2024届高三化学一轮复习课件：模型认知——限定条件下同分异构体的书写

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探究点　限定条件下有机物同分异构体的书写
一、了解不饱和度与有机物结构、结构与性质等之间的关系
二、掌握限定条件下有机物同分异构体的书写步骤及方法(1)书写步骤(2)书写方法(以含苯环同分异构体书写为例)①“碎片”推测:依据分子式(不饱和度)信息、特殊结构信息、类别信息、化合物性质等推断官能团。②碳架构建:除“碎片”以外的碳原子,按碳架异构搭建。
③“碎片”组装:先在苯环上进行基团定位→再考虑取代基在苯环上的位置异构→最后考虑取代基的碳架异构、官能团在取代基中的位置异构、官能团类别异构。④方法选择:“端基碎片”的位置异构一般选择“等效氢”“定一移一”等方法;“非端基碎片”的位置异构一般选择“插入法”。a.端基碎片,指在有机物的结构简式中只能位于“末端”的碎片,主要包括卤素原子、硝基、氨基、羟基、羧基、醛基等。书写含有这些碎片的同分异构体时,可将其分子式变形为烃基和碎片两部分,如R—CHO、R—X等。它们的同分异构体则取决于烃基部分的异构体数目,如甲基1种,乙基1种,丙基2种,丁基4种。
b.非端基碎片,分为桥型、三叉型、十字型。桥型通常有酮羰基、酯基、酰胺基等;三叉型包括苯环的三取代、 、 ;十字型包括 等;桥型碎片通常采用插入法,其余均可采用烃基分配法确定。
例 在E( )的同分异构体中,同时满足下列条件的总数为　　　　种。 a)含有一个苯环和三个甲基;b)与饱和碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳;c)能发生银镜反应,不能发生水解反应。上述同分异构体经银镜反应后酸化,所得产物中,核磁共振氢谱显示有四组氢(氢原子数量比为6∶3∶2∶1)的结构简式为　 。 
变式题 (1)化合物I( )的同分异构体满足以下条件的 有　　　　种(不考虑立体异构); ⅰ.含苯环且苯环上只有一个取代基ⅱ.红外光谱无醚键吸收峰其中,苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子,且个数比为6∶2∶1的结构简式为    (任写一种)。
[解析]化合物I的分子式为C10H14O,计算可得不饱和度为4。化合物I的同分异构体分子中含有苯环,则其余C原子均为饱和碳原子;又由红外光谱无醚键吸收峰,可得苯环上的取代基中含1个羟基;分子中苯环上只含有1个取代基,则该取代基的结构为 、 、 、 (1、2、3、4均表示羟基的连接位置),即满足条件的化合物I的同分异构体共有12种。其中,苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子,且个数比为6∶2∶1的同分异构体应含有两个等效的甲基,则其结构简式为 或 。
变式题 (2)[化合物Ⅵ( )的芳香族同分异构体中,同时满足如下条件的有　　　　种,写出其中任意一种的结构简式:　　　　　　　　。 条件:a)能与NaHCO3反应;b)最多能与2倍物质的量的NaOH反应;c)能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应;d)核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子;e)不含手性碳原子(手性碳原子是指连有4个不同的原子或原子团的饱和碳原子)。
[解析]化合物Ⅵ的分子式为C10H12O4,其芳香族同分异构体满足条件:a)能与NaHCO3反应说明含有羧基;b)能与NaOH反应说明含有酚羟基或羧基或酯基,最多能与2倍物质的量的NaOH反应,说明除一个羧基外还含有酚羟基、羧基、酯基中的一个,由不饱和度可确定另一官能团为酚羟基;c)能与Na反应的官能团为醇羟基、酚羟基、羧基,能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应,说明一定含有醇羟基,综上该分子一定含有羧基、醇羟基和酚羟基;d)核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子,说明含有两个甲基取代基,并且高度对称;e)不含手性碳原子;据此可知共有三个取代基,分别是—OH、—COOH和 ,当—OH和—COOH处于邻位时, 有四种不同的取代位置,即
、 、 和 ;当—OH和—COOH处于间位时, 有四种不同的取代位置,即 、 、 和;当—OH与—COOH处于对位时, 有两种不同的取代位置,即和 ,综上分析,满足条件的同分异构体共有十种。
(1)与F( )中官能团的种类和数目完全相同的同分异构体有　　　　种(不含立体异构),其中核磁共振氢谱为4组峰,且峰面积之比为1∶2∶3∶4的是　 　　　(写结构简式)。 
[解析] F中含有2个羧基,与F中官能团的种类和数目完全相同的同分异构体有 、 、 、 、 、、 、,共8种。其中核磁共振氢谱为4组峰,且峰面积之比为1∶2∶3∶4的结构简式为。
(2)在G( )的同分异构体中,苯环上的一氯代物只有一种的共有　　　　种(不含立体异构),其中核磁共振氢谱显示两组峰的是　　　　　　　　　　　(写结构简式)。 
[解析] G的同分异构体中,苯环上的一氯代物只有一种,则有两种情况,一是苯环上有两个相同的对位取代基,可能为两个—CH2OH或—O—CH3: 、 ,共有2种同分异构体;二是苯环上有四个取代基,且是两个—OH和两个—CH3,先固定两个—OH的位置,有邻、间、对三种关系,再移动两个—CH3,共有6种结构:
、、 、 、、 ,故符合条件的总共有8种同分异构体;核磁共振氢谱显示两组峰,则苯环上可能有2个对位取代基,且是醚键,结构简式为。
2. (1)抗结肠炎药物有效成分的结构简式为 ,它的同分异构体中,符合下列条件的有　　　　种。 ①遇FeCl3溶液有显色反应②分子中甲基与苯环直接相连③苯环上共有三个取代基
[解析]遇FeCl3溶液有显色反应,说明含有酚羟基;分子中甲基与苯环直接相连,苯环上共有三个取代基,则三个取代基分别是硝基、甲基和酚羟基。如果硝基和甲基处于邻位,酚羟基有4种结构;如果硝基和甲基处于间位,酚羟基有4种结构;如果硝基和甲基处于对位,酚羟基有2种结构,所以符合条件的同分异构体有10种。
(2)写出 符合下列要求的同分异构体的结构简式:　。 ①苯环上只有两个取代基②能使溴的CCl4溶液褪色,且在酸性条件下能发生水解③核磁共振氢谱显示峰面积之比为1∶1∶2∶2∶2
[解析]能使溴的CCl4溶液褪色,说明含有碳碳双键,在酸性条件下能发生水解,说明含有酯基,核磁共振氢谱显示峰面积之比为1∶1∶2∶2∶2,苯环上只有两个取代基,符合上述条件的结构简式为 。
(3)D是化合物B(CH2 =CHCH2Br)的一种同分异构体,其核磁共振氢谱显示有两种不同化学环境的氢原子,且峰面积之比为4∶1,D的结构简式为　　　　　　　　。
[解析]核磁共振氢谱显示有两种不同化学环境的氢原子,且峰面积之比为4∶1,说明其结构高度对称,则D的结构简式为 。
3.X是 的同分异构体,其中核磁共振氢谱有5组峰且峰面积比为6∶2∶2∶1∶1的是    (写结构简式)。 ①含苯环且苯环上只有两个取代基; ②含醛基且与苯环直接相连; ③除苯环外不含其他环状结构。
[解析] X是 的同分异构体,分子式为C11H12O,满足题述条件,说明X中一个取代基为醛基,另一个取代基为含有4个碳原子的烃基,其中核磁共振氢谱有5组峰且峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的是 。
4.[写出同时满足下列条件的 的同分异构体的结构简式 :　　　　　　 　　(任写一种)。  ①分子中含有苯环结构; ②分子中有4种不同化学环境的氢原子; ③既能与FeCl3溶液发生显色反应,也能发生银镜反应。
[解析]根据结构简式 ,结合其限定条件,可确定其同分异构体中除苯环结构外,还有1个“—OH”和1个“—OOCH”或2个“—OH”和1个“—CHO”,并在苯环上形成对称结构,据此便可写出3种可能结构的同分异构体: 、 、 。
5. 写出3种同时符合下列条件的化合物A( )的同分异构体的结构简式(不包括立体异构体):　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ①分子中存在六元环;②不与钠反应;③1H-NMR显示只有4种不同化学环境的氢原子
、 、 、 、 (任写3种)
[解析]与A互为同分异构体,且满足以下条件:①分子中存在六元环;②不与钠反应;③1H-NMR显示只有4种不同化学环境的氢原子,则该同分异构体中不存在羟基,可能的同分异构体的结构简式见答案。
6.有机物M与D ( )互为同分异构体,同时满足下列条件的M的结构有　　　　种。写出其中任3种结构简式:　 。 a.能发生银镜反应,遇FeCl3溶液显紫色。b.结构中存在—NO2。c.核磁共振氢谱显示有4组峰,峰面积之比为1∶2∶2∶2。
、 、 、 、 、 、 (任写3种)
[解析]有机物D的分子式为C9H7O5N,有机物M是有机物D的同分异构体,根据已知条件:能发生银镜反应,遇FeCl3溶液显紫色,说明结构中含有醛基(或甲酸酯基)、酚羟基和苯环;核磁共振氢谱显示有4组峰,峰面积之比为1∶2∶2∶2,说明结构中有4种不同化学环境的H原子;结构中存在—NO2。则满足已知条件的同分异构体有7种,具体结构简式见答案。
7.C( )的一种同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式:　。 ①能与FeCl3溶液发生显色反应。②能发生水解反应,水解产物之一是α-氨基酸,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1且含苯环。
[解析]能与FeCl3溶液发生显色反应说明含有酚羟基,能发生水解反应,说明含有酯基或酰胺基,水解产物之一为α-氨基酸,则说明氨基和羧基连在同一个碳原子上,则只能含有酯基,另一个产物不同化学环境的H原子数目比为1∶1,说明该分子中取代基的基团是对称的。C中除苯环外的不饱和度为1,酯基的不饱和度也为1,酯基断开得羟基和羧基,原来苯环上必须连有酚酯基,由对称性知,水解所得有机物中三个酚羟基是对称的,剩余的原子刚好组成一个氨基酸分子,由此写出分子的结构简式为 。
8. 苯的二元取代物M是酮基布洛芬( )的同分异构体,则符合条件的M有　 种(不考虑立体异构); ①分子中含有两个苯环,且两个取代基均在苯环的对位;②遇FeCl3溶液显紫色;③能发生银镜反应;④1 ml M最多与3 ml NaOH反应。其中不能与溴水发生加成反应的同分异构体的结构简式为　。 
[解析]根据条件M中含有苯环的基团只能是 和 ,连接这两个基团的结构可以是—CH =CH—CH2—(2种)、 (2种)、(2种)、 、 、 、 ,则符合条件的M共有10种;其中不能与溴水发生加成反应的同分异构体中不含碳碳双键,结构简式见答案。
9. 化合物W的相对分子质量比化合物C( )大14,且满足下列条件的W的结构有　　　种。其中核磁共振氢谱中有5组峰,峰面积之比为2∶2∶2∶1∶1的结构简式为　。 ①遇FeCl3溶液显紫色　②属于芳香族化合物③能发生银镜反应