Структурната изомерия (IUPAC нарича това конституционна изомерия) е вид изомерия, при която две или повече съединения имат една и съща молекулна формула, но атомите в молекулите са свързани помежду си в различен ред. При конституционната изомерия се променя връзковата схема (connectivity) на атомите, а не само тяхната пространствена ориентация. Обратното на структурната изомерия е стереоизомерията, при която съединенията имат една и съща свързаност, но различно пространствено разположение на атомите. Съществува голям брой молекули, които могат да образуват структурни изомери.
Основни видове конституционни (структурни) изомери
- Скелетни (скелетни) изомери – различават се по разклонението на въглеродния скелет. Пример: нормален бутан (n-бутан) и изобутан (2-метилпропан) са скелетни изомери с формула C4H10. Разклоняването влияе на физични свойства като точка на кипене и плътност.
- Позиционни (региоизомери) – еднакви функционални групи и скелет, но функционалните групи или заместителите са на различни позиции по скелета. Пример: 1-пропанол и 2-пропанол (изопропанол) са позиционни изомери с формула C3H8O. Позиционните изомери често показват различна реактивност и физични свойства.
- Функционални изомери – имат различни функционални групи, въпреки че имат една и съща молекулна формула. Пример: етанол (алкохол) и диметилов етер (етер) с формула C2H6O са функционални изомери; друг пример е пропанал (алдехид) и пропанон (кетон, известен още като ацетон) с формула C3H6O.
Таутомерия
Таумерите (таутомерите) са специален случай на функционални изомери, които лесно се преобразуват един в друг чрез преместване на протон и пренареждане на връзките (например keto–enol таутомерия). Тези изомери са в химическо равновесие и често имат различни химични свойства; класически пример е keto–enol равновесието при ацетон и неговата енолна форма или при β‑дикетони.
Как да се различат структурните изомери
- Физични свойства: точка на кипене, точка на топене, разтворимост и плътност често се различават между изомерите.
- Спектроскопски методи: NMR спектроскопия дава информация за свързаността и средата на атомите; IR спектри показват наличието или липсата на определени функционални групи; масспектрометрия (MS) дава фрагментационни модели, характерни за различни свързаности.
- Химични тестове: специфични реакции за функционални групи (напр. оксидация на алкохоли, положителен Tollens тест за алдехиди) помагат за разграничаване на функционални изомери.
Разлика между структурни и стереоизомери
При структурните изомери се променя редът на свързване на атомите; при стереоизомерите редът на свързване е един и същ, но атомите заемат различни позиции в пространството (пример: цис–транс изомери, енантиомери). Затова структурните изомери често имат по-големи разлики в химичните и физичните свойства в сравнение със стереоизомерите.
Значение в химията и приложението
Структурните изомери са важни, защото различните изомери на едно и също състава могат да имат много различни свойства и приложения: различни биологични активности, различна токсичност, различна летливост и различни механизми на реакция. В органичната синтеза, фармацията и материалознанието разпознаването и контролът на конкретния изомер е критично.
Кратко обобщение: конституционната (структурната) изомерия означава еднаква молекулна формула, различна свързаност. Основните подвидове са скелетни, позиционни (региоизомери) и функционални изомери; таутомерията е специален подвид на функционалните изомери. Различаването им става чрез физични измервания, спектроскопия и специфични химични реакции.
