淺析同分異構(gòu)體的書寫與判斷

同分異構(gòu)體是中學(xué)有機(jī)化學(xué)部分最重要的概念之一，有關(guān)它的知識(shí)也貫穿于中學(xué)有機(jī)化學(xué)的始終。因此，分析、判斷、列舉、書寫同分異構(gòu)體也就成為有機(jī)化學(xué)的?？紵狳c(diǎn)，有關(guān)這一部分命題的核心是同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的書寫和其數(shù)目多少的判斷。下面筆者試從這兩個(gè)方面淺析其常用的解題思維方法、技巧和規(guī)律。

一、列舉同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

1.插入法。“插入法”是最常用也是最有效的書寫方法。該方法是根據(jù)在結(jié)構(gòu)上很多有機(jī)物可以看成官能團(tuán)取代了烴中的氫原子衍變而來進(jìn)行書寫，其思維過程可以歸納為十二個(gè)字：判類別→寫碳鏈→移位置→氫飽和。

第一步，判類別。已知分子式時(shí)常據(jù)通式判斷有機(jī)物類別，因此學(xué)生應(yīng)牢固掌握各類有機(jī)物的通式以及運(yùn)用不飽和度找出等價(jià)的官能團(tuán)；已知結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式時(shí)通過官能團(tuán)的等價(jià)轉(zhuǎn)換找出所有相當(dāng)?shù)墓倌軋F(tuán)以及組合。即第一步就是據(jù)已知的分子式或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式確定官能團(tuán)的種類和個(gè)數(shù)。

第二步，寫碳鏈。利用等位性不重不漏地寫出所有的碳鏈。等位性即等同位置，也就是處于鏡面對(duì)稱的位置的碳原子、同一碳原子上的甲基碳原子等同。碳鏈異構(gòu)書寫常采用“減鏈法”，其要點(diǎn)為：

（1）選擇最長的碳鏈為主鏈，找出中心對(duì)稱線。

（2）主鏈由長到短，支鏈由整到散，位置由心到邊，排布由對(duì)到鄰間。

第三步，移位置。按類別在所有的碳鏈結(jié)構(gòu)連接上相應(yīng)的官能團(tuán)，并據(jù)碳原子的對(duì)稱性移動(dòng)官能團(tuán)的位置。若有機(jī)物中不止一個(gè)官能團(tuán)，則可采取“定一移二”原則，即固定一個(gè)官能團(tuán)位置，移動(dòng)另一個(gè)官能團(tuán)位置即可。

第四步，氫飽和。最后將各碳原子按碳四價(jià)原理補(bǔ)足氫原子即可。

2.分配法。“插入法”書寫思路是先確定碳鏈，然后再添官能團(tuán)，可用于所有的有機(jī)物（也可用于書寫烴基的同分異構(gòu)體），最適合于官能團(tuán)在鏈端的有機(jī)物，如鹵代烴、醇、醛、酸等，對(duì)于這類有機(jī)物的同分異構(gòu)體，用“插入法”書寫的確很快捷?？墒菍?duì)于官能團(tuán)在鏈中的有機(jī)物的同分異構(gòu)體，書寫就不是很方便了，如烯、炔、酯、酮、醚等。對(duì)官能團(tuán)在鏈中的有機(jī)物可以反過來思考，即先確定官能團(tuán)，再將剩余的碳作為烴基分配在官能團(tuán)的兩邊，筆者將該方法稱之為“分配法”。具體來說就是先根據(jù)給定條件確定碳原子數(shù)，然后確定官能團(tuán)，剩余的碳原子作為烴基分配在兩邊，最后寫出各種組合并用氫原子補(bǔ)足碳的四價(jià)即可。

二、確定同分異構(gòu)體的數(shù)目

1.等效氫法。該法特別適用于烴的一元取代物種類數(shù)目的確定，如一鹵代烴、一元醇等。“等效氫法”實(shí)質(zhì)上就是看處于不同位置的氫原子的種類數(shù)，處于等同位置上的氫我們認(rèn)為是等同的，并稱之為“等效氫”。所以一般有幾種等效氫就有幾種取代位置，也就有幾種同分異構(gòu)體。因此其關(guān)鍵點(diǎn)就是正確判斷出是否是“等效氫”。對(duì)此筆者認(rèn)為只要抓住判斷“等效氫”的三條原則，其解題的正確率就會(huì)大大提高。

判斷“等效氫”的三條原則是：

①同一碳原子上的氫原子是等效的，如甲烷中的4個(gè)氫原子等同。

②同一碳原子上所連的甲基是等效的，如新戊烷中的4個(gè)甲基上的12個(gè)氫原子等同。

③處于對(duì)稱位置上的氫原子是等效的（相當(dāng)于平面成像時(shí)，物與像的關(guān)系），如乙烷中的6個(gè)氫原子等同，2，2，3，3—四甲基丁烷上的18個(gè)氫原子等同，苯環(huán)上的6個(gè)氫原子等同。

2.定一移二法。該法適用于烴的二元或多元取代物的同分異構(gòu)體的判斷。方法是首先根據(jù)對(duì)稱性判斷出等效氫，然后固定一個(gè)取代基的位置，找出被一個(gè)取代基取代的產(chǎn)物種類，接著再分析各種一取代物的對(duì)稱性，移動(dòng)另一取代基位置……直至全部取代基都代入，從而確定同分異構(gòu)體數(shù)目。

3.排列組合法。該法最適用于含多個(gè)不同官能團(tuán)的有機(jī)物?！芭帕薪M合法”實(shí)際上就是利用數(shù)學(xué)上排列組合的思想，將有機(jī)物從結(jié)構(gòu)上看作是多個(gè)不同的基團(tuán)互相連接而成。其解題思路是首先確定基團(tuán)等級(jí)即“端基”（一價(jià)基）和“非端基”（二價(jià)或三價(jià)或四價(jià)基），然后先構(gòu)建非端基組合成的異構(gòu)體，再把端基連在上述異構(gòu)體的不同位置得到相應(yīng)的異構(gòu)體，從而確定同分異構(gòu)體的數(shù)目。

4.代換法。該法適用于已知烴的a元取代物的種類數(shù)，求該烴的b元取代物的種類數(shù)這樣的試題。根據(jù)有機(jī)物結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性可知，對(duì)于烴C5H12，一元取代物異構(gòu)體種數(shù)與十一元取代物異構(gòu)體種數(shù)相同，二元取代物異構(gòu)體與十元取代物異構(gòu)體種數(shù)相同，依次類推，可以得出：只要a+b=12（即a與b之和必等于分子中氫原子總數(shù)），則a元取代物異構(gòu)體種數(shù)與b元取代物異構(gòu)體種數(shù)就必然相同。

總之，同分異構(gòu)體的題目雖然千變?nèi)f化，但萬變不離其宗，仍然是有規(guī)律可循的。只要學(xué)生能夠掌握以上解題思路、方法和技巧，書寫判斷時(shí)注意有序性和對(duì)稱性原則，那么同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷和書寫就會(huì)輕松自如。

（責(zé)任編輯 羅艷）