同分異構(gòu)體限定條件的解讀與應(yīng)用

夏時(shí)君+++吳孫富

摘要：限定條件同分異構(gòu)體的書寫是近年化學(xué)高考的熱點(diǎn)，同分異構(gòu)體的限定條件可從性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、數(shù)量三個(gè)方面進(jìn)行解讀。在正確解讀同分異構(gòu)體限定條件的前提下，可根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及有關(guān)數(shù)量間的相關(guān)性和匹配性，先確定同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)中的重要基團(tuán)，然后將這些基團(tuán)進(jìn)行合理組裝即可得出符合題意的同分異構(gòu)體。

關(guān)鍵詞：同分異構(gòu)體；分子結(jié)構(gòu)；有機(jī)化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1005 - 6629（2015）5 - 0082 - 05

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

限定條件同分異構(gòu)體的書寫既可以考查學(xué)生對(duì)有機(jī)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的熟練程度，又可考查學(xué)生的空間想象能力以及對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的判斷處理能力，成了近年的高考熱點(diǎn)和教研熱點(diǎn)。黃愛民、徐文華、朱建兵等老師對(duì)書寫同分異構(gòu)體的限定條件進(jìn)行了歸類分析，指出了書寫限定條件同分異構(gòu)體的重要意義，舉例說明了書寫限定條件同分異構(gòu)體的教學(xué)策略[1、2、3]。筆者將從性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及有關(guān)數(shù)量三個(gè)角度來解瀆有關(guān)限定條件的信息含義，舉例說明書寫同分異構(gòu)體的基本步驟和方法。希望對(duì)提高學(xué)生閱讀理解、吸收、整合、應(yīng)用化學(xué)信息的能力起到有益的作用。

1 從性質(zhì)角度解讀限定信息，書寫同分異構(gòu)體

限定條件同分異構(gòu)考查突顯同分異構(gòu)考查的化學(xué)味，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)思維和方法的多元化。利用性質(zhì)信息與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的相關(guān)性和匹配性，通過性質(zhì)信息推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)碎片，繼而形成有機(jī)物結(jié)構(gòu)。在性質(zhì)信息解讀時(shí)要求從官能團(tuán)性質(zhì)的共性和特性人手，縮小范圍，比較分析、從多個(gè)層面綜合反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。常見的性質(zhì)信息表征為：典型反應(yīng)、特殊反應(yīng)和反應(yīng)類型等形式，解讀如表1。

案例1（2014年重慶卷）

的同分

異構(gòu)體L有如下特征：①遇FeCl3溶液顯色，②與足量飽和溴水反應(yīng)未見白色沉淀產(chǎn)生，③與NaOH的乙醇溶液共熱反應(yīng)，試寫出L在反應(yīng)③所得有機(jī)物的可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為

。（只寫一種）

解析：第一步，列出苯環(huán)側(cè)鏈的重要參數(shù)：Ω=0（Ω為不飽和度，下同），N（C）=2（N為原子個(gè)數(shù)，下同），N（O）=1，N（Cl）=3。第二步，解瀆限定信息，找出對(duì)應(yīng)基團(tuán)。①說明有酚羥基；②說明酚羥基的鄰位對(duì)位都有取代基；③說明Cl相連碳原子的鄰位碳上存在β-H。第三步，應(yīng)用拼接、插入和換位等方法，組裝新物質(zhì)。答案L可能是：

2 從結(jié)構(gòu)角度解讀限定信息，書寫同分異構(gòu)體

有機(jī)限定條件除了關(guān)注性質(zhì)信息外，結(jié)構(gòu)信息出現(xiàn)的頻率也很高。結(jié)構(gòu)信息包括：幾何構(gòu)型、結(jié)構(gòu)對(duì)稱、連接順序和相對(duì)位置等。常見具體表征形式主要包括：類屬信息、同分異構(gòu)信息及核磁共振氫譜信息。

2.1 有機(jī)類屬信息解讀

限定條件中的類屬信息有：有機(jī)類屬、支鏈類型、數(shù)目位置等。其一般限定考查范圍、強(qiáng)調(diào)信息解讀、追求思維的有序性、有限性和有效性。解讀如表2。

2.2 同分異構(gòu)信息解讀

有機(jī)限定條件信息常存在同分異構(gòu)信息，如苯環(huán)上的一鹵代物有多種，從本質(zhì)上來看，其反映有機(jī)結(jié)構(gòu)中等效氫的相關(guān)信息。解瀆時(shí)首先要關(guān)注研究范圍，如鹵代發(fā)生的限定位置可能在苯環(huán)、苯環(huán)的側(cè)鏈或其他部位；其次要關(guān)注有機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和側(cè)鏈數(shù)目。如芳香化合物中苯環(huán)上一溴代物數(shù)量少時(shí)，則有可能是結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱，苯環(huán)上氫多為等效；或苯環(huán)上取代基數(shù)目多，導(dǎo)致能取代的氫原子數(shù)目少。解讀有序過程為：①側(cè)鏈取代基數(shù)目由少到多，側(cè)鏈碳鏈由長(zhǎng)到短，由整到散，由中到邊。②側(cè)鏈取代基類型分相同和不同兩種情況。③對(duì)比苯環(huán)上剩余氫原子數(shù)與一氯代物同分異構(gòu)數(shù)目，推測(cè)有機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。如二取代物中一溴代物只有一種的情況，由于苯環(huán)上只有4個(gè)氫，說明4個(gè)氫都是等效的，要求苯環(huán)必須要有2個(gè)面對(duì)稱，并且要求側(cè)鏈二取代基相同。④結(jié)合結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，變換側(cè)鏈取代基位置關(guān)系，如二取代基有鄰、間、對(duì)位置關(guān)系；三取代基有鄰、偏、均位置關(guān)系等。解瀆如表3。

案例3（2014年浙江卷）寫出同時(shí)符合下列條件的B（H3CH2C- -NO2）的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式_____________。①分子中含有羧基；②'H-NMR譜顯示分子中含有苯環(huán)，且苯環(huán)上有兩種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。

解析：第一步，列出苯環(huán)側(cè)鏈的重要參數(shù)：Ω=1，N（C）=2，N（O）=2，N（N）=l。第二步，解瀆限定信息，找出對(duì)應(yīng)基團(tuán)。①說明含有-COOH；②如何解讀苯環(huán)上只有2種氫原子，這是關(guān)鍵。若苯環(huán)有二個(gè)不同側(cè)鏈，則兩個(gè)基團(tuán)必須處于對(duì)位，對(duì)位基團(tuán)為-NH2和-CH2COOH，或是-CH2NH2和-COOH。若有三個(gè)側(cè)鏈，則必有兩個(gè)相同側(cè)鏈處于對(duì)稱位置，顯然不存在。若有4個(gè)取代基，必然要求結(jié)構(gòu)不能有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，顯然也不存在。第三步，應(yīng)用拼接、換位等方法組裝新物質(zhì)。答案為：

H2N-

-CH2COOH H2NH2C- -COOH.

2.3 核磁共振氫譜的信息解讀

限定條件中核磁共振氫譜重點(diǎn)關(guān)注氫原子的種類和數(shù)量與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。核磁共振氫譜有幾個(gè)峰，說明結(jié)構(gòu)中有幾種H原子（即等效氫），具體表現(xiàn)于氫原子連比的個(gè)數(shù)；峰面積之比代表各種對(duì)應(yīng)H原子個(gè)數(shù)比（即連比數(shù)值）。解瀆核磁共振氫譜信息時(shí)，在了解H總數(shù)條件下，關(guān)注連比數(shù)和連比值滲透出有機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和所含基團(tuán)信息。核磁共振氫譜信息解瀆如表4。

案例4（2014年全國(guó)課標(biāo)I卷）化合物F（H2N- -CH2CH3）的同分異構(gòu)體中含有苯環(huán)的還有多種，其中核磁共振氫譜中有4組峰，且面積比為6：2：2：1的是_________（寫出其中一種的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）。

解析：第一步，列出 F苯環(huán)側(cè)鏈的重要參數(shù)：Ω=0，N（C）=2，N（N）=1。第二步，解瀆限定信息，找出對(duì)應(yīng)基團(tuán)。同分異構(gòu)中N（H）=11，核磁共振氫譜峰面積之比6：2：2：1，可判斷4種H個(gè)數(shù)分別為6個(gè)、2個(gè)、2個(gè)、1個(gè)。其中6個(gè)相同的H可能是2個(gè)-CH3處于對(duì)稱位置，或2個(gè)-CH3與同一個(gè)原子相連。2個(gè)H可能源于-CH2-或處于對(duì)稱位置上的2個(gè)H。第三步，組裝結(jié)構(gòu)，形成有機(jī)物。答案為：

3 從定量角度解讀限定信息，書寫同分異構(gòu)體

有機(jī)化學(xué)方程式是有機(jī)化學(xué)的“語言”，有機(jī)化學(xué)方程式用結(jié)構(gòu)式和反應(yīng)條件來表示有機(jī)物之間的物質(zhì)變化和數(shù)量關(guān)系。數(shù)據(jù)信息也是同分異構(gòu)的重要限定條件之一，依據(jù)數(shù)據(jù)信息亦可以對(duì)反應(yīng)類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基團(tuán)類型及基團(tuán)數(shù)量做出初步判斷。在分析數(shù)據(jù)關(guān)系時(shí)，要善于利用有機(jī)反應(yīng)中的原子守恒、電子守恒、質(zhì)子守恒等關(guān)系。有關(guān)的數(shù)據(jù)信息及其解讀如表5。

案例5（2014年廣東百校聯(lián)考）化合物I有如下特點(diǎn)：①與化合物II互為同分異構(gòu)體；②遇FeCl3溶液不顯色；③Imol化合物I與足量銀氨溶液反應(yīng)生成4mol Ag；④Imol化合物I與足量NaOH溶液反應(yīng)消耗4molNaOH；⑤核磁共振氫譜有4組峰，且峰面積之比為3：2：2：1，寫出化合物I所有可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_______________。

解析：第一步，列出苯環(huán)側(cè)鏈重要參數(shù)：Ω=2，N（C）=3，N（0）=4。第二步，解瀆限定信息，找出對(duì)應(yīng)基團(tuán)：②說明不含酚羥基；③說明有2個(gè)-CHO；④能與NaOH溶液反應(yīng)的含氧基團(tuán)有：-OH（酚羥基）、-COOH，-COOR。綜合分析數(shù)據(jù)信息只能是2mol甲酸酚酯結(jié)構(gòu)才會(huì)消耗4molNaOH；⑤表明8個(gè)H有4種，個(gè)數(shù)分別是3個(gè)、2個(gè)、2個(gè)和1個(gè)，說明結(jié)構(gòu)中有1個(gè)- CH3，結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好。第三步，通過拼接、插入和換位等方法組裝成新物質(zhì)。答案為：

參考文獻(xiàn)：

[1]黃愛民.對(duì)同分異構(gòu)體書寫時(shí)限制條件的分析[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，（10）：60～61

[2]徐文華.淺析有限制條件同分異構(gòu)體引入的意義及解題策略[J]化學(xué)教育，2012，（11）：54～56

[3]朱建兵，袁春仙，王秋霞.有限制條件的同分異構(gòu)體書寫策略[J]化學(xué)教學(xué)，2012，（8）：62～64