巧用“拆分法”書寫限制條件下的同分異構(gòu)體

摘 要：浙江新高考改革至今，限制條件下的同分異構(gòu)體書寫一直是必考內(nèi)容，也是學(xué)生失分的“重災(zāi)區(qū)”，本文用 “拆分法”來較好解決這個(gè)問題.該方法以不飽和度為中心，先對(duì)有機(jī)物進(jìn)行針對(duì)性拆分，再結(jié)合限制條件，將相關(guān)基團(tuán)進(jìn)行合理組合，使得解題簡(jiǎn)單高效.

關(guān)鍵詞：拆分；限制條件；同分異構(gòu)體；不飽和度

作者簡(jiǎn)介：金芳芳（1989-），女，浙江紹興人，本科，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：高中化學(xué)教學(xué).

一、方法提出的背景

浙江新高考改革至今，已經(jīng)經(jīng)歷了6次選考，而限制條件下的同分異構(gòu)體的書寫作為每年的必考題，是熱點(diǎn)也是難點(diǎn).從學(xué)生答題情況來看，本小題失分的主要原因是沒有結(jié)合已知限制條件合理拆分，從而出現(xiàn)漏寫、錯(cuò)寫、多寫等，同時(shí)由于有機(jī)推斷是選考卷最后一題，不少學(xué)生也往往由于時(shí)間關(guān)系，沒能推出具體有機(jī)物結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致失分.在筆者任教的班級(jí)中，就有學(xué)生由于沒能推出相應(yīng)有機(jī)物結(jié)構(gòu)而最終放棄本小題導(dǎo)致整道題失分.通過研究6次浙江選考卷發(fā)現(xiàn)，書寫同分異構(gòu)體的物質(zhì)雖然結(jié)構(gòu)未知，但是分子式卻都是已知的，那么在只知道分子式的前提下，尋找方法直接書寫限制條件下的同分異構(gòu)體顯得尤為重要.熟練使用該拆分法可以直接根據(jù)分子式和限制條件，較快書寫同分異構(gòu)體.

二、方法指導(dǎo)

1.整體解題思路

該方法首先根據(jù)分子式拆分不飽和度[1]確定C、H、O、N等原子的個(gè)數(shù)，再轉(zhuǎn)化限制條件，寫出符合題意的對(duì)應(yīng)基團(tuán)，最后將剩余的不飽和度和原子根據(jù)等效氫的要求進(jìn)行合理的組合.

2.必備知識(shí)

（1）價(jià)鍵理論：熟知常見原子成鍵特點(diǎn)，注意有機(jī)物的書寫規(guī)范性.如C原子周圍4根鍵、N原子周圍3根鍵、O原子周圍2根鍵、H或鹵素原子周圍1根鍵等.

（2）不飽和度的計(jì)算和使用：會(huì)根據(jù)分子式熟練計(jì)算不飽和度，并結(jié)合相應(yīng)原子個(gè)數(shù)，合理推斷其所含基團(tuán).常見基團(tuán)的不飽和度整理如表1：

表1 常見基團(tuán)或官能團(tuán)對(duì)應(yīng)的不飽和度

不飽和度常見基團(tuán)或官能團(tuán)

1環(huán)、碳碳雙鍵、碳氧雙鍵（醛基、羰基、羧基、酯基、肽鍵）、碳氮雙鍵、氮氮雙鍵

2碳碳叁鍵、碳氮叁鍵或不飽和度為1的雙官能團(tuán)組合

4苯環(huán)

（3）等效H的判斷：會(huì)利用對(duì)稱性判斷等效H的種類，特別是苯環(huán)上等效H的判斷，同時(shí)注意在同一原子上的甲基上的H也是等效H.

（4）常見限制條件下的基團(tuán)或官能團(tuán)整理如表2：

表2 常見限制條件下對(duì)應(yīng)的基團(tuán)或官能團(tuán)

常見限制條件所含基團(tuán)或官能團(tuán)

與Na2CO3反應(yīng)放出CO2羧基

能與金屬鈉反應(yīng)產(chǎn)生H2羥基、羧基

能與NaOH溶液反應(yīng) 酚羥基、羧基、酯基、肽鍵、鹵素原子

能發(fā)生銀鏡反應(yīng)醛基（包括甲酸某酯）

與FeCl3發(fā)生顯色反應(yīng)酚羥基

水解后的產(chǎn)物與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)酚酯

三、方法運(yùn)用

下面以幾個(gè)浙江選考卷真題為例，將這種方法舉例說明.

例1 （2016.10浙江選考節(jié)選）某研究小組從甲苯出發(fā)，按下列路線合成染料中間體X和醫(yī)藥中間體Y.寫出同時(shí)符合下列條件的A（C7H7NO2）的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式.

①紅外光譜檢測(cè)表明分子中含有醛基；

②1H-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.

拆分 根據(jù)A的分子式C7H7NO2拆分出以下信息：不飽和度為5；7個(gè)C原子；1個(gè)N原子；2個(gè)O原子

分析重組 根據(jù)題中限制條件將1個(gè)醛基和1個(gè)苯環(huán)構(gòu)造出基本結(jié)構(gòu)為：，總共用去不飽和度為5，同時(shí)用去7個(gè)C原子，1個(gè)O原子，此時(shí)還剩下1個(gè)N原子和1個(gè)O原子，又已無不飽和度，因此N和O要全部以單鍵的形式插入到結(jié)構(gòu)中.再結(jié)合苯環(huán)上只有兩種氫的限制條件，所以應(yīng)將不同基團(tuán)放于苯環(huán)的對(duì)位，考慮到O原子與醛基可以在同側(cè)（1種），也可以在異側(cè)（3種），寫出符合題意的A的同分異構(gòu)體為以下4種：

、、

、

例2 （2017.4浙江選考節(jié)選）寫出同時(shí)符合下列條件的C（C8H7N）的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式.

①分子中有苯環(huán)而且是苯環(huán)的鄰位二取代物；

②1H-NMR譜表明分子中有6種氫原子；IR譜顯示存在碳氮雙鍵（C=N）.

拆分 根據(jù)C的分子式C8H7N拆分出以下信息：不飽和度為6；8個(gè)C原子；1個(gè)N原子

分析重組 1個(gè)苯環(huán)和1個(gè)C=N共用去5個(gè)不飽和度和7個(gè)C原子，1個(gè)N原子，剩下1個(gè)不飽和度和1個(gè)C原子，又是苯環(huán)的領(lǐng)位二取代物，則考慮還有1個(gè)環(huán)存在于分子結(jié)構(gòu)中.若苯環(huán)旁是五元環(huán)，分子中有6種氫原子，則符合題意的2種同分異構(gòu)體為：、，若苯環(huán)旁是四元環(huán)，則符合題意的另1種同分異構(gòu)體為：，因此符合題意的C的同分異構(gòu)體共有以上3種

例3 （2018.4浙江選考節(jié)選）寫出化合物X（C6H14N2O）可能的同分異構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式.

須同時(shí)符合：①分子中有一個(gè)六元環(huán)，且成環(huán)原子中最多含一個(gè)非碳原子；

②1H-NMR譜顯示分子中有5種氫原子；IR譜表明分子中有N—N鍵，無O—H鍵.

拆分 根據(jù)X的分子式C6H14N2O拆分出以下信息：不飽和度為1；6個(gè)C原子；2個(gè)N原子；1個(gè)O原子

分析重組 1個(gè)六元環(huán)已經(jīng)用去1個(gè)不飽和度，則剩下原子全部以單鍵相連，成環(huán)原子中最多含一個(gè)非碳原子，則這個(gè)六元環(huán)可以是，用去5個(gè)C原子和1個(gè)O原子，還剩1個(gè)C原子、2個(gè)N原子，要分子中有5種氫原子；含有N—N鍵，無O—H鍵，則應(yīng)是比較對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，考慮基團(tuán)在O原子的對(duì)位，則寫出符合題意的2種同分異構(gòu)體為：、.或者六元環(huán)為，運(yùn)用相類似的分析方法，寫出符合題意的另2種同分異構(gòu)體為：、

總之，限制條件下的同分異構(gòu)體書寫作為浙江選考的必考內(nèi)容，主要考察學(xué)生的一種思維、一種能力，在很多時(shí)候，如果還是用我們平時(shí)簡(jiǎn)單的碳鏈異構(gòu)、類別異構(gòu)、位置異構(gòu)等去解題，很多時(shí)候并不適用于現(xiàn)在的高考考查形式.本文介紹的拆分法，為解決這一題型提供了一般思路與方法，它最有優(yōu)勢(shì)的地方在于，可以拋開整個(gè)有機(jī)合成流程，不需要推出該有機(jī)物具體結(jié)構(gòu)，就比如以上例題中筆者都只節(jié)選了這道大題中的某一小題而已，在已知分子式和限制條件基礎(chǔ)上，利用巧拆分、巧組合，靈活運(yùn)用基團(tuán)插入[2]與位置異構(gòu)等使得解題變得更有針對(duì)性，更加簡(jiǎn)單高效.當(dāng)然，要想寫對(duì)所有的同分異構(gòu)體，往往還是離不開學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備，嚴(yán)密的思維邏輯和規(guī)范的書寫，只有在平時(shí)的練習(xí)中多運(yùn)用與鞏固該方法，注重方法的總結(jié)與反思，才能真正做到以不變應(yīng)萬變.

參考文獻(xiàn)：

[1]沈國(guó)強(qiáng). 巧用不飽和度化解有機(jī)難題[J].河北理科教學(xué)研究， 2008（2）：24-29.

[2]徐正玉.用插入法書寫同分異構(gòu)體[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（2）：70-71.