用分類思想提升有機(jī)物同分異構(gòu)體書寫效率的教學(xué)研究

云南

沈艷華

有機(jī)物同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷及書寫是高中有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的重點和難點，教學(xué)中應(yīng)注意落實分類思想和順序意識，以提升教學(xué)效率。本文將有機(jī)物同分異構(gòu)體的分類、判斷及書寫方法歸納如下。

一、有機(jī)物同分異構(gòu)體的分類

二、有機(jī)物同分異構(gòu)體構(gòu)造異構(gòu)的判斷及書寫方法

1.烷烴(只存在碳鏈異構(gòu))

書寫步驟：主鏈由長到短；支鏈由整到散；位置由心到邊；排布鄰間對。

例如寫出分子式符合C7H16的所有同分異構(gòu)體：

(1)主鏈由長到短：最長碳鏈最多含7個碳原子，依次減少一個碳原子，有A、B、C、D如下四種。

C—C—C—C—C—C—C C—C—C—C—C—C

A B

C—C—C—C—C C—C—C—C

C D

(2)支鏈由整到散：對于A，所有碳原子已用盡，沒有支鏈；對于B，主鏈用去6個碳原子，還剩余1個碳原子，可以以甲基的形式作為支鏈；對于C，主鏈用去5個碳原子，還剩余2個碳原子，可以以一個乙基或兩個甲基的形式作為支鏈；對于D，主鏈用去4個碳原子，還剩余3個碳原子，可以以一個乙基和一個甲基或三個甲基的形式作為支鏈。

(3)位置由心到邊，排布鄰間對：取代基的位置由碳鏈中心開始掛，依次向左(或向右)移動。由于有了對稱性的輔助，這樣的書寫不會造成重復(fù)。

故分子式符合C7H16的所有同分異構(gòu)體有9種,具體結(jié)構(gòu)簡式如下：

2.一取代鏈狀非烷烴類

炔烴、芳香烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸、酯等的構(gòu)造異構(gòu)可能存在碳鏈異構(gòu)、官能團(tuán)種類異構(gòu)和官能團(tuán)位置異構(gòu)。

書寫步驟：通常先找出官能團(tuán)種類異構(gòu)，在同一類官能團(tuán)異構(gòu)體中，再寫碳鏈異構(gòu)。在同一類碳鏈異構(gòu)體中，再找官能團(tuán)位置異構(gòu)。但將官能團(tuán)(或特殊原子團(tuán))按照“可連接基團(tuán)的數(shù)目”分類，可發(fā)現(xiàn)官能團(tuán)(或特殊原子團(tuán))可分為一價基團(tuán)和二價基團(tuán)兩類，因此同分異構(gòu)體的書寫也可再細(xì)分為兩類：

(1)一價官能團(tuán)，如飽和一元鹵代烴、飽和一元醇、飽和一元醛、飽和一元羧酸類的同分異構(gòu)體的書寫：

由于一價官能團(tuán)必然出現(xiàn)在鏈端，故可將之視為取代基來思考。先將除官能團(tuán)以外的碳鏈異構(gòu)體寫出，然后根據(jù)“等效氫法”，看官能團(tuán)可能有多少種不同的掛法，則其同分異構(gòu)體就有幾種。

例如寫出分子式為C4H8O的屬于醛類的同分異構(gòu)體：

當(dāng)然，我們也可以先找出除官能團(tuán)以外的烷基異構(gòu)體，則其同分異構(gòu)體也就知道了。

(2)二價基團(tuán)如單炔、飽和一元醚、飽和一元酮、飽和一元酯類的同分異構(gòu)體的書寫：

由于它們的官能團(tuán)(或特征原子團(tuán))必然出現(xiàn)在主鏈中，因此，可先將其官能團(tuán)(或特征原子團(tuán))寫出，然后看剩余的碳原子在官能團(tuán)(或特征原子團(tuán))的兩邊可形成幾種不同的烷基，根據(jù)數(shù)學(xué)上的“乘法原理”，相乘即可知同分異構(gòu)體數(shù)目。

例如請寫出分子式為C5H10O2的酯類的同分異構(gòu)體：

左邊碳原子數(shù)烷基同分異構(gòu)體數(shù)0(即氫原子)1種1(即甲基)1種2(即乙基)1種3(即丙基)2種COO右邊碳原子數(shù)烷基同分異構(gòu)體數(shù)結(jié)構(gòu)簡式4(即丁基)4種HCOOCH2CH2CH2CH3HCOOCH(CH3)CH2CH3HCOOCH2CH(CH3)2HCOOC(CH3)33(即丙基)2種CH3COOCH2CH2CH3CH3COOCH(CH3)22(即乙基)1種CH2CH2COOCH2CH31(即甲基)1種CH3CH2CH2COOCH3(CH3)2CHCOOCH3

其同分異構(gòu)體數(shù)目為1×4+1×2+1×1+2×1=9種。

3.多取代鏈狀非烷烴類

(1)定位移動法：

對有機(jī)物二元取代同分異構(gòu)體數(shù)目的尋找常用此法。

解題步驟如下：

①先找出該有機(jī)物一元取代的各同分異構(gòu)體，假設(shè)有X、Y、Z三種;

②在第一種同分異構(gòu)體X中，用“等效氫法”再找一元代物的種類，假設(shè)有a種；

③在第二種同分異構(gòu)體Y中，先將X的等效位置在Y上占位，然后再用“等效氫法”找出二元代物的種類，假設(shè)有b種；

④在第三種同分異構(gòu)體Z中，先將X、Y的等效位置在Z上占位，然后再用“等效氫法”找出二元代物的種類，假設(shè)有c種；

⑤該有機(jī)物的二元代物同分異構(gòu)體數(shù)為a+b+c種。

再如：苯環(huán)上的多元取代同分異構(gòu)體數(shù)目的尋找，也可用“定位移動法”分析，從而得到如下結(jié)論：

在上述結(jié)論的基礎(chǔ)上做題，可以迅速得到答案。

例如：分子式為C9H10O2、含有一個苯環(huán)和三個取代基的羧酸同分異構(gòu)體有_______種。

解：因為C9H10O2分子的不飽和度為5，故為苯環(huán)上帶兩個甲基和一個羧基，屬于苯環(huán)上的“AAB型”取代，所以共6種。

2017年的全國卷三套均考查了苯環(huán)上的取代：

(2)換元法：

對有機(jī)多元取代同分異構(gòu)體數(shù)目的尋找常用此法。

若有機(jī)物分子中一共有m個氫原子可以被取代，且a+b=m，則a元代物的異構(gòu)體數(shù)目=b元代物的異構(gòu)體數(shù)目。

例如：甲烷的一氯取代也可視為三氫取代，因此其一元取代有一種產(chǎn)物也就意味著三元取代同樣只有一種產(chǎn)物。