有序思維助力，尋求“含苯環(huán)有機(jī)物同分異構(gòu)體數(shù)目”

廣東 周曼文 賴文花

有序思維助力，尋求“含苯環(huán)有機(jī)物同分異構(gòu)體數(shù)目”

有機(jī)物同分異構(gòu)體的考查既是高考化學(xué)的高頻考點，也是熱點和難點。這類試題不僅能很好地考查學(xué)生對有機(jī)物結(jié)構(gòu)特點和官能團(tuán)特性的掌握程度和應(yīng)用能力，還能全面考查學(xué)生的自學(xué)能力、邏輯思維能力、問題解決能力。2013、2014、2016全國卷都考了限制條件下苯環(huán)上有多個取代基的同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷和某種結(jié)構(gòu)簡式的書寫?？蓪⑵錃w為三類：①幾元取代已定，求側(cè)鏈異構(gòu)，如2016·全國Ⅰ·38(5)。②側(cè)鏈結(jié)構(gòu)已定，求幾元取代，如2013·全國Ⅰ·38(6)。 ③側(cè)鏈結(jié)構(gòu)、幾元取代都待定。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)不管哪種類型，“有序思維”對限定條件下同分異構(gòu)體數(shù)量的求解，都能達(dá)到快速、準(zhǔn)確、高效的效果。在此介紹與大家分享。

書寫同分異構(gòu)體，一般分三步：

1.依據(jù)限制條件，推測“碎片(原子、原子團(tuán)、官能團(tuán))”結(jié)構(gòu)；

2.摘除“碎片”,構(gòu)建碳架；

3.“碎片”組裝。

支撐這些步驟完成的“有序思維”如下：

“碎片”推測：依分子式(不飽和度)信息、特殊結(jié)構(gòu)信息、化合物性質(zhì)、類別信息。

碎片分類：先“簡”后“繁”(或按“端基碎片”和“非端基碎片”分)。

碳架構(gòu)建：由“長”到“短”，先“整”后“散”, 支鏈由“心”到“邊”。

方法選擇：“端基碎片”的位置異構(gòu)一般選擇“等效氫”“定1動1”等方法；“非端基碎片”的位置異構(gòu)一般選擇“插入法”“烷基分配法”。

一、幾元取代已定，求側(cè)鏈異構(gòu)

【解析】第1步：推測“碎片(原子、原子團(tuán)、官能團(tuán))”結(jié)構(gòu)

題中信息“碎片”依分子式(不飽和度)信息6特殊結(jié)構(gòu)信息一種官能團(tuán)、二取代化合物性質(zhì)信息0．5molW與足量碳酸氫鈉溶液反應(yīng)生成44gCO2類別信息芳香化合物碎片推斷先“簡”后“繁”。已定：“簡”：2個—COOH，“繁”： 、 、 ；待定：C2H4

第2步：摘除“碎片”,構(gòu)建碳架

碳鏈先“整”后“散”：

方案1：—CH2CH2COOH、—COOH

方案2：—CH2COOH —CH2COOH

第3步：組裝

【點撥】端基官能團(tuán)(也可稱為一價官能團(tuán))是指在有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式中只能位于末端的官能團(tuán)，主要包括鹵素原子(—X)、硝基(—NO2)、氨基(—NH2)、羥基(—OH)、羧基(—COOH)、醛基(—CHO)等。書寫含有這些官能團(tuán)的同分異構(gòu)體時，可將其分子式變形為烴基和官能團(tuán)兩部分，如R—CHO、R—X等。它們的同分異構(gòu)體數(shù)目則取決于烴基部分的異構(gòu)體數(shù)目。常見烷基的異構(gòu)體數(shù)目：甲基(1種)，乙基(1種)，丙基(2種)，丁基(4種)，戊基(8種)。熟記這些烷基的異構(gòu)體數(shù)目可以迅速解題。

二、側(cè)鏈結(jié)構(gòu)已定，求幾元取代

【解析】第1步：推測“碎片(原子、原子團(tuán)、官能團(tuán))”結(jié)構(gòu)

題中信息“碎片”依分子式(不飽和度)信息5化合物性質(zhì)信息既能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，又能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)碎片推斷先“簡”后“繁”。已定：醛基、酚羥基、甲基；待定：苯環(huán)的幾元取代

第2步：組裝

【點撥】解題關(guān)鍵從兩方面入手，①根據(jù)題給信息確定取代基的結(jié)構(gòu)和數(shù)目；②判斷取代基在苯環(huán)上的位置。方法：以取代基相同的二元、三元位置關(guān)系(如圖)為基礎(chǔ)，用換元法或等效氫法延伸拓展取代基不同的位置種數(shù)。

鄰 間 對

鄰 間 對

如：當(dāng)苯環(huán)上的三個取代基有兩個相同(X、X)、一個不同(Y)時,

方法1：先寫出兩個相同取代基在苯環(huán)上的位置關(guān)系，再引人(Y)。即：

鄰 間 對

方法2：先寫出三個相同取代基在苯環(huán)上的位置關(guān)系，再將其中一個取代基換成Y。即：

鄰

間 對

練習(xí)2：分子式為C10H14的芳香烴中，苯環(huán)上的一溴代物的結(jié)構(gòu)有兩種，滿足此條件的結(jié)構(gòu)共有________種。

【答案】5

二元取代基為2個—C2H5或1個—CH3、1個—C3H7(2種)，形成的有機(jī)物中苯環(huán)上的一溴代物結(jié)構(gòu)有兩種的有：

三元取代基為2個—CH3、1個—C2H5，形成的有機(jī)物中苯環(huán)上的一溴代物結(jié)構(gòu)有兩種的有：

四元取代基為4個—CH3，空位的位置關(guān)系有鄰、間、對3種。不管哪種其苯環(huán)上的一溴代物的結(jié)構(gòu)只有一種。

三、幾元取代、側(cè)鏈結(jié)構(gòu)都待定

【典例3】化合物W(C9H12O4)中不存在兩個氧原子直接相連的結(jié)構(gòu)，且有如下性質(zhì)：能使FeCl3溶液顯紫色，苯環(huán)上一氯代物只有1種，1 mol W最多消耗1 mol氫氧化鈉。滿足此條件的結(jié)構(gòu)共有________種。

【答案】8

【解析】第1步：推測“碎片(原子、原子團(tuán)、官能團(tuán))”結(jié)構(gòu)

題中信息“碎片”依分子式(不飽和度)信息4特殊結(jié)構(gòu)信息不存在兩個氧原子直接相連、苯環(huán)上一氯代物只有1種化合物性質(zhì)信息1molW最多消耗1mol氫氧化鈉類別信息能使FeCl3溶液顯紫色碎片推斷先“簡”后“繁”。已定：含1個酚羥基、苯環(huán)；待定：苯環(huán)至少有二元取代。從不飽和度和氧原子數(shù)推測可能有醇羥基和醚鍵

第2步：側(cè)鏈與幾元取代的匹配

苯環(huán)上一氯代物都不止1種。

方案2 苯環(huán)上的三元取代，側(cè)鏈2個：—CH3與—C2H5。苯酚一元取代后，再在苯環(huán)接上1個—C2H5(用等效氫法)，分別有4種、4種、2種。如圖：

苯環(huán)上一氯代物都不止1種。

鄰 間 對

第3步：組裝(先碳架異構(gòu)，后官能團(tuán)異構(gòu))

【點撥】從【典例3】可以看出此類題的難點和復(fù)雜程度在于側(cè)鏈與幾元取代的匹配，然后依據(jù)限定條件，篩選出題中所需的同分異構(gòu)體。

練習(xí)3：(2016·全國Ⅲ·38改編)分子式為C8H8Cl2的芳香化合物中，其分子中只有兩種不同化學(xué)環(huán)境的氫，數(shù)目比為3∶1；這樣的同分異構(gòu)體有________種。

【答案】5

廣東省佛山市三水中學(xué))