的，故又称为碳链异构（carbon chain isomer）。碳链异构属于构造异构范畴。随着烷烃分子中碳原子数目的增多，同分异构体的数目迅速增加，用数学方法可推算出烷烃可能有的异构体数目（表2-1）。

表2-1　烷烃同分异构体的数目

注：烷烃同分异构体的数目不包括立体异构体（参考第6章）。

含10个碳原子以内的烷烃，实际上得到的异构体数目与理论推测完全符合。更高级的烷烃，有些从理论上推测出的异构体可能无法得到。例如，在同一个碳原子上连有4个体积很大基团的化合物，由于空间位阻，就可能难以制备出来。

2.2.2　饱和碳原子的四种类型

从上述几个结构式中可以看出，根据烷烃分子中各碳原子相互连接状态的不同，饱和碳原子可以分为伯、仲、叔、季碳原子四种类型。

只与一个其他碳原子直接相连的碳原子，叫作伯碳原子，也叫一级碳原子（primary carbon atom），以1°表示。

只与2个其他碳原子直接相连的碳原子叫作仲碳原子，也叫二级碳原子（secondary carbon atom），以2°表示。

与3个其他碳原子直接相连的碳原子叫作叔碳原子，也叫三级碳原子（tertiary carbon atom），以3°表示。

与4个其他碳原子直接相连的碳原子叫作季碳原子，也叫四级碳原子（quaternary carbon atom），以4°表示。

例如：

除季碳原子外，伯、仲、叔碳原子上的氢原子，分别称为伯氢原子（一级氢原子）、仲氢原子（二级氢原子）、叔氢原子（三级氢原子）。

思考题

2-1　写出符合下列条件的C₆H₁₄的烷烃结构式，并指出碳原子的类型。

（1）含有8个2°H和6个1°H的结构式。

（2）含有1个3°H、4个2°H和9个1°H的结构式。

（3）含有2个2°H和12个1°H的结构式。