“殘基思想”—推導(dǎo)有限定條件同分異構(gòu)體的一種有效策略

姜 偉

（會(huì)寧縣第五中學(xué) 甘肅 會(huì)寧 730700）

有機(jī)物同分異構(gòu)體的推導(dǎo)與判斷，是高中有機(jī)化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是高考命題的熱點(diǎn)之一，分析、判斷同分異構(gòu)體是考查學(xué)生空間想象能力和思考問題的嚴(yán)密性，以及結(jié)構(gòu)式書寫能力的重要手段。如何準(zhǔn)確、快速地書寫有限定條件的同分異構(gòu)體呢？筆者結(jié)合收集的資料和長(zhǎng)期從事高中化學(xué)教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過分析整理、教學(xué)嘗試，得到一種快速書寫有限定條件同分異構(gòu)體的方法—“殘基思想”，供同行教學(xué)時(shí)參考。該法與通常方法比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：①方法單一，便于掌握和應(yīng)用；②能快速、準(zhǔn)確的寫出同分異構(gòu)體的種數(shù)，不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)和遺漏。當(dāng)然，要掌握和應(yīng)用好殘基思想，首先必須熟練掌握烷烴和芳香烴的同分異構(gòu)體的書寫。

一、不飽和度

不飽和度是有機(jī)物分子不飽和程度的量化指標(biāo)，用希臘字母Ω表示［1］。有機(jī)物中的氫原子數(shù)與飽和鏈烴中的氫原子數(shù)相比，每少兩個(gè)氫原子就增加一個(gè)不飽和度［2］。其不飽和度的計(jì)算公式為［3］：Ω＝碳原子數(shù)+1-氫原子數(shù)÷2。若含鹵素原子，則將其視為氫原子，若含氧原子，則不考慮［4］；若含氮原子，則在氫原子總數(shù)中減去氮原子數(shù)［5］。例如，分子式為 C6H5NO2，其 Ω＝6+1-（5-1）÷2=5，幾種常見官能團(tuán)的不飽和度詳見表1。

表1 幾種常見官能團(tuán)的不飽和度

二、何為“殘基思想”

運(yùn)用“殘基思想”書寫有限定條件同分異構(gòu)體的步驟：第一步，根據(jù)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式寫出其分子式，再根據(jù)分子式求算有機(jī)物的不飽和度（Ω）；第二步，根據(jù)不飽和度和限定條件從分子式中拆出母體，剩余部分即為“殘基”；第三步、通過取代基的通式（各類物質(zhì)通式的基礎(chǔ)上減去一個(gè)H原子）判斷“殘基”的類別，把符合限定條件的“殘基”作為支鏈連在母體上；第四步，再考慮此“殘基”能否拆分成符合限定條件的更多支鏈，然后將符合限定條件的“殘基”連在母體上并考慮他們?cè)谀阁w上的位置排序。按此步驟書寫有限定條件的同分異構(gòu)體，方便快捷，不會(huì)遺漏、不會(huì)重復(fù)、不會(huì)造成書寫混亂。具體應(yīng)用舉例如下。

三、“殘基思想”的應(yīng)用

第二步，根據(jù)不飽和度和限定條件知母體為苯環(huán)，當(dāng)苯環(huán)上有一個(gè)取代基時(shí)，“殘基”為—CH3O，符合醇和醚的通式，符合醇的“殘基”為—CH2OH，符合醚的“殘基”為—OCH3，把它們連在母體上得到的同分異構(gòu)體分別為：

第三步，當(dāng)苯環(huán)上有兩個(gè)取代基時(shí)，“殘基”為—CH4O，可進(jìn)一步拆分為—CH3和—OH，把—CH3和—OH連在母體苯環(huán)上得到的同分異構(gòu)體分別為：

①含有苯環(huán)；②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，不能發(fā)生水解反應(yīng)；③在稀NaOH溶液中，1mol該同分異構(gòu)體能與2mol NaOH發(fā)生反應(yīng)；④只能生成兩種一氯取代產(chǎn)物。

［解析］第一步，由信息所提供的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式知分子式為 C7H6O3，其 Ω＝7+1-6÷2＝5。

第二步，根據(jù)不飽和度和限定條件知母體為三元取代苯環(huán)，“殘基”為—CH3O3；由限定條件②知該有機(jī)物含有醛基（—CHO），不含甲酸酯基（HCOO—），故此時(shí)可把“殘基”—CH3O3進(jìn)一步拆分為—CHO和—O2H2；結(jié)合限定條件③可把 “殘基”—O2H2進(jìn)一步拆分為兩個(gè)—OH；由限定條件④知，有機(jī)物結(jié)構(gòu)對(duì)稱。

綜合前述，符合以上四個(gè)條件的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為：

①能發(fā)生銀鏡反應(yīng)；②含苯環(huán)且苯環(huán)上只有兩種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。

［解析］第一步，由信息所提供的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式知分子式為 C8H8O2，其 Ω＝8+1-8÷2＝5。

第二步，根據(jù)不飽和度和限定條件②知母體為對(duì)位二元取代苯環(huán)，“殘基”為—C2H4O2；由限定條件①可把“殘基”—C2H4O2進(jìn)一步拆分為—CHO和—CH3O；“殘基”—CH3O符合醇和醚的通式，符合醇的 “殘基”為—CH2OH，符合醚的“殘基”為—OCH3，把它們連在母體上得到的同分異構(gòu)體分別為：。

第三步，對(duì)“殘基”—CH3O還可進(jìn)一步拆分為一個(gè)—OH和一個(gè)—CH2—，或一個(gè)—CH3和一個(gè)—O—；最后跟母體組合得到的同分異構(gòu)體分別為：

【例 4】［2012 年上海市奉賢區(qū)一模—十（55）］菲那西?。ǎ┯卸喾N同分異構(gòu)體，符合下列條件的同分異構(gòu)體共有_______種。

①含有苯環(huán)且苯環(huán)上有對(duì)位的兩個(gè)取代基；②苯環(huán)上含有氨基；③能水解，水解產(chǎn)物能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。

［解析］第一步，由信息所提供的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式知分子式為 C10H13NO2，其 Ω＝10+1-（13-1）÷2＝5。

第二步，根據(jù)不飽和度和限定條件①知母體為對(duì)位二元取代苯環(huán)，“殘基”為—C4H9NO2；由限定條件②可把“殘基”—C4H9NO2進(jìn)一步拆分為一個(gè)氨基—NH2和—C4H7O2；由限定條件③知該有機(jī)物含有甲酸酯基（HCOO—），故此時(shí)可把“殘基”—C4H7O2進(jìn)一步拆分為一個(gè)HCOO—和—C3H6—，最后跟母體組合得到的同分異構(gòu)體分別為：

有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫是一個(gè)技巧性很強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)過程中具有一定的難度，因此通過總結(jié)和探索其解答方法，并在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮作用，是一個(gè)有意義的教學(xué)研究命題。應(yīng)用“殘基思想”快速解決有限定條件同分異構(gòu)體的書寫方法，有利于學(xué)生抽象思維和綜合運(yùn)用知識(shí)能力的培養(yǎng)，在教學(xué)實(shí)踐中也取得了良好的效果。

［1］ 談克鈺.不飽和度的確定和應(yīng)用［J］.甘肅教育，2008，（10）：50～51

［2］ 施林妹.不飽和度在中專有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用［J］.中等林業(yè)教育，2000，（2）：22

［3］ 魏海霞，陳迪姝.不飽和度在有機(jī)化學(xué)解題中的妙用［J］.化學(xué)教學(xué)，2010，（5）：6～9

［4］ 丁敬敏，丁漪.有機(jī)化合物分子不飽和度的計(jì)算［J］.化學(xué)教育，1998，（1）：38～41

［5］ 楊海萍.不飽和度及其應(yīng)用［J］.商情，2010，（4）：82