有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫方法和規(guī)律總結(jié)

趙世宏

(甘肅省天水市天水長城中學(xué) 741000)

在高考理綜化學(xué)中同分異構(gòu)體的書寫和數(shù)目確定所占分值較大全國各地高考中在Ⅰ卷和Ⅱ卷中均有出現(xiàn).這種題可以也是充分考查化學(xué)核心素養(yǎng).一個(gè)有機(jī)分子式代表了三種異構(gòu)現(xiàn)象：碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)和類間異構(gòu).一般的書寫思路是：先考查可以分為幾類(類間異構(gòu))，再每個(gè)類考查碳鏈異構(gòu)，最后每種碳鏈上改變官能圖的位置成為位置異構(gòu).現(xiàn)以后兩種異構(gòu)體的書寫來說明如何確定有機(jī)物同分異構(gòu)體及數(shù)目.

一、鏈烴異構(gòu)體的書寫方法

鏈烴異構(gòu)體主要是以烷烴為代表的碳鏈異構(gòu)，它們是構(gòu)成其它物質(zhì)的基石，其它物質(zhì)的異構(gòu)體都是根據(jù)鏈烴的異構(gòu)體來改寫.

1.飽和碳鏈異構(gòu)(烷烴異構(gòu)體)的書寫[ 以庚烷(C7H14)為例]

第一步：先寫最長碳鏈(后面都是一樣，這只寫出碳鏈，不寫氫原子)

C—C—C—C—C—C—C

第二步：從原長鏈中依次減碳，做為取代基，減去1個(gè)碳做甲基(-CH3), 減去2個(gè)碳做2個(gè)甲基或1個(gè)乙基(-C2H5，剩余主碳鏈碳數(shù)≥5時(shí))，依次類推.剩余的碳鏈用對稱軸把碳原子分類(用相同數(shù)字表示，虛線表示對稱軸，下同).

第三步：按剩余碳鏈的對稱性放回被減去部分.

第四步：重復(fù)第二和第三步，直到不能再減碳為止.

2.不飽和碳鏈異構(gòu)(烯烴和炔烴)的寫法

烯烴和炔烴的異構(gòu)體包括碳鏈異構(gòu)和雙鍵或叁鍵的位置異構(gòu)，一般分這兩步書寫分兩步書寫.現(xiàn)以已烯(C6H12)和已炔(C6H10)為例說明.

第一步：先寫碳鏈異構(gòu), 用對稱軸把C―C鍵分類,

第二步：把標(biāo)序號的位置變?yōu)殡p鍵(當(dāng)某個(gè)碳已達(dá)4價(jià)，不能變雙鍵 )或叁鍵(當(dāng)某個(gè)碳已達(dá)3價(jià)，不能變?nèi)I ).第1條碳鏈得到的種烯烴和三種炔烴，第2條碳鏈有4種烯烴和2種炔烴，第3條碳鏈有3種烯烴和1種炔烴，第4條碳鏈有2種烯烴無炔烴，第5條碳鏈有1種烯烴和1種炔烴，下面是第一條碳鏈的，其余未顯示.

二、一元取代物異構(gòu)體的書寫

一元取代物包括一鹵代烴、一元醇、醛、酸等.通過兩步完成書寫，先寫碳鏈異構(gòu)，并按對稱性對碳分類，再放入官能團(tuán).現(xiàn)以一氯戊烷(C5H11Cl)為例：

先寫碳鏈異構(gòu)如下：

再放入氯原子，共得到3+4+1=8種異構(gòu)體，以下只寫出第1條碳鏈的3個(gè)異構(gòu)體：

由上得到如下結(jié)論：

1.飽和烷基的數(shù)目：甲基和乙基各1種，丙基2種，丁基4種，戊基8種.

2.同烷基的衍生物異構(gòu)體數(shù)目相同，都是烷基異構(gòu)體的數(shù)目.如：丁醇(C4H9OH)、一氯丁烷(C4H9Cl)、戊醛(C4H9CHO)和戊酸(C4H9COOH)異構(gòu)體都是4種.

3.一鹵代烷只有一種(無同分異構(gòu)體)的烷烴可由甲烷(CH4)和乙烷(C2H6)變化而來，具體方法：碳原子數(shù)是前者的3倍加2，所有氫原子用甲基(-CH3)替換.得到C(CH3)4和(CH3)3C-C(CH3)3,即C5H12和C8H18中的一種，以此類推，碳原子數(shù)在前者的3倍加2得到C17H36和C26H54其中的一種烷烴其一鹵代烷也是一種.

三、二元取代物異構(gòu)體的書寫——組合法

組合法的基本思路：用對稱軸對碳鏈或苯環(huán)進(jìn)行分類，再對碳原子進(jìn)行兩兩組合，組合的這一對碳就是要放兩個(gè)官能團(tuán)的.

1.碳鏈異構(gòu)組合法.有三種組合:①同一個(gè)碳(不能帶支鏈),②同種碳，③不同種碳.

例1(2016年全國Ⅱ10題)分子式為C4H8Cl2的有機(jī)物共有( )(不含立體異構(gòu))

A．7種 B．8種 C．9種 D．10種

第一步：寫碳鏈異構(gòu)，并用對稱軸對碳原子分類：

第二步：組合:碳鏈異構(gòu)的三種組合：左邊的一條，同一個(gè)碳①和②上分別放兩個(gè)氯；同種碳①①和②②組合；不同種碳兩個(gè)①②組合，共1+1+1+1+2=6種.右邊的碳鏈，同一個(gè)碳①上放兩個(gè)氯(碳②上只有一個(gè)氫原子，不能放兩個(gè)氯)；同種碳①①組合；不同種碳①②組合，共1+1+1=3種.共3+6=9種，該題答案為C.

2.苯環(huán)異構(gòu)組合法.有兩種組合:①同種碳，②不同種碳.

第二步兩兩組合：同種碳的組合：①①組合3種，即：一個(gè)氯先放于任一碳①上，另一個(gè)氯放于另外3個(gè)碳①，且各不相同.同理，②②組合有3種，③③組合有1種；不同種碳的組合：①②組合有4種，①③組合有2種，②③組合有2種.所以，蒽的二氯代物共有3+3+1+4+2+2=15種.

3.由上述兩例可得出如下結(jié)論：

(1)對于不同的二元取代物，由于兩個(gè)不同基團(tuán)在不同兩個(gè)碳上可以互換，異構(gòu)體數(shù)目的確定方法是：同一個(gè)碳和兩種碳的組合，異構(gòu)體數(shù)目不變，而不同種碳的組合異構(gòu)體數(shù)目擴(kuò)大2倍.如例1變?yōu)镃4H8ClBr兩條碳鏈中的①②組合乘2，即總的異構(gòu)體數(shù)目為：1+1+1+1+2×2+1+1+1×2=12種.

(3)二元醛和二元羧酸要按少兩個(gè)碳原子寫碳鏈或苯環(huán)的異構(gòu)，比如2018年全國Ⅱ36題(6)小題，通過計(jì)算和性質(zhì)推知F是分子式為C6H10O4的二元羧酸，改寫成C4H8(COOH)2后與例1完全相似，所以F的異構(gòu)體數(shù)目也是9種.而二元醇有特殊要求，兩個(gè)-OH不能邊在一個(gè)碳上，也不能連在雙鍵等碳上.

(4)碳鏈上的三元取代物，可變?yōu)槎?如例1變?yōu)镃4H7Cl3，其中放在同一個(gè)碳上的兩個(gè)氯原子可看作一個(gè)取代基，相當(dāng)于不同二元的組合，只是含次甲基(CH)的不同組合不能擴(kuò)大2倍.例1中左邊碳鏈上,分放在3個(gè)碳上的組合分別是①①②和①②②，同一個(gè)碳上是碳②，同種碳①①和②②，不同碳組合是兩個(gè)①②，共1+1+1+1+1++2×2=9種；右邊碳鏈上，分放在3個(gè)碳上的組合分別是①①②，同一個(gè)碳上是碳①，同種碳①①，不同碳組合是1個(gè)①②，因碳①是次甲基，不能乘2，共1+1+1+1=4種，即：C4H7Cl3的異構(gòu)體是13種.

三、酯類異構(gòu)體的數(shù)目確定方法

從近年高考題看，酯類物質(zhì)及異構(gòu)體的問題出現(xiàn)較多，一直是有機(jī)部分的難點(diǎn)，基本思路，先用不飽和度(Ω)確定除了酯基外，還有什么官能團(tuán)，再拆分為酸和醇兩部分完成書寫.

1.脂肪酯(鏈酯)異構(gòu)體

書寫方法：按酸部分碳數(shù)遞增，醇部分碳數(shù)遞減，把碳數(shù)少的酸部分RCOO—或醇部分ROCO—作為取代基，放入剩余的碳鏈異構(gòu)中.

例3確定分子式為C6H12O2的屬于酯類異構(gòu)體數(shù)目

分析不飽和度Ω=(2×6+2-12)/2=1，為飽和鏈，酸碳數(shù)為1， HCOO—作為取代基，醇部分為戊基—C5H11,即：甲酸戊酯有8種；酸碳數(shù)為2， CH3COO—作為取代基，醇部分為丁基—C4H9,即：乙酸丁酯有4種；酸碳數(shù)為3， CH3CH2COO—作為取代基，醇部分為丙基—C3H7,即：丙酸丙酯有2種；醇碳數(shù)變少后，把C2H5OCO—作為取代基，酸部分為丙基—C3H7,即：丁酸乙酯有2種；把CH3OCO—作為取代基，酸部分為丁基—C4H9,即：戊酸甲酯有4種；共8+4+2+2+4=20種.

2.芳香酯的異構(gòu)體

書寫方法同上，只是當(dāng)苯環(huán)在酸部分時(shí)，碳數(shù)≥7，在醇部分時(shí)，碳數(shù)≥6.

例4分子式為C9H10O3的芳香酯，能使FeCl3溶液顯紫色，它只有一個(gè)甲基的異構(gòu)體有幾種？

練習(xí)：

1.分子式為C6H6O2且能發(fā)生水解和銀鏡反應(yīng)的物質(zhì)有幾種？

提示：由Ω=2，可知分子中有一個(gè)C=C，按烯烴的碳鏈異構(gòu)放入酯基，答案 ：16.

2.分子式為C9H10O2鏈酯有幾種？

提示：由Ω=7，結(jié)合性質(zhì)可知，它由三部分組成：苯環(huán)、HCOO-和C≡C.共10+1=11種.