2.1　烷烴的同系列和異構

2.1.1　烷烴同系列

甲烷的分子式為CH4，乙烷、丙烷、丁烷和戊烷的分子式分別為C2H6、C3H8、C4H10和C5H12。兩個烷烴分子式之差為CH2或其倍數，這些烷烴的性質也很相似，這樣的一系列化合物稱為同系列（homologous series）。同系列中各化合物互稱同系物（homolog），CH2稱為同系列的系差。烷烴同系列的通式為CnH2 n+2（n為正整數）。

2.1.2　烷烴的異構

同分異構現象（isomerism）是有機化合物中普遍存在的現象。具有相同的分子式而結構不同的化合物稱為同分異構體（isomer）。烷烴分子中，甲烷、乙烷和丙烷都沒有異構體。丁烷有兩種異構體，一種含有不分支的碳鏈（通常稱為直鏈），叫做正丁烷；另一種含有分支的碳鏈，即在長的碳鏈上還有支鏈，是正丁烷的異構體，叫做異丁烷（見圖2-1）。

圖2-1　正丁烷和異丁烷的結構式

正丁烷和異丁烷這種同分異構體之間的差別是分子中的碳鏈不同，是同分異構現象的一種。根據國際純粹與應用化學聯合會（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）的建議，把分子中原子相互連接的次序和方式稱為構造（constitution）。分子式相同，分子構造不同的化合物稱為構造異構體（constitutional isomers）。正丁烷和異丁烷屬于構造異構體。這種構造異構（constitutional isomerism）是由于碳骨架不同引起的，故又稱碳架異構（carbon skeleton isomerism）。烷烴的構造異構均屬于碳架異構。隨著烷烴碳原子數的增加，構造異構體的數目顯著增多，見表2-1。異構現象是造成有機化合物數量龐大的原因之一。

表2-1　烷烴構造異構體的數目　　

分子的結構除了構造之外。還包括構型、構象等（構型和構象的含義將在以后介紹）。在書寫構造式時，常先寫碳原子，與其相連的氫或其他原子團寫在碳的后面。烷烴的異構是由分子中碳鏈不同而產生的，常用折線來表示烷烴的構造，折線的轉折點和兩端的兩點都代表一個碳原子。圖2-2給出己烷的所有異構體碳骨架結構，根據碳是四價、氫是一價的成鍵規律能夠寫出所有碳、氫原子的成鍵形式。

圖2-2　己烷的5種同分異構體及其縮略式（a）和碳架式（b）