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第58讲　有机化合物的空间结构　同分异构体
[复习目标]　1.掌握有机化合物分子中碳原子的成键特点，能正确判断简单有机物分子中原子的空间位置。2.了解有机化合物的同分异构现象，能判断并正确书写简单有机化合物的同分异构体的结构简式。
考点一　碳原子的成键特点　有机化合物分子的空间结构
1．有机化合物分子中碳原子的成键方式
碳原子结构 最外层有4个电子，可形成4个共价键
成键原子 碳原子可与碳原子、其他非金属原子成键
成键形式 (1)单键：都是σ键； (2)双键：一个σ键，一个π键； (3)三键：一个σ键，两个π键
2.有机化合物常用的表示方法
如乙酸的常见表示方法：
结构式 结构简式 键线式 球棍模型 空间填充模型
3.有机化合物的成键方式和空间结构
与碳原子相连的原子数 结构示意 碳原子的杂化方式 碳原子的成键方式 碳原子与相邻原子形成的结构单元的空间结构
4
3
2 —C≡
一、有机化合物的表示方法与碳原子的结合方式
1．(2022·济南模拟)碳原子的不同结合方式使得有机物种类繁多，下列碳原子的结合方式错误的是(　　)
2．下列表示正确的是(　　)
A．乙醛的结构简式：CH3COH
B．2-丁烯的键线式：
C．乙炔的结构简式：HC≡CH
D．乙烷的球棍模型：
3．碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其分子结构如图。
(1)该分子中σ键和π键之比为______________。
(2)该分子中有________个原子共面。
二、有机物分子中手性碳原子的判断
4．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)分子中含有6个手性碳原子(R中不含手性碳原子)(　　)
(2)分子中不含手性碳原子(　　)
(3)分子中含有3个手性碳原子(　　)
(4)室温下化合物、分别与足量Br2加成的产物分子中手性碳原子数目相等(　　)
(5)分子中含有3个手性碳原子(　　)
三、有机化合物分子中原子的空间位置判断
5．下列说法正确的是(　　)
A．丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上
B．丙烯分子中所有原子均在同一平面上
C．中所有碳原子一定在同一平面上
D．CH3—CH==CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上
6．有机物分子中最多有________个碳原子在同一平面内，最多有________个原子在同一条直线上，苯环平面内的碳原子至少有________个。
结构不同的基团连接后原子共面、共线分析
(1)直线与平面连接，则直线在这个平面上。如苯乙炔：，所有原子共平面。
(2)平面与平面、直线、立体结构连接
①审准题目要求
题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。
②碳碳单键的旋转
碳碳单键两端碳原子所连接的基团能以“C—C”为轴旋转。
③恰当拆分复杂分子
观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的空间结构及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共面、共线的问题。
考点二　同系物　同分异构体
1．同系物
应用举例
(1)下列物质中属于乙烯的同系物的是________(填序号，下同)。
①　　②
③CH2==CH—CH==CH2 ④CH3CH==CHCH3
(2)下列物质属于乙醇的同系物的是________。
①乙二醇()　②丙醇
③CH2==CHCH2OH
2．有机物的同分异构现象和同分异构体
(1)概念
化合物分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。分子式相同而结构不同的化合物分子互为同分异构体。
(2)类型
(3)常考官能团异构
组成通式 不饱和度(Ω) 可能的类别异构
CnH2n 1 烯烃和环烷烃
CnH2n－2 2 炔烃、二烯烃和环烯烃
CnH2n＋2O 0 饱和一元醇和醚
CnH2nO 1 饱和一元醛和酮、烯醇等
CnH2nO2 1 饱和一元羧酸和酯、羟基醛等
(4)烯烃顺反异构的特点与判断
①存在碳碳双键；
②碳碳双键上的同一碳原子上连有不同的原子或原子团。
应用举例
1.下列各组有机物中属于碳链异构的是_____________________________________________
(填序号，下同)，属于官能团位置异构的是___________________________________________，
属于官能团类别异构的是________。
①CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2
②CH2==CHCH2CH3和CH3CH==CHCH3
③CH3CH2OH和CH3OCH3
④CH3CH2CH2COOH和CH3COOCH2CH3
2．下列三种有机物是否存在顺反异构现象，若不存在，写出判断理由，若存在，写出顺反异构体。
(1)__________　__________________
(2)__________　___________________________________
(3)__________　_______________________________________
3．简单有机物同分异构体的书写
(1)烷烃同分异构体的书写：缩链法(主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边)。
应用举例
写出C7H16的同分异构体(用碳架结构表示)。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)烯烃、炔烃同分异构体的书写
顺序：碳链异构→位置异构→官能团异构。
技巧：烷烃邻碳去氢，烷烃邻碳上各去一个H可变成烯烃、邻碳上各去两个H可变成炔烃。
应用举例
分别写出碳原子数为4的烯烃、炔烃的同分异构体。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)苯的同系物：支链由整到散，苯环上排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。
应用举例
写出C9H12的含有苯环的同分异构体。
同分异构体的结构简式
一元取代物 、________________
二元取代物(邻、间、对)
三元取代物(连、偏、均)
(4)有含氧官能团的有机物：一般按类别异构(分好类别)→碳链异构→位置异构的顺序书写。
应用举例
写出C4H10O的同分异构体(只写出碳骨架和官能团)。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
4．同分异构体数目的判断技巧
(1)记忆法：记住一些常见有机物的同分异构体数目，如
①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体。
②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体。
③4个碳原子的链状烷烃有2种，5个碳原子的链状烷烃有3种，6个碳原子的链状烷烃有5种。
(2)基元法：烷基有几种就有几种一元取代物。
如—C3H7有2种，C3H7Cl有2种；C3H8O属于醇的结构有2种。
(3)等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，其规律有：
①同一碳原子上的氢原子等效。
②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。
③位于对称位置的碳原子上的氢原子等效。
(4)二元取代物数目的判断：定一移一法。可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定二元取代物的数目。
1．下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是(　　)
A．甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种
B．与互为同分异构体的芳香族化合物有6种
C．含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物可能有3种
D．菲的结构简式为，它与硝酸反应，可生成 5种一硝基取代物
2．下列说法不正确的是(　　)
A．分子式为C3H6O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有5种
B．四联苯()的一氯代物有5种
C．与具有相同官能团的同分异构体的结构简式为CH2==CHCH2COOH、CH3CH==CHCOOH
D．兴奋剂乙基雌烯醇()可能有属于芳香族的同分异构体
3．分子式为C5H12O的饱和一元醇与和它相对分子质量相同的饱和一元羧酸进行酯化反应，生成的酯共有(不考虑立体异构)(　　)
A．13种 B．14种
C．15种 D．16种
4．某芳香族化合物甲的分子式为C10H11ClO2，已知苯环上只有两个取代基，其中一个取代基为—Cl，甲能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出二氧化碳，则满足上述条件的有机物甲有(　　)
A．15种 B．12种
C．9种 D．5种
1．(2019·全国卷Ⅲ，8)下列化合物的分子中，所有原子可能共平面的是(　　)
A．甲苯 B．乙烷
C．丙炔 D．1,3-丁二烯
2．(2019·全国卷Ⅱ，13)分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)(　　)
A．8种 B．10种
C．12种 D．14种
3．(2020·江苏，12改编)化合物Z是合成某种抗结核候选药物的重要中间体，可由下列反应制得。
下列有关化合物X、Y和Z的说法正确的是(　　)
A．X分子中不含手性碳原子
B．Y分子中的碳原子一定处于同一平面
C．Z在浓硫酸催化下加热不能发生消去反应
D．X、Z分别在过量NaOH溶液中加热，均能生成丙三醇
4．(2022·河北，11改编)在EY沸石催化下，萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。
下列说法正确的是(　　)
A．M和N互为同系物
B．M分子中最多有12个碳原子共平面
C．N的一溴代物有5种
D．萘的二溴代物有9种
第58讲　有机化合物的空间结构　同分异构体
考点一
归纳整合
2．　CH3COOH
3．sp3　σ键　四面体形　sp2　σ键、π键　平面三角形　sp　σ键、π键　直线形
专项突破
1．C　2.C
3．(1)4∶1　(2)8
4．(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×
5．D
6．11　6　9
解析　以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如图所示结构。由于碳碳单键可以绕轴自由旋转，炔直线一定在苯平面内，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面，因而该有机物分子中的所有碳原子可能共面，最多有5＋6＝11个碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9个碳原子在苯平面内。由于苯分子、乙烯分子的键角均为120°，炔直线与所在苯环正六边形对角线上的碳原子共线，因而5个碳原子和炔基上的1个氢原子共线，即5＋1＝6。
考点二
归纳整合
1．相似　CH2
应用举例
(1)①④　(2)②
应用举例
1．①　②　③④
2．(1)否　双键上的同一碳原子连有相同原子
(2)否　无碳碳双键
(3)有(顺式)、(反式)
应用举例
C—C—C—C—C—C—C、、、、、、、、
应用举例
烯烃：CH2==CH—CH2CH3、CH3CH==CHCH3、
炔烃：CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3
解析
应用举例
　、、　、、
应用举例
、、、、C—O—C—C—C、、C—C—O—C—C
专项突破
1．B　
2.A　[分子式为C3H6O2的酯可能是HCOOC2H5、CH3COOCH3，水解得到的醇分别是C2H5OH、CH3OH，得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH，C2H5OH、CH3OH与HCOOH、CH3COOH形成的酯共有4种，A项错误；四联苯是具有两条对称轴的物质，即，有5种不同化学环境的氢原子，故有5种一氯代物，B项正确；将官能团的位置移动即可得其同分异构体：CH2==CHCH2COOH、CH3CH==CHCOOH，C项正确；该有机物含有4个环和1个碳碳双键，不饱和度为5，苯环的不饱和度为4，所以可能有属于芳香族的同分异构体，D项正确。]
3.D
4．A　[由题意知甲中含有羧基；苯环上只有两个取代基，其中一个为—Cl，则另一个为—C4H7O2，—C4H7O2含有羧基的结构有：—CH2CH2CH2COOH、、、和，共5种，取代基—C4H7O2与—Cl有邻、间、对三种情况，则满足条件的有机物甲有5×3＝15种。]
真题演练　明确考向
1．D　2.C
3．D　[A项，X分子中2号位碳原子上连接四个不同的原子和原子团，属于手性碳原子，错误；B项，碳氧单键可以发生旋转，因此Y分子中甲基上的碳原子不一定与其他碳原子共平面，错误；C项，Z分子中含有羟基，且与羟基相连的碳原子的邻位碳原子上有氢原子，因此可以在浓硫酸催化下加热发生消去反应，错误；D项，X与氢氧化钠的水溶液发生取代反应，可生成丙三醇，Z分子在NaOH溶液中，其酯基发生水解反应，氯原子发生取代反应，也可生成丙三醇，正确。]
4．C　[由题中信息可知，M和N均属于二异丙基萘，两者分子式相同，但是其结构不同，故两者互为同分异构体，A不正确；因为萘分子中的10个碳原子是共面的，由于单键可以旋转，异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面，因此，M分子中最多有14个碳原子共平面，B不正确；N分子中有5种不同化学环境的H原子，因此其一溴代物有5种，C正确；萘分子中有8个H原子，但是只有两种不同化学环境的H原子(分别用α、β表示，其分别有4个)，根据定一移一法可知，若先取代α，则取代另一个H的位置有7个；然后先取代1个β，然后再取代其他β，有3种，因此，萘的二溴代物有10种，D不正确。]

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