同分異構(gòu)體數(shù)目分析題的解題技巧

吉林 趙鑫光

同分異構(gòu)體數(shù)目分析題的解題技巧

吉林 趙鑫光

含有一個(gè)或多個(gè)取代基（官能團(tuán)）的烴的衍生物的同分異構(gòu)體作為高考的必考考點(diǎn)，在近三年全國(guó)各地的高考理綜試卷化學(xué)必考部分中頻繁出現(xiàn)，《考試大綱》中對(duì)該考點(diǎn)的要求是：了解有機(jī)化合物存在同分異構(gòu)現(xiàn)象，能判斷簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的同分異構(gòu)體（不包括手性異構(gòu)體）。

所謂同分異構(gòu)體，是指具有相同的分子式，但結(jié)構(gòu)不同的化合物間互稱(chēng)為同分異構(gòu)體。引起同分異構(gòu)的原因主要有三種：碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)和官能團(tuán)異構(gòu)。

對(duì)于含有一個(gè)或多個(gè)取代基（官能團(tuán)）的烴的衍生物的同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷有如下幾種方法：

1.等效氫法

所謂等效氫包含以下幾類(lèi)：①同一碳原子上的氫為等效氫，②同一碳原子上連有的相同取代基對(duì)應(yīng)碳原子上的氫為等效氫，③分子結(jié)構(gòu)中對(duì)稱(chēng)位置碳原子上的氫為等效氫；該方法適用于鹵代烴、醇、醛、羧酸、胺等烴的一元取代物的同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷。

2.基元法

基元法適用于烴的一元取代物的同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷，將烴的一元取代物視為烴基與取代基兩部分，則烴基的種類(lèi)數(shù)就是烴的一元取代物的種類(lèi)數(shù)，常見(jiàn)的烷烴基異構(gòu)體數(shù)目如下：甲基（—CH3）1種，乙基（—C2H5）1種，丙基（—C3H7）2種，丁基（—C4H9）4種、戊基（—C5H11）8種。

【例2】分子式為C5H12O的醇中能被紅熱的C u O氧化成醛的有________種；分子式為C11H16的一取代苯的異構(gòu)體有________種。

3.有序法（定一移一法）

有序法適用于二元或三元取代物的同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷，要求解決問(wèn)題時(shí)遵循特定的有序思維方式。通常，先寫(xiě)出碳架異構(gòu)，再在各碳架上先固定一個(gè)取代基，然后移動(dòng)第二個(gè)取代基，依此類(lèi)推，即定一移一。

4.替代法

替代法適用于取代基多于三個(gè)的同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷，例如，對(duì)于某烴類(lèi)化合物CxHy，它的z氯代物與y－z氯代物的同分異構(gòu)體的數(shù)目相等。

5.插入法

【例5】分子式為C5H12O的化合物屬于醚的同分異構(gòu)體有________種；分子式為C5H10O2且屬于酯的同分異構(gòu)體共________種。

6.拆分法

拆分法適用于酯的同分異構(gòu)體的書(shū)寫(xiě)，酯可拆分為合成它的羧酸和醇（或酚）。若已知酸有p種同分異構(gòu)體，醇有q種同分異構(gòu)體，則該酯的同分異構(gòu)體有p×q種。而羧酸和醇的異構(gòu)體數(shù)目可用有效氫法或基元法確定。

【例6】結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為C3H7C O O C4H9的同分異構(gòu)體有________種；分子式為C6H12O2的且屬于酯類(lèi)的同分異構(gòu)體有________種。

【解析】C3H7C O O C4H9可看作丁酸和丁醇所成的酯，丁酸有2種同分異構(gòu)體，丁醇有4種同分異構(gòu)體，所以符合該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的同分異構(gòu)體數(shù)目為2×4＝8種；分子式符合C6H12O2的酯類(lèi)可看作甲酸（1種）與戊醇（8種）、乙酸（1種）與丁醇（4種）、丙酸（1種）與丙醇（2種）、丁酸（2種）與乙醇（1種）、戊酸（4種）與甲醇（1種）形成的酯，故共有1×8＋1×4＋1×2＋2×1＋4×1＝2 0種同分異構(gòu)體。

某些需要識(shí)記的同分異構(gòu)體

（1）一些簡(jiǎn)單的烷烴：CH4、C2H6、C3H8無(wú)異構(gòu)體；C4H10有2種、C5H12有3種、C6H14有5種。

（2）常見(jiàn)的官能團(tuán)異構(gòu)：

組成通式可能的類(lèi)別CnH2n，n≥3烯烴、環(huán)烷烴__CnH2n－2，n≥4炔烴、二烯烴、環(huán)烯烴___________ __CnH2n＋2O，n≥2_ ______________飽和一元醇、醚___CnH2nO，n≥3飽和一元醛、酮、烯醇、環(huán)醇、環(huán)醚等__CnH2nO2，n≥2飽和一元羧酸、酯、羥基醛、不飽和二醇等__CnH2n－6O，n≥7芳香醇、芳香醚、酚氨基酸CnH2n＋1NO2，n≥2硝基化合物、

（3）幾種常見(jiàn)的特殊的同分異構(gòu)體：

①苯乙烯和立方烷的分子式都是C8H8；

②葡萄糖和果糖的分子式都是C6H12O6；

③蔗糖和麥芽糖的分子式都是C12H22O11；

④尿素［C O（NH2）2］和氰酸銨［NH4C NO］的分子式都是CH4ON2。

（4）苯環(huán)上取代基不同個(gè)數(shù)和種類(lèi)的同分異構(gòu)體：

①一取代有1種；

②二取代且相同時(shí)有3種，二取代且不同時(shí)有3種；

③三取代且相同時(shí)有3種，其中兩個(gè)取代基相同時(shí)有6種，三個(gè)取代基各不相同時(shí)有1 0種。

【綜合練習(xí)】

A.3種B.4種

C.5種D.6種

2.分子式為C5H12O的有機(jī)化合物有（不考慮立體異構(gòu)）（ ）

A.6種B.8種

C.1 2種D.1 4種

A.1 8種B.1 5種

C.1 4種D.9種

4.苯的化學(xué)式為C6H6，則它的四取代物有（ ）

A.1種B.2種

C.3種D.4種

A.1 2種B.1 6種

C.2 0種D.2 4種

【參考答案和解析】

2.D 【解析】此題應(yīng)用基元法和插入法，分子式符合C5H12O的有機(jī)化合物有醇和醚兩類(lèi)，醇采有基元法，除—OH外剩余部分為戊基（—C5H11）有8種同分異構(gòu)體，醚采用插入法，五個(gè)碳的碳鏈有三種結(jié)構(gòu)共6種插入位置，故符合該分子式的同分異構(gòu)體總數(shù)為8＋6＝1 4種。

4.C 【解析】此題應(yīng)用替代法，苯的四取代物與二取代物數(shù)目相同，我們熟知苯的二取代物有鄰、間、對(duì)3種，所以四取代物同樣有3種同分異構(gòu)體。

5.C 【解析】此題應(yīng)用拆分法，苯環(huán)左側(cè)的基團(tuán)為一個(gè)氯原子取代的丙基或異丙基，其同分異構(gòu)體數(shù)目為5個(gè)，苯環(huán)右側(cè)的基團(tuán)為丁基，其同分異構(gòu)體數(shù)目為4個(gè)，故符合該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的有機(jī)物的同分異構(gòu)體數(shù)目為5×4＝2 0個(gè)。

（作者單位：吉林省長(zhǎng)春吉大附中實(shí)驗(yàn)學(xué)校）