主要内容
碳氢化合物结构和异构体
碳氢化合物结构和异构类型（结构异构体、顺反异构体和对映异构体）。
介绍
即使你可能每天都能看到汽油驱动的汽车，你也很少看到汽油本身是什么样子的！在肉眼看来，汽油是一种相当无趣的的黄棕色液体。然而，在分子层面上，汽油实际上是由一系列不同的分子组成的，其中大多数是碳氢化合物（仅含有氢和碳原子的分子）。
汽油中的一些碳氢化合物很小，只含有四个碳原子，而另一些则大得多，最多含有十二个碳。有些碳氢化合物形成直线，而另一些则具有分支结构；有些只有单键，而另一些则有双键；还有一些则含有环。虽然汽油中不同的碳氢化合物通常具有非常不同的性质，如熔点和沸点，但它们在发动机中燃烧时都会产生能量。
碳氢化合物是多样化的！
正如汽油的例子所示，碳氢化合物有许多不同的形式。它们的长度可能不同，有分支或无分支，形成线形或环状（或两者都有），还包括各种单碳键、双碳键和三碳键的组合。即使两种碳氢化合物具有相同的分子式，它们的原子也可能以不同的方式连接或定向，使它们彼此成为同分异构体（有时赋予这两种分子非常不同的属性）。
这些结构特征中的每一个都会影响一个碳氢化合物分子的三维形状或分子几何结构。在DNA、蛋白质和碳水化合物等大型生物分子的背景下，碳骨架的结构差异常常影响分子的功能。
碳氢化合物中的分支、多键和环
碳氢链是由碳原子之间的一系列键形成的。这些链可能长或短：例如，乙烷一行只含有两个碳，而癸烷则含有十个碳。并非所有的碳氢化合物都是直链。例如，当癸烷的十个碳原子排成一行时，其他具有相同分子式的碳氢化合物 (
碳氢化合物可能包含各种单碳键、双碳键和三碳键的组合。碳氢化合物乙烷、乙烯和乙炔为每种类型的键如何影响分子的几何结构提供了一个例子：
- 乙烷 (
- 相反，乙烯（
- 最后，乙炔(
碳氢化合物的另一个结构特征是碳原子环。在碳氢化合物中可以发现各种尺寸的环，这些环也可以有分支或包括双键。某些带有共轭原子的平面环，如下图所示的苯环，非常稳定。这些环被称为芳香环，存在于一些氨基酸以及睾酮和雌激素（分别是主要的雄性和雌性的性激素）等激素中。
一些芳香环含有除碳和氢以外的原子，如上面所示的吡啶环。由于它们的附加原子，这些环不属于碳氢化合物。您可以在 芳香化合物化学主题 中了解更多有关芳香化合物的信息。
异构体
碳氢化合物的分子几何结构直接关系到这些分子的物理和化学性质。分子式相同但分子几何结构不同的分子称为异构体。异构体分为两大类：结构同分异构体和立体异构体。
结构同分异构体
在结构同分异构体中，每个异构体中的原子以不同的方式连接或键合。因此，结构同分异构体通常含有不同的官能团或键合模式。考虑丁烷和异丁烷，如上图所示：两个分子都有四个碳和十个氢 (
立体异构体
在立体异构体中，每个异构体中的原子以相同的方式连接，但它们在空间中的定向方式不同。立体异构体有许多类型，但它们都可以被归结为两类：对映异构体或非对映异构体。对映异构体是互为实物与镜像而不可重叠的立体异构体（“不可重叠”意味着两个分子在空间上不能重叠在一起）。对映异构通常出现在含有一个或多个不对称碳的分子中，这些碳原子与四个不同的原子或基团相连。
上面的分子是对映异构体对的一个例子。它们都有相同的分子式，由氯、氟、溴和氢原子结合在一个中心碳原子上组成。然而，这两个分子是彼此的镜像，如果你试图把它们放在彼此的上面，你会发现没有办法让它们完全排列起来。对映异构体通常被比作一个人的右手和左手，它们也是不能重叠的镜像。
大多数氨基酸，蛋白质的组成部分，含有不对称的碳。下面，您可以看到氨基酸丙氨酸的两个对映异构体的空间填充模型。从历史上看，生物学中对映异构体体是用前缀L和D来区分的，生物学家通常还用这个术语来表示氨基酸和糖。然而，在更广泛的化学领域，D/L系统已经被另一种命名系统 R/S 系统所取代，这种命名系统更精确，可以应用于所有对映异构体。您可以在 有机化学部分中了解更多关于对映体和 R/S 命名系统的信息。
一对对映异构体之间的差别可能看起来很小。然而，在某些情况下，两种对映体可能具有非常不同的生物效应。例如，药物乙胺丁醇的D型用于治疗肺结核，而L型实际上导致失明！
记住，所有立体异构体都可以分为对映异构体和非对映异构体。非对映异构体是任何 非 对映异构体的立体异构体。非对映异构体的一个常见例子是 顺反式 异构体。当原子或官能团位于刚性碳碳-碳键的任一端（例如双键）时，就可能发生 顺反式 异构体。在这种情况下，围绕双键的限制旋转意味着连接到两端的原子或基团可以以两种可能的构型之一存在。如果其中一个碳与两个相同的原子或基团相连，那么这就不重要了；但是，如果两个碳都与两个不同的原子或官能团相连，那么就可能有两种不同的排列。
例如，在2-丁烯 (
在 反式 构型中，碳主干或多或少是线性的，而在 反式 配置中，主干包含弯曲或扭结。（一些环状分子也可以具有 顺式 和 反式 构型，其中附着的原子分别被困在环的同一侧或相反一侧）
在脂肪和油中，称为脂肪酸的长碳链通常含有双键，可以是 顺式 或 反式 构型（如下所示）。含有 顺式 双键的脂肪酸通常是室温下的油。这是因为 顺式 双键导致的主干弯曲会阻止脂肪酸紧紧地堆积在一起。相比之下，含有 反式 双键的脂肪酸（通常称为 反式 脂肪），是相对线性的，因此它们可以在室温下紧密结合在一起形成固体脂肪。
反式 脂肪会增加患心血管疾病的风险，因此许多食品制造商近年来已经取消了反式脂肪的使用。某些类型的起酥油和人造黄油中含有 反式 双键脂肪，而橄榄油和菜籽油中含有 顺式 双键脂肪。请参阅 关于脂质的文章 来了解有关不同类型脂肪的更多信息。