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-专题三 同系物和同分异构体-第 12 页专题三 同系物和同分异构体考纲要求：1、 了解同分异构现象普遍存在的本质原因。2、 掌握同分异构和同系物的概念，会辨认同系物和列举同分异构体。知识点：一、同系物：1、定义：2、同系物的判断规律(1)一差(分子组成差一个或若干个CH2)；(2)二同(同通式，同结构)；(3)三注意：必为同一类物质结构相似(有相似的原子连接方式或相同的官能团种类和数目)同系物间物理性质不同，化学性质相似，因此，具有相同通式的有机物除烷烃外都不能确定是不是同系物。二 、同分异构体1 概念辩析(同分异构、同一种物质、同系物)同分异构：化合物具有相同的分子式,但结构不同的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。在中学阶段，引起同分异构的原因主要有三种：碳架异构、位置异构和官能团异构。识别两者是否是同分异构体，首先要查碳原子数，判别分子式是否相同，然后再看结构式。在分子式相同的情况下，若结构不同，则两者必为同分异构体。 同一种物质：两者不仅分子式相同，而且结构也完全相同，则为同一种物质。同一种物质应具有相同的物理参数，如有相同的熔沸点。判断两结构是否相同方法有二：(1)将分子整体翻转或沿对称要素(面、线)旋转后能“重合”者；(2)用系统命名法命名,所得名称相同者。 同系物：结构相似，在分子组成上相差一个或几个CH2原子团的物质互称同系物。结构相似是指分子中含有官能团的种类和数目都要相同。如乙醇与丙醇为同系物,但乙二醇与丙三醇就不属同系物了。 若已知两结构式要判断它们是否具有相同的分子式，数不饱和度要比数氢原子数目快捷得多。在C、O、N、Cl等原子数对应相同的前提下，不饱和度相同的，分子式一定相同。 如：两者C、O、Cl原子数相同，不饱度都是4，所以两结构式具有相同的分子式。而结构显然不同，因此两者应为同分异构体。对于稠环芳香烃利用公用边数目来确定两个已知结构式的关系则很方便。在苯环数相同的前提下，若公用边数相同，且各苯环排列顺序又相同，则两者表示的是同一种物质；若公用边数相同，且各苯环排列顺序不相同，则两者表示的是同分异构体；若公用边数不同，则两者即不是同分异构体，也不是同一物物质。练1-1下列4式表示的是棉子象鼻虫的四种的信息素的结构简式，其中互为同分异构体是()解析：中含10个碳原子，都有11个碳原子，含一个-CH2OH，比式(含一个-CHO)多二个氢，故不是同分异构体。分子式相同，但式是一个六元环，式是一个四元环，两者结构不同，故互为同分异构体。 练1-2 下列各组物质中属于同分异构体的是，属于同系物的是，既不是同系物又不同分异构体的是，属于同一种物质的是。乙酸和硬脂酸 硝酸乙烷和氨基乙酸 苯甲酸和对苯二甲酸解析： 组属于同分异构体，分子式都是C7H8O，但前者属芳香醇，后者属酚；组属同系物，同属一元脂肪酸系列，分子组成相差16个CH2；是同分异构体，要掌握同碳数的硝基烷和氨基酸是互为类别异构；组两者含碳数不同，不是同分异构体，两者虽都有含羧基-COOH，但含有羧基数不同，也不属同系物。组要注意到C-C单键可绕键轴旋转，故两结构式是相同，表示的是同一种物质。练1-3 萘分子的结构可以表示为 或 ，两者是等同的。苯并芘是强致癌物质(存在于烟囱灰、煤焦油、燃烧的烟雾和内燃机的尾气中)。它的分子由5个苯环并合而成，其结构式可以表示为()或()式： 这两者也是等同的。现有结构式A、B、C、D： A B C D其中：与()、()式等同的结构式是( )；与()、()式同分异构体的是( )。解析 以()式为基准，图形从纸面上取出向右翻转180°后再贴回纸面即得D式，将D式在纸面上逆时针旋转45°即得A式。因此，A、D都与()、()式等同。也可以()式为基准，将()式图形在纸面上反时针旋转180°即得A式，()式在纸面上逆时针旋转135°即得D式。 从分子组成来看，()式是C20H12，B式也是C20H12，而C式是C19H12，所以B是、 的同分异构体，而C式不是。稠环芳烃共用边数法 A与D 两式共用边都是 6条，且五个苯环的排列顺序实质是一样的，所以两式表示的是同一种物质。A 与 B(或D与B )五个苯环都共用6条边，但苯环的排列顺序不一样，所以它们互为同分异构体。而C式五个苯环共用的是7条边，因此 C 与其它三式即不是同分异构体，也不是同一种物质。答案是(1)AD；(2)B。2 烃的异构2.1 烷烃的异构(碳架的异构)熟记C1-C6的碳链异构: CH4、C2H6、C3H8 无异构体；C4H10 2种、C5H12 3种、C6H14 5种。2.2 烯炔的异构(碳架的异构和碳碳双键或叁键官能团的位置异构)如丁烯C4H8有两种碳链，形成3种异构体：2.3 苯同系物的异构(侧链碳架异构及侧链位置的异构) 如C9H12有8种异构体：3 烃的一元取代物的异构(取代等效氢法)卤代烃、醇、醛、羧酸都可看着烃的一元取代物。确定它们异构体可用取代等效氢法。等效氢概念有机物分子中位置等同的氢叫等效氢，分子中等效氢原子有如下情况：分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效。同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效。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而得)，其四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个H原子是等效的。分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个H原子是等效的。取代等效氢法要领 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。其方法是先写出烃(碳架)的异构体，观察分子中互不等效的氢原子有多少种，则一元取代物的结构就有多少种。C3H7X 一种碳链，共有 2 种异构体 C4H9X 二种碳链，共有 4 种异构体 C5H11X 3种碳链，共有 8 种异构体这里的一元取代基X，可以是原子，如卤原子，也可以是原子团，如-OH、-CHO、-COOH、HCOO-等。因此，已知丁基-C4H9有四种，则可断定丁醇、戊醛、戊酸以及甲酸丁酯都有4种异构体。 观察并找出分子结构中的对称要素是取代等效氢法的关键例：菲和蒽互为同分异构体，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(B)A4种 B.5种 C10种 D14种 提示：找出菲结构的对称轴，则答案显见。练3-1 分子式为C11H16的一烷基取代苯的同分异体共有 8 种解析 一烷基取代苯C6H5-C5H11可看作苯基取代戊烷中的一个氢，而戊基有8种异构体，所以C11H16共有8 种一烷基取代苯的同分异构体。练3-2蓝烷分子结构如，试写出蓝烷分子式：C10H10，它的一氯代物共有 4 种。说明常可根据某些烃存在的一元取代物数目，反推原烃分子结构式。如含碳原数少于10的烷烃中，其中一卤代物不存在异构体的有 4 种。又如，已知烯烃C6H12的一氯代物只有一种，则可断定该烯烃的分子结构为H3C CH3 C=C H3C CH3 4 烃的二元(或三元)取代物的异构4.1 有序法(定一移一)有序法要求解决问题时遵循一定的特定线索和步骤去探索的一种思维方法。应用有序法解决烃的多元取代物异构体问题的步骤顺序是：先写出碳架异构，再在各碳架上依次先定一个官能团，接着在此基础上移动第二个官能团,依此类推，即定一移一。例 二氯丙烷有 4 种异构体，它们的结构简式是解析三个碳，碳链只有一种(不包括环)。先定一个氯原子在1号碳上，然后把第二个氯原子分别移到1、2、3 号碳上，得三种异构体；接着将一个氯定在2号碳上，此时第2个氯就只以能接在2号碳上，因此共得到4种异构体。解题中要注意判断排除重复的结构。 练4-1 苯丙醇胺(PPA)结构简式如下：-CH-CH-CH3 其中-代表苯基 HO NH2将-、NH2、-OH在碳链上的位置作变换，还可以写出其它 8 种异构体(不包括-OH和-NH2连在同一碳原子的异构体。试写出包括PPA自身在内的这些异构体的结构简式。解析 有序思维推导过程如下：第一步：先定位-苯基，苯基在碳链上只有两种连接；第二步：在定位了-苯基所得到的二式中，分别变换-OH在碳链上的位置，得-第三步：在定位了-、-OH的上述-五个式中分别变换-NH2，共得到9种异构体。(注意按题意-NH2不能与-OH接在同一碳原子上 )由式得 由式得由式得由式得由式得练4-2 蒽的结构式为 它的一氯代物有 3 种，二氯代物有 15 种。解析 蒽分子结构中有三种位置不同的氢，即有三种不同的等效氢，因此它的一氯取代产物有3种；二氯代物数推异的思路是：先写出三种一氯代物结构，再遂一分析各一氯代物又能衍生出几种二氯代物，要注意剔除重复的结构.4.2 换元法例 已知C6H4Cl2 有三种异构体，则C6H2Cl4有三种异构体。(将H代替Cl)练4-3 已知A的结构为 A的n溴代物与m溴代物的异构体数目相同，则n和m必满足关系式 m+n=65 酯的异构5.1 插入法 将酯基插入烃的碳链中则为酯，此法也适用于醚和酮等。解法步骤：第一步：先写去掉酯基余下组成(烃)的各可能的碳链结构；第二步：将酯基以两种不同的方向(正向-COO-反向-OOC-分别插入第一步写出的各式的CC键中；第三步：将酯基以反向分别插入第一步写出的各式的CH键中(若以正向插入则得羧酸)。 例 写出分子式为C5H10O2 且属于酯的的各种同分异构体的结构简式解析 C4 只有两种碳链，将酯基按正反两种方向分别插入CC键中，得5种酯(如下图所示)；再将酯基按反向插入这两种碳架不同的CH键中，则得到4种甲酸酯。因此 C5H10O2酯的异构体共有 9 种。 5.2 拆分法酯可拆分为合成它的羧酸和醇(酚)。若已知酸有m种异构体，醇有n种异构体，则该酯的同分异构体有m×n种。而羧酸和醇的异构体可用取代有效氢法确定。以C5H10O2为例推异其属于酯的异构体数目及结构简式：解析 甲酸丁酯 HCOOC4H9 异构体数为 1×4=4 种乙酸丙酯 CH3COOC3H7 异构体数为 1×2=2 种丙酸乙酯 C2H5COOC2H5 异构体数为 1×1=1 种丁酸甲酯 C3H7COOCH3 异构体数为 2×1=2 种因此，分子式为C5H10O2其属于酯的异构体共有 9 种。同理可知，C3H7COOC4H9 其中属于酯的同分异构体共有 2×4=8 种。练5-1 分子式为 C8H8O2 的异构体很多：(1)其中属于羧酸类，且结构中含有苯环的异构体的结构简式(共有4种)。(2)其中属于酯类，且结构中含有苯环的异构体的结构简式(共有6种)。解析 运用插入法,从分子式分析 C8H8O2 提出一个酯基(-COO-)的组成,分子式可改写为C7H8-CO2,而C7H8的芳香烃的碳架只有一种,将酯基(-COO-)正向插入C-H键中得4种羧酸:将酯基反向插入C-H键中得4种甲酸酯,再将酯基按两种不同方向插入C-C键中,又得到2种酯。.因此，共有六种符合题意的酯的异构体。若按侧链数及侧链位置关系的思路也可写出这六种结构式：6 类别异构6.1 常见类别异构(1)CnH2n (n3)：烯烃和环烷烃；(2)CnH2n2 (n3)：二烯烃和炔烃；(3)CnH2n2O (n2)：饱和一元醇和饱和一元醚；(4)CnH2nO (n2)：饱和一元醛、烯醇和环氧烷；(n3)饱和一元酮；(5)CnH2nO2 (n2)：饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱一元醇酯；(6)CnH2n6O (n7)：酚、芳香醇和芳香醚；(7)CnH2n1O2N (n2)：氨基酸和硝基化合物。此外，还有几种特殊的同分异构体：（1） C8H8：苯乙烯和立方烷；（2） C6H12O6：葡萄糖和果糖；（3） C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；（4） CH4N2O：尿素CO(NH2)2和氰酸铵NH4CNO例6-1 芳香族化合物A的分子式为C7H6O2，将它与NaHCO3溶液混合加热，有酸性气体产生，那么包括A在内，属于芳香族化合的同分异构体数目是( D)A. 2 B. 3 C. 4 D. 5解析 分析分子式,考虑到类别异构,可知有1种酸(苯甲酸),1种酯(甲酸苯酯),和3种羟基苯甲醛(邻、间、对)，共有5种异构体。6.2 提留原子(团)法方法要领 先提留出分子结构中按题意要求必需存在的原子或原子团等结构组成要素，然后将余下的组成按碳架异构、类别异构、位置异构顺序写出符合要求各种同分异构体的结构。例6-2 有机化合物甲结构式为 其化学式为C14H20O 。已知乙是甲的酚类异构体，且分子结构中不含甲基。试写出两种属于不同类别的酚的异构体(各举一例)。解析 根据题意，先提留出作为酚的结构组成，则分子式可改写为C6H5O-C8H15残基(-C8H15)符合烯基或环基的组成，而又要求不含甲基，所以符合题意的两例结构简式如下：例6-3 某有机物分子式为 C7H8O 结构简式为 。试写出与它互为同分异构体的芳香烃含氧衍生物的结构简式。解析 依题意，分子式提留出苯基组成后可改写为 C6H5-CH3O，其碳架只一种，写出碳架后，再将氧原子依次插入 C-H键和 C-C键中，则可写出符合题意的异构体共5种，其结构简式如下：7巩固练习练7-1 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)，反应采取的适当措施，使分子中碳碳双键不反应。以上反应式中的W是AE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 。反应属于_(填反应类型)。练7-2 用式量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子，所得芳香烃产物的数目为( )A.3 B.4 C练7-3 二恶英是一类具有高毒性芳香族化合物的总称，其母体A结构如图： (1)已知 A 一氯代物有二种，则 A 的七溴代物共有 种(2)A 的二氯取代物共有 种。练7-4 某化学式 C10H14O的含氧衍生物，测得分子中含2个-CH2-，1个 ，1个-CH3，1个苯环和 1个-OH，则该化合物可能的结构有_种 练7-5主链为4个碳原子的某烷烃有2种同分异构体，则具有相同碳原子数，主链也是4个碳原的烯烃的异构体应有( )种。A. 2 B. 3 C. 4 D.5 练7-6 分子式为C9H20的烷烃，它的同分异体有些只能由一种相应的烯烃经催化加氢得到。C9H20的具有这样结构的同分异构体共有( )。A. 1种 B. 2种 C. 3种 D. 4种练7-7 有机物 A ,结构式为 C6H5-CH2-CH2-OH 。请问与它同类的芳香族的同分异构体还有种。 练7-8 (1)今有A、B、C三种二甲苯；将它们分别进行一硝化反应，得到的产物分子式都是C8H9NO2，但A得到两种产物，B得到3种产物，C只得到一种产物。由此可以判断A、B、C各是下列哪一结构，请将字母填入结构式后面的括号中。 (2)化合物D的分子式也是C8H9NO2，分子中有苯环，苯环上有三个取代基，其中之一为羧基，则D的结构有_种。练7-9 有机物 A ，它的结构简式为 C6H5-CH2-CH2-CH2OH。它有多种同分异构体，其中能与金属钠反应且苯环上只有一个取代基的同分异构体有种(包括A自身)。练7-10 与化合物 CH3O-C6H4-CHO 互为同分异构体，且结构中含苯环，属酯类的有机物共有种。练7-11 立方烷 C8H8 的二氯代物和六氯代物分别有种和种。练7-12 有机物A的结构简式为 。同时符合下列3个条件的A的同分异构体数目有 种。 含有邻二取代苯环结构； 与A有相同的官能团 ； 不与FeCl3发生显色反应。 专题三 同分异构体和同系物强化训练：单选题1、下列几组物质，既不是同系物，也不是同分异构体的一组是A2丙醇和丙二醇 B乙醇和甲醚 C醋酸和软脂酸 D苯和甲苯2、已知萘的n溴代物和m溴代物的种数相等，则n与m(nm)的关系是 An+m=6 Bn+m=4 Cn+m=8 D无法确定3、下列各组物质中，两者互为同分异构体的是    CuSO4·3H2O和CuSO4·5H2O   NH4CNO和CO(NH2)2     C2H5NO2和H2NCH2COOH Pt(H2O)4Cl3和Pt(H2O)2Cl2·2H2O·ClA    B    C    D4、乙酸苯甲酯的结构简式如右图，它有很多种同分异构体，其中含有酯基的一取代苯结构的同分异构体，除所给出的乙酸苯甲酯外，还有( )种A3 B4 C5 D65、分子式为C5H10O2的酯共有(不考虑立体异构)：A7种B8种C9种D10种6、2001年9月1日将执行国家食品卫生标准规定，酱油中3氯丙醇(ClCH2CH2CH2OH)含量不得超过1ppm。相对分子质量为94.5的氯丙醇(不含结构)共有A2种 B3种 C4种 D5种7、已知化合物B3N3H6(硼氮苯)与C6H6(苯)的分子结构相似，如图：则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2 的同分异构体的数目为A2 B4 C3 D68、分子式为C4H10O并能与金属钠反应放出氢气的有机化合物有A3种 B4种 C5种 D6种9、分子式为C5H12O2的饱和二元醇，有多种同分异构体(其中一个碳原子上连接两个羟基的同分异构体是不能稳定存在的，不计算在内)，其中主链上碳原子数为3的同分异构体数目为m，主链上的碳原子数目为4的同分异构体数目为n，下列各组数据中，m, n均正确的是 A. m=1, n=6      B. m=2, n=6        C. m=1, n=7         D. m=2, n=710、有机物甲的分子式为C9H18O2，在酸性条件下甲水解为乙和丙两种有机物，在相同的温度和压强下，同质量的乙和丙的蒸气所占体积相同，则甲的可能结构有 A8种      B14种 C16种 D18种11、与 互为同分异构体的芳香族化合物有A、2种          B、3种          C、4种        D、5种12、某有机物的结构简式为   ，它的含有醛基(CHO)的芳香族化合物的同分异构体共有A3种            B4种           C5种           D6种13、分子式与苯丙氨酸相同，且同时符合下列两个条件：苯环上有两个取代基有一个硝基直接连在苯环上，这样的同分异构体有A3种         B5种            C6种            D10种14、莽草酸是制取抗禽流感药物“达菲”的中间活性物质，其结构简式如下图所示。它不可能存在下列类别的同分异构体              A酚类          B醛类          C醇类         D酯类15、某羧酸衍生物A，其分子式为C6H12O2。实验表明A和氢氧化钠溶液共热生成B和C，B和盐酸反应生成有机物D，C在铜催化和加热条件下氧化为E，其中D、E均不能发生银镜反应，由此判断A的可能结构有A6种                B4种             C3种                D2种16、某有机物A的化学式为C6H12O2，已知AE有如图转化关系，且C、E均能发生银镜反应，则A的结构可能有A2种        B3种        C4种         D5种17、有机物甲是一种包含有一个六元环结构的化合物，其分子式为C7H12O2，在酸性条件下可以发生水解，且水解产物只有一种，又知甲的分子中含有两个甲基，则甲的可能结构有 A6种  B8种  C10种 D14种18、下列叙述不正确的是 AC2H6O和C3H8O两种醇的混合物与浓硫酸混合加热，可能生成8种有机物B分子式为C7H8O的芳香族有机物有5种，其中有3种能发生显色反应C分子式为C6H14O的有机物发生催化氧化最多可得到8种醛，这些醛氢化后，仅有一种不能发生消去反应D分子式为C8H8O2的芳香族化合物中，1molC8H8O2与足量NaOH溶液反应能消耗2molNaOH的有4种12345678910111213141516171819、2000年，国家药品监督管理局发布通告暂停使用和销售含苯丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺(英文缩写为PPA)结构简式如下：其中代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是(1)PPA的分子式是： 。(2)它的取代基中有两个官能团，名称是 和 (请填写汉字)。(3)将、H2N、HO在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中5种的结构简式是：请写出另外4种同分异构体的结构简式(不要写出OH和NH2连在同一个碳原子上的异构体)：20、某芳香族化合物A的分子式为C7H6O2，能溶于NaHCO3水溶液，将此溶液加热，能用石蕊试纸检验出有酸性气体产生。(1)写出化合物A的结构简式：_；(2)A有几种属于芳香族化合物的同分异构体，写出它们的结构简式。21、已知化合物A的相对分子质量为182.5，其分子组成可以表示为CxHyOCl。有关转化关系如图所示： C在一定条件下可发生反应，生成一种高分子化合物E，E的结构简式为 ，其中R、R为烃基。 请回答以下问题： (1)A中含有的含氧官能团的名称是 ；的反应类型为 ； (2) A的化学式为 ； (3)已知E中R的两个取代基呈对位，则E的结构简式为 ； (4)写出反应的化学方程式 ； (5)D在浓硫酸、加热的条件下反应生成F(C11H12O2)，F在一定条件下可以发生加聚反应，写出该加聚反应的化学方程式 ； (6)在B的多种同分异体中，写出分子结构中含有 ，且属于酯的同分异构体的结构简式 。22、液晶是一种新型材料。MBBA是一种研究得较多的液晶化合物。它可以看作是由醛A和胺B去水缩合的产物。(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式中有苯环的异构体就有6种，它们是：_。23、A与芳香族化合物B在一定条件下反应生成C，进一步反应生成抗氧化剂阿魏酸。A的相对分子质量是104，1 mol A与足量NaHCO3反应生成2 mol气体。已知：RCHO+CH2(COOH)2RCH=C(COOH)2+H2O，RCH=C(COOH) 2RCH=CHCOOH+CO2 A B (含醛基)阿魏酸(C10H10O4)一定条件 一定条件C(1)C可能发生的反应是_(填序号)：a氧化反应 b水解反应 c消去反应 d酯化反应 (2)等物质的量的C分别与足量的Na、NaHCO3、NaOH反应时消耗Na、NaHCO3、NaOH的物质的量之比是_。(3)A的分子式是_。(4)反应的化学方程式是_。(5)符合下列条件的阿魏酸的同分异构体有_种，写出其中任意一种的结构简式_。在苯环上只有两个取代基；在苯环上的一氯取代物只有两种；1 mol该同分异构体与足量NaHCO3反应生成2 molCO2。专题三 同分异构体和同系物参考答案巩固练习：练7-1 (1)B和C (2)E； ；还原(或加成)反应练7-2 D练7-3 (1)2； (2)10。练7-4 6练7-5C练7-6 C练7-7 4练7-8 (1)C、A、B (2)10练7-9 5练7-10 6练7-11 3 3练7-12 3强化训练：123456789101112131415161718ACBCCBBBBCDBCADCCD19、 (1)C9H13NO (2)羟基、氨基(3)20、(1)(2)有4种同分异构体21、(1)醛基 酯化反应(或取代反应) (2)C10H11OCl (3) (4)或 (5) (6) 22、(1) (2) 23、(1)a、d (2)3:2:3 (3)C3H4O4一定条件(4) + CH2(COOH) 2 +H2O(5)4种 (写出下列四种结构中的任意一种均可)