【备战2023高考】化学总复习——专题讲座（十一）《同分异构体的书写与数目判断》讲义

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专题讲座（十一） 同分异构体的书写与数目判断目录第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆第三部分：典型例题剖析高频考点1 考查同分异构体的辨识高频考点2 考查有机物同分异构体数目的判断高频考点3 考查限定条件的同分异构体的书写和数目的判断正文第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆知识点一、同分异构现象的分类1、无机物与无机物间的异构现象（1）氰酸（H－O－C≡N）与异氰酸（俗名雷酸，其结构为H－N＝C＝O）以及同一金属的氰酸盐与异氰酸（雷酸）盐如氰酸银与雷酸银互为同分异构体。（2）二氯二氨合铂[Pt(NH3) 2Cl2]有两种构造异构体，顺铂异构体具有抗癌活性，反铂异构体没有抗癌活性：顺式        反式2、无机物和有机物间的异构现象无机物氰酸铵[NH4CNO]与有机物尿素[CO(NH2)2]互为同分异构体。3、有机物与有机物间的异构现象——中学阶段涉及的常见有机同分异构体：1）碳链异构：是指具有相同的分子式，但碳原子在分子中的排列方式不同而产生的异构。　 2）位置(官能团位置)异构：具有相同分子式但取代基或官能团在分子的碳链或碳环上的位置不同而产生的异构称为位置异构。3）类别异构(又称官能团异构)：类别异构的常见情况有：（1）CnH2n：(n≥3)烯烃和环烷烃；（2）CnH2n－2：(n≥3)二烯烃和炔烃；（3）CnH2n＋2O：(n≥2)饱和一元醇和饱和一元醚；（4）CnH2nO：(n≥2)饱和一元醛、烯醇和环氧烷；(n≥3)饱和一元酮；（5）CnH2nO2：(n≥2)饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱和一元醇酯、羟基醛；（6）CnH2n＋1O2N：(n≥2)氨基酸、硝基化合物；（7）CnH2n－6O：(n≥7)酚、芳香醇和芳香醚。（8）C6H12O6：葡萄糖和果糖；（9）C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；注：巧用不饱和度记住常见有机物的官能团异构1）不饱和度(1)概念：不饱和度又称缺氢指数，即有机物分子中的氢原子与和它碳原子数相等的链状烷烃相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用Ω表示(2)有机化合物(CxHyOz)分子不饱和度的计算公式为：【微点拨】在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧原子，则不予考虑；若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数(3)几种常见结构的不饱和度官能团或结构C==CC==O环CC苯环不饱和度111242）常见有机物的官能团异构通式不饱和度常见类别异构体CnH2n+20无类别异构体CnH2n1单烯烃、环烷烃CnH2n－22单炔烃、二烯烃、环烯烃、二环烃CnH2n＋2O0饱和一元醇、饱和一元醚CnH2nO1饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇、烯醚、环醇、环醚CnH2nO21饱和一元羧酸、饱和一元酯、羟醛、羟酮CnH2n＋1O2N1氨基酸、硝基烷4）顺反异构：含有双键（如，，等）的化合物存在顺反异构。知识点二、同分异构体的书写步骤1．烷烃只存在碳架异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写，具体步骤如下(以C6H14为例)：(1)确定碳架①先写直链：C—C—C—C—C—C。②减少一个碳原子，将其作为支链，由中间向一端移动：、。③减少2个碳原子，将其作为一个或两个支链并移动位置；2个支链时，可先连在同一个碳上，再连在相邻、相间的碳原子上。、。从主链上取下来的碳原子数，不能多于主链所剩部分的碳原子数。(2)补写氢原子：根据碳原子形成4个共价键，补写各碳原子所结合的氢原子。则C6H14共有5种同分异构体。2．烯烃同分异构体的书写(限单烯烃范围内)书写方法：先链后位，即先写出可能的碳链方式，再加上含有的官能团位置。下面以C4H8为例说明。(1)碳架异构：C—C—C—C、。(2)位置异构：用箭头表示双键的位置，即。故C4H8在单烯烃范围内的同分异构体共有3种。3．烃的含氧衍生物同分异构体的书写书写方法：一般按碳架异构→位置异构→官能团异构的顺序来书写。下面以C5H12O为例说明。(1)碳架异构：5个碳原子的碳链有3种连接方式。C—C—C—C—C　　(2)位置异构：对于醇类，在碳链各碳原子上连接羟基，用“↓”表示连接的不同位置。(3)官能团异构：通式为CnH2n＋2O的有机物在中学阶段只能是醇或醚，对于醚类，位置异构是因氧元素的位置不同而导致的。分析知分子式为C5H12O的有机物共有8种醇和6种醚，总共14种同分异构体。4、含苯环的同分异构体的书写技巧A.苯环上有两个取代基时：①先确定好“对称轴”，再“定一移一”。（这个属于“位置异构”，注意苯环上的“邻、对、间”。②接着再进行官能团异构：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它们在苯环上会被分为-OH（羟基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚键），-CO-（羰基），但要记住前提是分子式相同。B.苯环上有三个取代基时：①先确定好“对称轴”，再“定二移一”。（这个属于“位置异构”，注意苯环上的“邻、对、间”。②接着再进行官能团异构：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它们在苯环上会被分为-OH（羟基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚键），-CO-（羰基），但要记住前提是分子式相同。知识点三、同分异构体数目的判断方法1．等效氢法，适用于一卤代物、醇的找法单官能团有机物分子可以看作烃分子中一个氢原子被其他的原子或官能团取代的产物，确定其同分异构体数目时，实质上是看处于不同位置的氢原子的数目，可用“等效氢法”判断。1）判断“等效氢”的三原则是：(1)同一碳原子上的氢原子是等效的，如CH4中的4个氢原子等效。(2)同一碳原子上所连的甲基上的氢原子是等效的，如C(CH3)4中的4个甲基上的12个氢原子等效。(3)处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等效，乙烯分子中的4个氢原子等效，苯分子中的6个氢原子等效，CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3上的18个氢原子等效。2）应用(1)一卤代烃：看作是氯原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H11Cl”为例            (2)醇：看作是—OH原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H12O”为例                          2、变键法：即将有机物中某个位置化学键进行变化得到新的有机物，适用于烯烃、炔烃、醛和羧酸(1)烯烃：单键变双键，要求相邻的两个碳上至少各有1个氢原子，以“C5H10”为例箭头指的是将单键变成双键新戊烷中间碳原子上无氢原子，不能变成双键(2)炔烃：单键变三键，要求相邻的两个碳上至少各有2个氢原子，以“C5H8”为例箭头指的是将单键变成三键异戊烷第2个碳原子只有1个氢原子，两边单键不能变成三键新戊烷中间碳原子上无氢原子，不能变成三键(3)醛：醛基属于端位基，将烃分子中链端的甲基变成醛基，以“C5H10O”为例箭头指向是指将链端甲基变成醛基，数甲基个数即可(4)羧酸：羧基属于端位基，将烃分子中链端的甲基变成羧基，以“C5H10O2”为例箭头指向是指将链端甲基变成羧基，数甲基个数即可3、插键法：在有机物结构式中的某个化学键的位置插入原子而得到新的有机物的结构，适用于醚和酯(1)醚：醚键可以理解为在C—C单键之间插入氧原子，以“C5H12O”为例箭头指向是指在C—C单键之间插入氧原子(2)酯：酯可以理解在左、右两边插入氧原子，可以先找出酮，再插入氧，以“C5H10O2”为例若在链端，注意只能在一边插入氧原子，另外要注意对称性，此法对含苯环类的非常有效4．烃基取代法(1)记住常见烃基的结构：丙基有2种结构，丁基有4种结构，戊基有8种结构。(2)将有机物分子拆分为烃基和官能团两部分，根据烃基同分异构体的数目，确定目标分子的数目，如C4H10O属于醇的可改写为C4H9—OH，共有4种结构，C5H10O属于醛的可改写为C4H9—CHO，共有4种结构。5、多官能团同分异构体(1)同种官能团：定一移一，以“C3H6Cl2”为例先找一氯代物，再利用等效氢法，再用氯原子取代一氯代物上的氢原子CH3CH2CH3的二氯代物数目：第1步固定1个Cl原子有2种：①，②。第2步固定第2个氯原子：①有3种，②有2种，其中①b和②d重复，故CH3CH2CH3的二氯代物有4种。 (2)不同种官能团：变键优先，取代最后，以“羟基醛(C5H10O2)”为例先找戊醛，再用羟基取代氢原子6．换元法若烃中含有a个氢原子，则其n元取代物和(a－n)元取代物的同分异构体数目相同。如：二氯苯C6H4Cl2有3种同分异构体：、、，用H代替Cl，用Cl代替H，则四氯苯也有3种同分异构体。7、组合法：饱和一元酯R1COOR2，R1—有m种，R2—有n种，共有m×n种酯。8、强化记忆常见同分异构体的数目（1)烷烃烷烃甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷癸烷个数111235975注：还可用公式计算碳原子数小于10的烷烃同分异构体的数目：按C=2n-8+2n-4+1（n为烷烃碳原子数目）计算结果取整数即为烷烃同分异构体的数目，如庚烷中n=7,C=27-8+27-4+1=9.5，整数为9，故庚烷的同分异构体数目为9；又如辛烷中n=8,C=28-8+28-4+1=18，整数为18，故庚烷的同分异构体数目为18；依此类推，可计算出壬烷的同分异构体数目为35。(2)烷基烷基甲基乙基丙基丁基戊基个数11248(3)含苯环同分异构体数目确定技巧①若苯环上连有2个取代基，其结构有邻、间、对3种②若苯环上连有3个相同的取代基，其结构有3种③若苯环上的三个取代基有两个相同时，其结构有6种④若苯环上的三个取代基都不同时，其结构有10种(4)C4H10的二氯代物有9种；(5)C3H8的一氯一溴二元取代物有5种；知识点四、限定条件的同分异构体的书写和数目判断1、限定的可能条件①酸（-COOH、-OH（酚羟基））。②能发生银镜反应的官能团：含醛基的有机物,例如甲醛HCHO,乙醛CH3CHO。③能发生水解反应的官能团：酯类物质,水解生成对应的醇和羧酸；肽键水解成氨基酸，卤代烃水解生成醇。④使溴水发生沉淀的或能使FeCl3变色的官能团：酚羟基（-OH）。⑤能使高锰酸钾（KMnO4）溶液或溴水褪色的：碳碳双键或碳碳三键。⑥水解产物含有α氨基酸的（H2N-CH2-COOH)。⑦与Na2CO3反应放出CO2：含羧基的有机物（-COOH）。⑧能与NaOH溶液反应：含-OH（酚羟基）、-COOH、-COO-、-X等。⑧核磁共振的氢谱的峰数（有几种峰就有几种氢原子，先确定对称轴）或峰面积（峰面积即是氢原子的数目。）2、限定条件的同分异构体书写和数目判断技巧(1)确定碎片：明确书写什么物质的同分异构体，该物质的组成情况怎么样？解读限制条件，从性质联想结构，将物质分裂成一个个碎片，碎片可以是官能团，也可是烃基(尤其是官能团之外的饱和碳原子)(2)组装分子：要关注分子的结构特点，包括几何特征和化学特征。几何特征是指所组装的分子是空间结构还是平面结构，有无对称性。化学特征包括等效氢(3)解题思路例：确定(邻甲基苯甲酸)符合下列要求的同分异构体的种类       。①属于芳香化合物②能与银氨溶液反应产生光亮的银镜③能与NaOH溶液反应解析：第一步：确定有机物的类别，找出该有机物常见的类别异构体 (可以结合不饱和度)。技巧：原题有机物属于羧酸类，与羟基醛、酯互为类别异构体第二步：结合类别异构体和已知限定条件确定基团和官能团(核心步骤) 与银氨溶液与NaOH溶液备注注意细节乃做题制胜法宝羧酸×√ 羟基醛√苯酚  √醇羟基与NaOH溶液不反应，但酚羟基可以酯甲酸酯√√酯与银氨溶液不反应，但甲酸酯可以综上所述，符合本题条件的有两大类：①羟基醛[(酚)—OH，—CHO]；②甲酸酯(—OOCH)第三步：按类别去找，方便快捷不出错①若为羟基醛[(酚)—OH，—CHO]，则还剩余一个碳原子，分两种情况讨论若本环有有两个侧链，此时—CH2—只能和醛基一起，有邻、间、对3种若本环有有三个侧链，则为—OH，—CHO、—CH3，苯环连接三个不同的取代基总共有10种②若为甲酸酯(—OOCH)：则用—OOCH取代甲苯上的氢原子，总共4种第四步：总共17种   第三部分：典型例题剖析高频考点1  考查同分异构体的辨识例1.（2022·全国·高三专题练习）下列物质中不互为同分异构体的是A．葡萄糖和果糖 B．蔗糖和麦芽糖 C．淀粉和纤维素 D．乙醇和二甲醚【解析】A．葡萄糖和果糖分子式相同，结构不同，互为同分异构体，故A不符合题意；B．蔗糖和麦芽糖分子式相同，结构不同，互为同分异构体，故B不符合题意；C．淀粉和纤维素是多糖，二者的分子式均可表示为(C6H10O5)n，但n值不同，二者不互为同分异构体，故C符合题意；D．乙醇和二甲醚分子式相同，结构不同，互为同分异构体，故D不符合题意，故选C。【答案】C【名师归纳】辨识有机物间是否是同分异构体是高考选择题中的热点，同分异构体的概念同分异构体是指分子式相同而结构式不同的物质之间的互称,关键要把握好以下两点: 一看分子式是否相同；二看结构式是否不同。【变式训练】（2022·全国·高三专题练习）某有机物的结构简式为，与其互为同分异构体的是A．                     B． C． D．【分析】分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体，据此解答。【解析】结构简式为的分子式为C8H8O2。则A．的分子式为C7H6O2，A错误；B．的分子式为C8H16O2，B错误；C．的分子式为C8H6O3，C错误；D．的分子式为C8H8O2，D正确。答案选D。【答案】D高频考点2  考查有机物同分异构体数目的判断例2．（2021·陕西宝鸡市·高三模拟）有机物X的结构简式是,能用该结构简式表示的X的同分异构体共有不考虑立体异构)A．4种 B．6种 C．9种 D．10种【解析】丙基有2种结构：-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2，-C3H6Cl的碳链为：，氯原子分别在1号、2号、3号碳上(与1号重复），共有2种，氯原子在1号碳上，苯环可在1号碳、2号或3号碳上，有3种结构；氯原子在2号碳上，苯环可在2号或3号碳上，有2种结构，总共5种，所以该有机物共有2×5=10种；答案选D。【答案】D【方法点拨】本题先采用定一移一法确定-C3H6Cl的同分异构体的数目，再根据丙基2种。利用组合法确定有机物X的同分异构体的数目2×5=10种；【变式训练】（2022·全国·高三专题练习）分子式为C9H18O2的有机物A，在硫酸存在下与水反应生成B、C两种物质，C经一系列氧化最终可转化为B的同类物质，又知等质量的B、C的蒸气在同温同压下所占体积相同，则A的酯类同分异构体共有(包括A)A．8种 B．12种 C．16种 D．18种【解析】有机物A的分子式为C9H18O2，在酸性条件下A水解为B和C两种有机物，则有机物A为酯；由于等质量的B、C的蒸气在同温同压下所占体积相同，说明B和C的相对分子质量相同，因此水解生成的羧酸比醇少一个C原子，则水解后生成的羧酸含有4个C原子，而生成的醇含有5个C原子；C经一系列氧化最终可转化为B的同类物质，则B为含4个C原子的羧酸，C为含5个C原子的醇；含有4个C原子的羧酸B有2种同分异构体：CH3CH2CH2COOH、CH3CH(CH3)COOH；C经一系列氧化最终生成羧酸，则C含有—CH2OH结构，符合题意的含5个C原子的醇C有4种同分异构体：CH3CH2CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(CH3)CH2OH、CH3CH(CH3)CH2CH2OH、CH3C(CH3)2CH2OH；所以有机物A的同分异构体数目有2×4=8种；答案选A。【答案】A高频考点3 考查限定条件的同分异构体的书写和数目的判断例3.（2021·全国·高三专题练习）化合物B()的同分异构体中能同时满足下列条件的有a.含苯环的醛、酮b.不含过氧键(—O—O—)c.核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1A．2个 B．3个 C．4个 D．5个【解析】化合物B为，同分异构体中能同时满足下列条件：a含苯环的醛、酮；b.不含过氧键()；c.核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1，说明为醛或酮，而且含有甲基，根据要求可以写出：，，，，故有4种，故C符合题意。答案选C。【答案】C【限定条件和同分异构体书写技巧】(1)确定碎片：明确书写什么物质的同分异构体，该物质的组成情况怎么样？解读限制条件，从性质联想结构，将物质分裂成一个个碎片，碎片可以是官能团，也可是烃基(尤其是官能团之外的饱和碳原子)(2)组装分子：要关注分子的结构特点，包括几何特征和化学特征。几何特征是指所组装的分子是空间结构还是平面结构，有无对称性；化学特征包括等效氢。【变式训练】（2021·全国·高三专题练习）某芳香族化合物甲的分子式为C10H11ClO2，已知苯环上只有两个取代基，其中一个取代基为—Cl，甲能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出二氧化碳，则满足上述条件的有机物甲的同分异构体数目有（             ）A．15种 B．12种 C．9种 D．5种【解析】甲能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出二氧化碳，说明含有羧基；苯环上只有两个取代基，其中一个取代基为-Cl，根据分子式C10H11ClO2确定另一个取代基为-C4H7O2，取代基-C4H7O2含有羧基的同分异构体有：，，，和共有5种，取代基-C4H7O2与取代基-Cl有邻、间、对三种情况，则满足条件的同分异构体的数目为5×3=15。故答案为：A。【答案】A