【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。? ?

第一章烴——Ⅰ飽和鏈烴? ?

§1-5同分異構(gòu)現(xiàn)象

同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體

【01】上節(jié)提到【山注，化4-1-04，傳送門CV22083604】，碳原子能彼此結(jié)合成為碳鏈，這是有機物為數(shù)眾多的原因之一。有機物為數(shù)眾多的另一原因，是由于同樣的幾種元素的同數(shù)原子，結(jié)合成分子時，由于分子里原子結(jié)合的順序不同，亦能成為不同性質(zhì)的物質(zhì)。我們可以通過一些具體例子來說明。象本冊引言里講到的【山注，化4-1-00，傳送門CV22056535】，1828年武勒用氰酸銨NH?OCN制得尿素CO(NH?)?這兩種物質(zhì)的分子，都是由1個碳原子、1個氧原子、2個氮原子和4個氫原子組成，它們的重量百分比和分子量也完全相同，只不過分子里各種原子結(jié)合的順序不同，也就是它們的化學結(jié)構(gòu)不同，因此就成為具有不同性質(zhì)的兩種物質(zhì)：

【02】再象蔗糖和麥芽糖，它們重量組成和分子量也是相同的，分子式都是C??H??O??，可是它們是兩種不同的物質(zhì)。這種情況，今后我們將有不少地方要碰到。我們把這種現(xiàn)象叫做同分異構(gòu)現(xiàn)象，這些物質(zhì)互稱為同分異構(gòu)體。就是分子的組成和分子量完全相同，但分子結(jié)構(gòu)不同，因而性質(zhì)也不同的物質(zhì)，叫做同分異構(gòu)體。分子組成和分子量是確定物質(zhì)分子式的兩個因素，“同分”就是分子組成和分子量相同，也就是分子式相“同”，“異構(gòu)”就是分子結(jié)“構(gòu)”相“異”。顧名思義，這一個名詞就不難理解了。所以，尿素和氰酸銨，蔗糖和麥芽糖是兩對同分異構(gòu)體。

烷屬烴的同分異構(gòu)體

【03】在有機化合物里，隨著分子中碳原子數(shù)的增加，碳原子結(jié)合成為碳鏈的情況，將會錯綜復雜起來。在烷屬烴里，從丁烷起就可能有同分異構(gòu)現(xiàn)象了。因為在丙烷分子里3個碳原子結(jié)合成為直鏈的可能方式，只有一種，但是當碳原子再增加一個以后，它們連接成鏈的可能，就有下列兩種方式：

【04】我們在碳原子上標出（一）、（二）、（三）、（四）等記號，并把這些碳原子分別叫做一級、二級、三級和四級，表明這種碳原子跟其他碳原子相連接的數(shù)目，一級碳原子和1個其他碳原子相連，二級碳原子跟2個其他碳原子相連，依此類推。在丁烷的第一種結(jié)構(gòu)(a)中，有2個一級碳原子和2個二級碳原子，但在第二種結(jié)構(gòu)(b)中，就有3個一級碳原子和1個三級碳原子。再從鏈的形狀來看，前者是成直線順序連接，后者就帶著分支，這種分支叫做支鏈。要是按照前面用過的幾種式子來表示它們的分子，也可以看出它們的結(jié)構(gòu)顯然不同，如圖1·5。

【05】在圖1·5中，我們看到了正丁烷、異丁烷兩個新的名字，一般烷屬烴同分異構(gòu)體的名稱，除仍沿用烷屬烴的命名原則，按碳原子數(shù)目稱為某烷外，把結(jié)構(gòu)中沒有支鏈的，在名稱某烷之前，加上“正”字，如上述的正丁烷；有支鏈的異構(gòu)體，而且含有三級碳原子的，加上“異”字，如異丁烷；含有四級碳原子的，加上“新”字。習慣上“正”字可以省略掉，因為不是“異”和“新”，自然就是“正”了，所以正丁烷就叫做丁烷。

【06】在化學結(jié)構(gòu)學說創(chuàng)立之前，異丁烷還沒有發(fā)現(xiàn)。但是布特列洛夫預言具有這種化學結(jié)構(gòu)的物質(zhì)是存在的，并且通過實驗制成了異丁烷。從丁烷和異丁烷的沸點、比重等物理性質(zhì)來看，它們確是兩種不同的物質(zhì)，由此亦可證明化學結(jié)構(gòu)理論的正確性。

【07】現(xiàn)在我們再進一步研究一下含有五個碳原子的戊烷C?H??。它的結(jié)構(gòu)就更復雜些，可能有三種結(jié)構(gòu)，如圖1·6。

【08】由于鏈烴分子里碳原子數(shù)的增加，它們的同分異構(gòu)體的數(shù)目增加得很快。例如己烷C?H??有5種異構(gòu)體，庚烷C?H??有9種，辛烷C?H??有18種，壬烷C?H??有35種，到十四烷C??H??就可能有1858種。我們知道有含70個碳原子的烷，它的異構(gòu)體的數(shù)目就可能是個天文數(shù)字了。這么多的異構(gòu)體并沒有真正去逐個制取，在生產(chǎn)上也沒有實際意義，不過表示在理論上確有這種可能罷了。

【09】在有機物領域里，同分異構(gòu)普遍存在的現(xiàn)象，除可以說明有機物為什么為數(shù)眾多的原因外，更重要的是充分證明了化學結(jié)構(gòu)學說第三點內(nèi)容的正確性。

怎樣正確書寫同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式

【10】要寫同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式，必須對分子結(jié)構(gòu)具有空間觀念。因為在平面上書寫的結(jié)構(gòu)式只是立體結(jié)構(gòu)的投影，并沒有體現(xiàn)碳原子間價鍵的方向性。初學的人，對同一種分子結(jié)構(gòu)，往往會寫成多種平面投影。象下面的四種式子（可能還有更多的寫法）：,,

【11】看起來好象各各不同。其實，這些顛倒橫豎、上下左右的支鏈，都不是真正立體結(jié)構(gòu)的方向。我們只要認定碳原子的級數(shù)和個數(shù)，以及支鏈所在的位置（即三級碳原子的位置），就不難看出，在上面的四種式子里，都是3個一級碳原子，1個二級碳原子和1個三級碳原子，而支鏈總是在從左起或右起的第二個碳原子上。因此肯定它們都是同一種分子，都是異戊烷。掌握了上面的識別碳原子級數(shù)和位置的能力，也就不難寫出正確的各種同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式了，象異戊烷，我們習慣上是寫成(a)式的。

習題1-5

1、如果說，硫酸和磷酸的分子量都是98；乙炔C?H?和苯C?H?的重量組成都是含碳92.3%，含氫7.7%，只是由于分子結(jié)構(gòu)不同，所以這是兩對同分異構(gòu)體。這種說法為什么不對？同分異構(gòu)體的正確定義是什么？

2、氧和臭氧的分子都由氧原子構(gòu)成，可是結(jié)構(gòu)不同。它們是同分異構(gòu)體嗎？同素異性體和同分異構(gòu)體有什么不同？

3、寫出三種戊烷異構(gòu)體的電子式、結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)簡式。

4、下列七個式子代表幾種物質(zhì)：