이성질체

분자식(C_xH_yO_z···)은 같아도 화학구조가 다른 화합물. 따라서 이성질체끼리는 화학적 · 물리적 성질이 적어도 하나는 다르다. 이성질체는 구조이성질체와 입체이성질체로 나뉜다. 각각의 이성질체에는 입체구조가 다른 이성질체가 많이 존재할 수 있다. 구조이성질체는 CH₃OCH₃와 CH₃CH₂OH처럼 탄소골격이 다른 화합물 혹은 치환기 위치가 다른 것을 말한다. 화합물 중의 원자나 원자단의 이동으로 서로 변환하는 구조이성질체를 호변이성질체라고 한다. 변환에너지 장벽이 낮아서 평형화합물로 존재하며 한쪽만을 분리할 수는 없다.

수소이온이 이동하고 있는 케토-에놀호변이성의 예가 그림 (a)이다. 입체이성질체는 도면으로 나타낸 2차원 구조식은 같아도 3차원 공간에서 원자의 입체배치가 다른 것을 말한다. 대부분의 경우 키랄탄소(chiral carbon, 4개의 치환기가 모두 다른 sp³ 탄소원자)를 적어도 하나 이상 포함하고 있다. 키랄탄소를 키랄중심 혹은 비대칭중심이라고도 한다. 올레핀의 시스-트랜스이성질체도 입체이성질체의 일종인데, 기하이성질체라고도 한다.

치환기끼리의 입체장애로 상호변환할 수 있는 이성질체는 아트로프이성질체라고도 한다(그림 (b)). 대응하는 모든 키랄탄소가 상호 역의 입체배치가 되는(경상관계에 있는) 입체이성질체를 경상이성질체 또는 광학이성질체라고 한다. 선광도의 부호는 서로 역이지만, 화학적 · 물리적 성질은 같다.

둘 이상의 키랄탄소를 포함하는 이성질체에 대하여 대응하는 키랄탄소 중 여러 개가 역의 입체배치인 화합물을 디아스테레오머라고 한다. 이들은 물리적 · 화학적 성질은 물론 선광도 역시 서로 다르다. 하나의 키랄탄소만이 다른 것은 에피머라고 한다. 탄소-탄소간 단일결합의 회전으로 생긴 이성질체를 입체구조이성질체 또는 회전이성질체라고 한다. 회전 에너지 장벽이 낮고, 서로 열역학적 평형 상태를 유지한다. 특정 입체구조를 나타내는 용어로는 의자형, 보트형, 중복형, 꼬임형 등이 있다.

이성질체

(a) 아세토아세트산메틸의 케토 · 에놀호변이성

(b) 아트로프이성질체

(c) 특정입체구조