【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。   

第一章烃——Ⅰ饱和链烃   

§1-5同分异构现象

同分异构现象和同分异构体

【01】上节提到【山注，化4-1-04，传送门CV22083604】，碳原子能彼此结合成为碳链，这是有机物为数众多的原因之一。有机物为数众多的另一原因，是由于同样的几种元素的同数原子，结合成分子时，由于分子里原子结合的顺序不同，亦能成为不同性质的物质。我们可以通过一些具体例子来说明。象本册引言里讲到的【山注，化4-1-00，传送门CV22056535】，1828年武勒用氰酸铵NH₄OCN制得尿素CO(NH₂)₂这两种物质的分子，都是由1个碳原子、1个氧原子、2个氮原子和4个氢原子组成，它们的重量百分比和分子量也完全相同，只不过分子里各种原子结合的顺序不同，也就是它们的化学结构不同，因此就成为具有不同性质的两种物质：

【02】再象蔗糖和麦芽糖，它们重量组成和分子量也是相同的，分子式都是C₁₂H₂₂O₁₁，可是它们是两种不同的物质。这种情况，今后我们将有不少地方要碰到。我们把这种现象叫做同分异构现象，这些物质互称为同分异构体。就是分子的组成和分子量完全相同，但分子结构不同，因而性质也不同的物质，叫做同分异构体。分子组成和分子量是确定物质分子式的两个因素，“同分”就是分子组成和分子量相同，也就是分子式相“同”，“异构”就是分子结“构”相“异”。顾名思义，这一个名词就不难理解了。所以，尿素和氰酸铵，蔗糖和麦芽糖是两对同分异构体。

烷属烃的同分异构体

【03】在有机化合物里，随着分子中碳原子数的增加，碳原子结合成为碳链的情况，将会错综复杂起来。在烷属烃里，从丁烷起就可能有同分异构现象了。因为在丙烷分子里3个碳原子结合成为直链的可能方式，只有一种，但是当碳原子再增加一个以后，它们连接成链的可能，就有下列两种方式：

【04】我们在碳原子上标出（一）、（二）、（三）、（四）等记号，并把这些碳原子分别叫做一级、二级、三级和四级，表明这种碳原子跟其他碳原子相连接的数目，一级碳原子和1个其他碳原子相连，二级碳原子跟2个其他碳原子相连，依此类推。在丁烷的第一种结构(a)中，有2个一级碳原子和2个二级碳原子，但在第二种结构(b)中，就有3个一级碳原子和1个三级碳原子。再从链的形状来看，前者是成直线顺序连接，后者就带着分支，这种分支叫做支链。要是按照前面用过的几种式子来表示它们的分子，也可以看出它们的结构显然不同，如图1·5。

【05】在图1·5中，我们看到了正丁烷、异丁烷两个新的名字，一般烷属烃同分异构体的名称，除仍沿用烷属烃的命名原则，按碳原子数目称为某烷外，把结构中没有支链的，在名称某烷之前，加上“正”字，如上述的正丁烷；有支链的异构体，而且含有三级碳原子的，加上“异”字，如异丁烷；含有四级碳原子的，加上“新”字。习惯上“正”字可以省略掉，因为不是“异”和“新”，自然就是“正”了，所以正丁烷就叫做丁烷。

【06】在化学结构学说创立之前，异丁烷还没有发现。但是布特列洛夫预言具有这种化学结构的物质是存在的，并且通过实验制成了异丁烷。从丁烷和异丁烷的沸点、比重等物理性质来看，它们确是两种不同的物质，由此亦可证明化学结构理论的正确性。

【07】现在我们再进一步研究一下含有五个碳原子的戊烷C₅H₁₂。它的结构就更复杂些，可能有三种结构，如图1·6。

【08】由于链烃分子里碳原子数的增加，它们的同分异构体的数目增加得很快。例如己烷C₆H₁₄有5种异构体，庚烷C₇H₁₆有9种，辛烷C₈H₁₈有18种，壬烷C₉H₂₀有35种，到十四烷C₁₄H₃₀就可能有1858种。我们知道有含70个碳原子的烷，它的异构体的数目就可能是个天文数字了。这么多的异构体并没有真正去逐个制取，在生产上也没有实际意义，不过表示在理论上确有这种可能罢了。

【09】在有机物领域里，同分异构普遍存在的现象，除可以说明有机物为什么为数众多的原因外，更重要的是充分证明了化学结构学说第三点内容的正确性。

怎样正确书写同分异构体的结构式

【10】要写同分异构体的结构式，必须对分子结构具有空间观念。因为在平面上书写的结构式只是立体结构的投影，并没有体现碳原子间价键的方向性。初学的人，对同一种分子结构，往往会写成多种平面投影。象下面的四种式子（可能还有更多的写法）：,,

【11】看起来好象各各不同。其实，这些颠倒横竖、上下左右的支链，都不是真正立体结构的方向。我们只要认定碳原子的级数和个数，以及支链所在的位置（即三级碳原子的位置），就不难看出，在上面的四种式子里，都是3个一级碳原子，1个二级碳原子和1个三级碳原子，而支链总是在从左起或右起的第二个碳原子上。因此肯定它们都是同一种分子，都是异戊烷。掌握了上面的识别碳原子级数和位置的能力，也就不难写出正确的各种同分异构体的结构式了，象异戊烷，我们习惯上是写成(a)式的。

习题1-5

1、如果说，硫酸和磷酸的分子量都是98；乙炔C₂H₂和苯C₆H₆的重量组成都是含碳92.3%，含氢7.7%，只是由于分子结构不同，所以这是两对同分异构体。这种说法为什么不对？同分异构体的正确定义是什么？

2、氧和臭氧的分子都由氧原子构成，可是结构不同。它们是同分异构体吗？同素异性体和同分异构体有什么不同？

3、写出三种戊烷异构体的电子式、结构式和结构简式。

4、下列七个式子代表几种物质：