拓扑性

在立体化学中，拓扑性是指取代物与它们所连接的结构之间的立体化学关系。根据这种关系，这种基团可以是异位的、同位的、对位的或非对位的。

一个化合物中的同位素基团是等价基团。如果两个基团A和B在与其他原子（如溴）互换时，分子保持不变（包括立体化学），而分子的其余部分保持固定，那么这两个基团就是同位的。同位素原子总是相同的，在任何环境下都是如此。同位素核磁共振活性核在核磁共振谱中具有相同的化学位移。例如，甲烷（CH4）的四个氢原子彼此同位，正如二氯甲烷（CH2Cl2）的两个氢或两个氯一样。

立体化学术语对映性是指分子中两个基团之间的关系，如果其中一个被替换，就会产生一个手性化合物。这种替换产生的两种可能的化合物将是对映体。例如，连接到丁烷中第二个碳的两个氢原子是对映体。将一个氢原子（蓝色）替换为溴原子，将产生(R)-2-溴丁烷。用一个溴原子替换另一个氢原子（红色）将产生对映体（S）-2-溴丁烷。除了在手性环境中，对映体的基团是相同的，无法区分的。例如，乙醇（CH3CH2OH）中的CH2氢通常是对映的，但如果与手性中心结合，例如通过转化为手性羧酸（如乳酸）的酯，或与手性金属中心配位，或与酶的活性部位相关，就可以使其不同（非对映），因为酶是由手性氨基酸构成的。事实上，在LADH酶的存在下，在乙醇氧化成乙醛的过程中，一个特定的氢从CH2基团中被移除，而在反向反应中，它被替换到相同的位置。手性环境不需要在光学上是纯的，就可以达到这种效果。对映基团在一个内部对称平面上是彼此的镜像。手性环境消除了这种对称性。核磁共振活性核的对映基团在核磁共振中也是无法区分的，并产生一个单一的信号。对映基团不需要连接到同一个原子上。例如，顺式-2,6-二甲基环己酮中与羰基相邻的两个氢原子是对映体；它们通过穿过羰基的内部对称面联系在一起，但在羰基的一侧或另一侧进行去质子化将产生对映体的化合物。同样，用氘取代其中一个或另一个将产生对映体。

立体化学术语非对映体指的是分子中两个基团之间的关系，如果被替换，将产生非对映体化合物。非对映基团通常是，但不一定是，在一个至少含有一个手性中心的分子中连接到同一个原子的相同基团。例如，(S)-2-溴丁烷中CH2分子的两个氢原子是非对映体。将一个氢原子（蓝色）替换为溴原子，将产生（2S,3R）-2,3-二溴丁烷。用溴原子替换另一个氢原子（红色）将产生非对映体（2S,3S）-2,3-二溴丁烷。在含有非对映体基团的手性分子中，例如在2-溴丁烷中，没有对映体或光学纯度的要求；无论其比例如何，每个对映体在被非对映体基团取代后都会产生对映体组（不过，正如2-溴丁烷中被溴取代的情况，严格来说，中间异构体没有对映体）。非对映基团在任何平面上都不是彼此的镜像。

在任何环境下，它们总是不同的，但可能无法区分。例如，盐酸苯丙氨酸乙酯（PhCH2CH(NH3+)COOCH2CH3Cl-）中的两对CH2氢都是非对映体，在DMSO-d6中都给出了一对不同的1H-NMR信号，但在类似的2-硝基丁酸乙酯（CH3CH2CH(NO2)COOCH2CH3）中，只有手性中心旁边的CH2组在CDCl3中用同一仪器给出其两个氢的不同信号。这样的信号通常是复杂的，因为化学位移的微小差异、重叠和宝石氢之间的额外强耦合。另一方面，ipsenol的两个CH3基团离手性中心有三个键，在300兆赫给出了单独的1H双峰，并在CDCl3中给出了单独的13C-NMR信号，但丙氨酸乙酯盐酸盐（CH3CH（NH3+）COOCH2CH3Cl-）中的非对位氢，也离手性中心有三个键，在CDCl3中显示了几乎无法区分的1H-NMR信号。