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怎样书写同分异构体
袁 俭 良
湖南省衡东县欧阳遇实验中学 421411 e-mail jianliangyuan@ ( mailto:jianliangyuan@ ) 0734-5385302
同分异构现象广泛存在于有机物中，同分异构体的知识也贯穿于中学有机化学的始终。因此，书写、判断同分异构体也就成为有机化学的一大特点。同分异构体问题涉及面广、规律性强，解决问题要求具备各方面的能力，因此历来受高考命题者青睐。这类试题是考查学生空间想象能力和结构式书写能力的重要手段。题目多以填空、选择的形式出现，涉及生产生活和新的科研成果，陌生度高。考生在平时训练中就应逐渐领会其中的本质，熟练掌握同分异构体的书写。
一、基础知识
1、理解基本概念
分子式相同但结构不同的化合物互称为同分异构体。
同分异构体的对象是化合物，可以是有机物，也可以是无机物。不过有机物中很多物质存在同分异构体，但最简式相同、分子式相同、相对分子质量相同、通式相同不一定是同分异构体。
属于同分异构体的物质必须分子式相同，分子式不同的一定不是同分异构体 。但分子式相同不是同分异构体的充要条件，即分子式相同的不一定是同分异构体，可能是同分异构体（结构不同），也可能是同种物质（结构相同）。
同分异构体不同的是结构，可以是同类物质，也可以是不同类物质，因而性质可能相同也可能不同。
最简式相同或元素百分含量相同的有机物不一定互为同分异构体。如最简式为CH2的烯烃、环烷烃间不一定互为同分异构体，最简式为CH2O的甲醛与醋酸不是同分异构体。
相对分子质量相同不一定是同分异构体。 如C2H6与HCHO ，H3PO4与 H2SO4不是同分异构体。
通式相同不一定是同分异构体。如CH2＝CH2与CH3—CH＝CH2不是同分异构体。因此只有透彻理解了基本概念才不会混淆，才能在书写同分异构体时驾轻就熟。
2、熟记同分异构体类别
类别 原因 实例
碳链异构 碳原子排列顺序不同造成 正丁烷与异丁烷
官能团位置异构 碳原子连接顺序不变而官能团位置改变 1-丙醇与2-丙醇CH2=CHCH2CH3与CH3CH=CHCH3
官能团类别异构 分子式相同而官能团不同造成 单烯烃、环烷烃CnH2n二烯烃、炔烃、环烯烃CnH2n-2饱和一元醇、烷基醚CnH2n+2O酚、芳香醇、芳香醚、烷（基）苯（基）醚CnH2n-6O饱和一元醛、酮、烯醇、环醇、环醚CnH2nO饱和一元羧酸、饱和羧酸酯、羟基醛、羟基酮CnH2nO2硝基烷、氨基酸、酰胺（RCONH2）亚硝酸酯CnH2n+1NO2
单个与多个官能团异构 某些官能团可以拆分 如羧酸（CH3COOH）与羟基醛（HOCH2CHO）
几种特殊的同分异构体 C6H12O6：葡萄糖和果糖、C8H8：苯乙烯和立方烷C8H10：乙苯和邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯C11H22O11：蔗糖和麦芽糖
物质类别异构（无机物与有机物） 氰酸铵NH4CNO与尿素CO（NH2）2
立体异构 常以信息题形式出现，如2—丁烯的顺反异构
二、同分异构体的书写
1、遵循价键守恒原理。共价键数碳原子四价，氢1价，氧2价，氮3价。
2、熟记某些基团的异构体种类：甲基、乙基无异构体，丙基2种异构体，丁基4种异构体，戊基8种异构体。熟练写出这些异构体种类对正确判断和书写有机同分异构体非常重要。
3、对碳链异构的同分异构体：先写出最长的碳链,再依次将少写一个碳原子的碳链作主链,少写的碳原子作支链,分别写出各种碳链骨架。书写时做到：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列由对位到邻位到间位。如己烷的五种异构体的主链碳原子分别由是6个、5个、4个。注意减少的两个碳原子有三种排列:平行排列（不同碳原子上）、上下排列（同一碳原子）、重叠排列（乙基）。
4、含官能团的烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酮等，它们有官能团位置异构、类别异构、碳链异构，书写要按顺序考虑。一般是：碳链异构→位置异构→类别异构。如戊醛先写出正丁烷与异丁烷碳链骨架，再将醛基连接不对称碳原子，最后写出类别异构戊酮的异构体。
5、插入法：适用于二价基团，如烯烃、炔烃（在不对称碳碳键中插入双键或三键）、醇类（在不对称碳氢键中插入氧原子）、醚类（在不对称碳碳键中插入氧原子）等。如C4H10O的醇类异构体是在正丁烷CH3-CH2-CH2-CH3和异丁烷（CH3）3CH的不对称碳氢键中插入氧原子，总共四种。
6、等效氢法：同一碳原子上的氢原子互为等效；与同一碳原子上相连的甲基上的氢原子互为等效，如新戊烷（可以看作四个甲基取代了甲烷分子中的四个氢原子），其四个甲基等效，各甲基上的氢原子等效，即新戊烷分子中的12个H原子是等效的；处于镜面对称位置的碳原子上的氢原子互为等效，如1，1，2，2-四甲基丁烷分子中的18个H原子是等效的。这种方法特别适合于环状有机物异构体的书写。
利用等效氢原子关系，可以很容易判断出有机物的一元取代物异构体数目。其方法是先判断出分子中不等效氢原子的种类，则一元取代物的结构就有多少种。如新戊烷（2，2，3，3—四甲基丁烷）的一氯代物只有一种；丙烷的一氯代物有2种（CH3—CH2—CH3中两个甲基上的6个H原子等效，亚甲基上的二个氢原子等效，分子中共2种不等效H原子）。
7、差量法：对于题目给出分子式的复杂有机物，要求按条件书写同分异构体时，可采用此法。首先考虑主体构成，然后从总分子式中减去主体后的剩余基团，再按条件确定剩余基团可能的结构，最后写出符合要求的同分异构体。如分子式为C7H8O的同分异构体的书写：先写出苯基C6H5—，剩余为CH3O—，可以是酚、醇，也可以是醚三类总共五种异构体。又如天然蛋白质的水解产物A（分子式C9H11O2N）中不存在甲基，写出A的结构简式。由于天然蛋白质的水解产物是a—氨基酸，故A应含有—CH(NH2)COOH，剩余基团为—C7H7，由于分子中不含－CH3，理应含有苯环，为C6H5CH2—。
8、基团连接法：将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基有四种，丁醇（看作丁基与羟基连接而成）也有四种，戊酸（看作丁基跟羧基连接物）也分别有四种。再如：C9H12的芳香烃（可看作一价苯基跟丙基、二价苯基跟一个甲基和一个乙基、三价苯基跟三个甲基连接而得）共有8种。
9、数学组合法：应用数学中的组合公式Cmn=Cmm-n，将有机物分子中的不同原子或基团换位进行换位。如二氯苯（C6H4Cl2）的同分异构体有3种，即可推知四氯苯（C6H 2Cl4）的同分异构体也必有3种（6个空位中填4个H原子的填法与填2个Cl原子的填法相同，即C64=C62）。又如乙烷分子中共有6个H原子，若有一个氢原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷有一种结构。同理，二氯乙烷有二种结构，四氯乙烷也有二种结构。

三、例题分析
例1、某烃的一种同分异构体只能生成一种一氯代物，该烃的分子式可能是（　）
A．C3H8 B．C4H10 C．C5H12 D．C8H18
解析：C3H8，C4H10的各种异构体分子中都存在不等效的H原子，因而各种异构体的一氯代物绝非一种，而从CH4、C2H6的结构看，其分子中H原子都等效，因而它们的H原子被甲基取代后的物质中的氢原子也分别都是等效的，因而C5H12，C8H18中的一种异构体C(CH3)4，(CH3)3C—C(CH3)3，其一氯代物各有一种，选CD。
答案：CD
例2、A、B、C、D、E五种芳香族化合物都是某些植物挥发油中的主要成分，有的是药物，有的是香料。它们的结构简式如下所示：
请回答下列问题：
（1）这五种化合物中，互为同分异构体的是__________。
（2），反应①采取适当措施，可使分子中烯键不起反应。
　　以上反应式中的W是A—E中的某一化合物，则W是________。X是D的同分异构体，X的结构简式是________。反应②属于_________（填反应类型）。
解析：（1）要找出互为同分异构体的化合物，只要找出分子式相同的但结构不同的化合物即可。其中只有B和C符合要求。
　　（2）给出了有机物的转化关系，且W是A—E中的化合物，X与D互为同分异构体。W氧化得 ，只能是E（）的醛基被氧化，故W为E。D的同分异构体X应与D有相同化学式，而比D少2个H原子，因而转变为X的反应只能是加H2反应，而H原子加在烯键上。
答案：
　　（1）B和C（2）E； ；还原（或加成、加氢）。
例3、化合物B3N3H6（硼氮苯）与C6H6（苯）分子结构相似，如下图：
　（苯）　　　　（硼氮苯）
则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体数目为（　）
A．2　　　B．3 C．4　　　　D．6
解析：
　　要推算硼氮苯的二氯取代物数目，其方法是：先将一个Cl原子定在B原子上，移动另一Cl原子，得3种结构；将另一Cl原子定于N原子上，移动另一Cl原子，也得3种结构，其中有两种（另一个Cl在B上的）与前面重复，故只有四种。
答案：C
例4、人们使用四百万只象鼻虫和它们的215磅粪物，历经30多年时间弄清了棉子象鼻虫的四种信息素的组成，它们的结构表示如下（括号内表示④的结构简式）
以上四种信息素中互为同分异构体的是（　）
A．①和②　　　　B．①和③ C．③和④　　D．②和④
解析：本题看似复杂，其实只要写出四种信息素的分子式，问题即迎刃而解，因为分子式不同不可能互为异构体。四种信息素的结构各不相同，只要分子式相同的即互为同分异构体。
答案：C
四、巩固练习
窗体顶端
1、分子式为C10H8的某有机物结构简式为：还可写成，以下有机物中与上述有机物互为同分异构体的是（　）
A．　　　　　　　　　　　　　　　　　　 B．
C．　　　　　　　　　　　　　　　　　　D．
2、有机物CH3O—C6H4—CHO，有多种同分异构体，其中属于酯且含有苯环结构的共有（　）
A．3种　　　 B．4种 C．5种　　　　 D．6种
3、菲的结构简式为，从菲的结构简式分析，菲的一氯取代物共有（　）
A．4种　　　　 B．5种 C．10种　　　　　　　D．14种
4、分子式与苯丙氨酸（）相同，且同时符合下列两个条件：①带有两个取代基的苯环，②有一个硝基直接连接在苯环上。其异构体的数目是（　）
A．3　 　 B．5 C．6　　　　 　D．10
　　 　　
窗体底端
5、若某化合物是由某单烯烃与H2加成后的产物，则符合条件的单烯烃可能有_____种；若该化合物是由某单炔烃与H2加成后的产物，则符合条件的炔烃可能有____种。
6、液晶是一种新型材料。MBBA是一种研究得比较多的液晶化合物。它们可以看作是由醛A与胺B去水缩合而成的产物。
醛A： 胺B：
（1）对位上有—C4H9的苯胺可能有4种异构体，它们是
，
，
　_____________。
（2）醛A的异构体甚多，其中属于酯类化合物，且结构中含有苯环的异构体就有6个，它们是：
　　
　　　__________________，_______________。
答案及提示：
1、只要观察四个选项中物质的碳原子数，环的个数，双键数，即可确定选A、C。
2、据题意该物质中有，按一定规律书写有：改变—CH3位置有3种形式。
3、将题给物质写为，一氯代物位置如图带圈的位置，共有五种。
4、符合条件的异构体为，然后分别改变—NO2的位置，共有六种。
5、由烯烃加成的规律知，烯烃加成前后比较，在原来的双键碳原子上各结合了一个H。在题给化合物分子中，若相邻两个碳原子上都结合有H原子，该位置可能是原烯烃的双键位置，这样的位置有多少个（相互对称的这种位置算一个），原烯烃就有多少种。同理，由炔烃三键加成前后的变化知该烷炔分子中相邻的两个碳原子如果都含有2个或3个H原子，该位置即原炔烃三键可能的位置。
答案：5　1
6、本题考查的是同分异构体的书写规律和结构简式的书写。
（1）题目要求的是对位基团为—C4H9的苯胺，其实是列举丁基的四种异构体，其中已经列举了3种，要求剩下的一种。
（2）题目要求列举醛A酯类的同分异构体，其中6种已列出四种，而这四种异构体，分别是苯甲酸甲酯、乙酸苯酯、甲酸甲酚酯（2个），由于甲基苯酚有三个异构体（邻、间、对），明显少邻甲酚与甲酸形成的一种酯。另外酚类与芳香醇类互为异构体，由甲基苯酚应想到苯甲醇，而列举出的异构体中缺少苯甲醇的甲酸酯。
答案：

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