两种分子可以拥有相同的化学式，但性质却截然不同。乙醇和二甲醚的化学式都是C₂H₆O。乙醇是一种液体，溶于水后会使人醉酒。二甲醚是一种气体，用作推进剂。它们拥有相同的原子，但排列方式不同。它们是异构体。化学式告诉你分子中包含哪些元素，而分子结构则告诉你分子的功能。
异构体有多种类型。结构异构体的区别在于原子连接方式。丁烷和异丁烷就是结构异构体。立体异构体具有相同的连接方式，但空间排列不同。顺反异构体的区别在于双键或环周围的几何构型。对映异构体互为镜像，不能重叠，就像左手和右手一样。它们可能具有截然不同的生物学效应。沙利度胺就是一个经典的警示案例：一种对映异构体用于治疗妊娠反应，而另一种则会导致出生缺陷。
异构现象在药物设计中至关重要。药物必须具有合适的结构才能靶向其作用靶点。错误的异构体可能无效甚至有害。监管机构现在要求药物生产商对每种异构体进行单独的表征和测试。
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