同分异构体数目判断四法.doc

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1、. 同分异构体数目判断四法同分异构体数目判断四法 同分异构体是指具有相同的分子式，但具有不同结构式的化合物。同分异构体数目的 判断是有机化学中的一个难点，下面介绍四种常见的判断方法。 一、等效氢法 要点：同C 上的 H 是等效的；同C 上所连的上的 H 是等效的；同一 分子中处于轴对称或中心对称位置上的 H 是等效的。 例 1 化合物中，若两个 H 被一个和一个取代，则得到的同分异构体 数目为（ ）种。 解析：有两条对称轴即，所以有两种一氯代物即和 ，而这两种一氯代物都没有对称轴，所以从中再插入一个硝基各有 7 种，故共有 14 种。 二、不饱和度法 不饱和度又称缺氢指数，即是将有机物分子与碳

2、原子数相等的烷烃相比较，每减少 2 个氢原子，则有机物的不饱和度增加 1，用表示。若有机物为含氧化合物，因为氧为二 价，C=O 与 C=C“等效”，所以在进行不饱和度计算时可不考虑氧原子。至于有机物分子 中的卤素原子，可视为氢原子。 例 2 化学式为，且遇溶液呈紫色的芳香族化合物的数目是（ ）种。 解析：首先确定的不饱和度，由题中知其为芳香族化合物， 而的不饱和度即为 4，所以除苯环外，其他都是饱和的，即还有一个和 一个，上连接一个和一个，有邻、间、对三种位置，故这类芳香族 化合物的数目为 3 种。 三、优先组合法 不同基团的连接组合方法：定中心，连端基；插桥梁基，定结构。 例 3 已知某有机

3、物的化学式为，结构中有 2 个，2 个，1 个，和 1 个，写出其可能的结构。 解析：首先定中心，连端基：即，再插入桥梁基，2 个 可分为两个和 1 个。两个的插法有 . 两种，即和；1 个的 插法有两种，即和。 四、换元法 例 4 已知二氯苯的同分异构体有 3 种，从而推断四氯苯的同分异构体有（ ）种；一氯 戊烷有 8 种同分异构体，则戊醇属于醇类的同分异构体有（ ）种。 解析：苯只有 1 种等效氢共 6 个，从 6 个中选 2 个与从 6 个中选 4 个完全相同，所以 二氯苯的同分异构体有 3 种，四氯苯的同分异构体也有 3 种。同理：把一氯戊烷中的氯换 成醇中的，即得戊醇属于醇类的同分异

4、构体有 8 种。 一一. . 书写书写同分异构体同分异构体的一个基本策略的一个基本策略 1.判类别：据有机物的分子组成判定其可能的类别异构(一般用通式判断)。 2.写碳链：据有机物的类别异构写出各类异构的可能的碳链异构。一般采用“减链法” ，可概括为：写直链，一线串；取代基，挂中间；一边排，不到端；多碳时，整到散。即 写出最长碳链，依次写出少一个碳原子的碳链，余下的碳原子作为取代基，找出中心 对称线，先把取代基挂主链的中心碳，依次外推，但到末端距离应比支链长，多个碳作 取代基时，先做一个，再做两个、多个，依然本着由整大到散的准则。 3.移官位：一般是先写出不带官能团的烃的同分异构体，然后在各余

5、碳链上依次移动 官能团的位置，有两个或两个以上的官能团时，先上一个官能团，依次上第二个官能团， 依次类推。 4.氢饱和：按“碳四键”的原理，碳原子剩余的价键用氢原子去饱和，就可得所有同 分异构体的结构简式。 按“类别异构碳链异构官能团或取代基位置异构”的顺序有序列举的同时要充分 利用“对称性”防漏剔增。 二确定同分异构体的二个基本技巧二确定同分异构体的二个基本技巧 1.1.转换技巧转换技巧适于已知某物质某种取代物异构体数来确定其另一种取代物的种数。此类 题目重在分析结构，找清关系即找出取代氢原子数与取代基团的关系，不必写出异构体即 得另一种异构体数。 2.2.对称技巧对称技巧-适于已知有机物结

6、构简式，确定取代产物的同分异构体种数，判断有机物 发生取代反应后，能形成几种同分异构体的规律。可通过分析有几种不等效氢原子来得出 结论。 同一碳原子上的氢原子是等效的。 同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。 . 处于镜面对称位置上的氢原子是等效的(相当于平面镜成像时，物与像的关系)。 三三. . 书写或判断同分异构体的基本书写或判断同分异构体的基本方法方法 1 1有序分析法有序分析法 例题例题 1 1 主链上有 4 个碳原子的某烷烃，有两种同分异构体，含有相同碳原子数且主链上 也有 4 个碳原子的单烯烃的同分异构体有 A2 种 B3 种 C.4 种 D。5 种 解析：根据烷烃同分异构体的书

7、写方法可推断，主链上有 4 个碳原子的烷烃及其同分 异构体数分别为：一个甲基(1 种)；两个甲基(2 种)；三个甲基(1 种)；四个甲基(1 种)。 所以符合此条件的烷烃的碳原子数为 6 个。故含有相同碳原子数且主链上也有 4 个碳原子 的单烯烃有： 共 4 种。故答案为 C 项。 注意：(1)含官能团的开链有机物的同分异构体一般按“类别异构碳链异构官能团 或取代基位置异构”的顺序有序列举，一定要充分利用“对称性”防漏剔增。 (2)碳链异构可采用“减链法” ，此法可概括为“两注意、四句话”。两注意：选 择最长的碳链为主链；找出中心对称线。四句话：主链由长到短(短不过三)，支链由整 到散，位置由

8、心到边(但不到端)，排布由对到邻到间(对、间、邻)。 (3)苯的同系物的同分异构体的判断技巧主要把握以下两个方面。烷基的类别与个数， 即碳链异构。烷基在苯环上的位次，即位置异构：如果是一个侧链，不存在位置异构； 两个侧链存在邻、间、对三种位置异构；三个相同侧链存在连、偏、均三种位置异构。 2 2等效氢法等效氢法 例题例题 2 2 分子式是 C8H10苯的同系物在苯环上的一硝基取代物的同分异构体共有多少种？ 解析 判断有机物发生取代反应后生成同分异构体数目，可采用“等效氢法”，即找 出该有机物分子中有多少种“等效氢原子”，具体分析如下： ， 共计 9 种。又例如： . 3 3背景转换法（排列组合

9、法）背景转换法（排列组合法） 依据：烃分子中若有 n 个氢原子，其中 m 个氢原子被取代的产物数目与( n -m)个氢 原子被同一原子或原子团取代的产物数目相等。 例题例题 4 4 已知萘的 n 溴代物和 m 溴代物的种数相等，则 n 与 m(mn)的关系是 Am+n=6 Bm+n=4 Cm+ n= 8 D无法确定 解析：解题过程要避免犯策略性的错误，相当多的同学按照常规思维方式思考：根据 萘的结构利用等效 H 原子的方法判断知道，它的一溴代物有 2 种、二溴代物有 10 种、 六溴代物有 10 种、七溴代物有 2 种，再利用数学的不完全归纳法才发现同分异构体数 目相等时的 m 与 n 的定量

10、关系：1+7=8，2+6=8，m+n=8,用了好长时间才确定答案为 C。也有部分同学因为书写或判断同分异构体的复杂性，不到终点就放弃作答。 聪明的同学会见机行事，变“正面强攻”为“侧面出击”，迅速转换思维的角度和思 考的方向。正确的思路是：从萘的分子式 C10H8出发，从分子中取代 a 个 H 原子（C10H8- aBrn）与取代 8-a 个 H 原子（C10HnBr8-a）的同分异构体数目应该是相等的，因为对 C10H8- aBra若观察的是个 Br 的位置，而对 C10HnBr8-a则转化为观察 a 个 H 的位置关系了。 从数学角度思维可使用排列组合的方法：C8a=C88-a（因为Cmn

11、=Cmm-n）。 解答本题的策略在于等价变通，例如 CH2=CHCl 与 CCl2=CHCl C5H11Cl 与 C5H12O 的醇等的关系都是同分异构体数目相等。 解题思维策略对完成条件向结果转化和实现解题起着关键性的作用。策略性错误主要 是指解题方向上的偏差，造成思维受阻或解题过程中走了弯路，费时费事，还不一定能够 做对。 4 4烷基异构规律法烷基异构规律法 例题例题 5 5 能和金属钠反应，分子组成为 C4 H100 的同分异构体有 ( ) A4 种 B5 种 C6 种 D7 种 解析 思维模式：烷思维模式：烷 烷基烷基 烷的一元取代物烷的一元取代物 C C3H H89 （1 1 种）种

12、） -C-C3H H7（2 2 种）种） 2 2 种种 C C4H H10 （2 2 种）种） -C-C4H H9 （4 4 种）种） 4 4 种种 C C5H H12 （3 3 种）种） -C-C5H H11（8 8 种）种） 8 8 种种 注意：烷基的种类数是对应的烷的所有同分异构体分子中的所有等效 H 原子的加和。当 丁基与任何原子或原子团连接时都会因丁基的不同产生 4 种结构。因此，分子式为 C4H9Cl 的卤代烃、分子式为 C4Hl0O 的醇、分子式为 C5Hl0O 的醛、分子式为 C5Hl0O2的羧酸及分子式 为 C10H14且只有一个侧链的芳香烃都有 4 种同分异构体。能与钠反应

13、且分子式为 C4Hl0O 的 有机物为丁醇，根据丁基异构规律可推知，符合条件的异构体有 4 种。故答案为 A 项。 例题例题 6 -C4H9丁基有 4 种异构体，问饱和卤代烃 C4H9X 有多少种异构体；醇 C4H90H 有几种?C5H1002属于酯的同分异构体有几种 解析 可理解为-C4H9有几种异构体，所以C4H9X 相当于 C4H9-X 有 4 种异构体； C4H9OH(属醇的结构)相当于 C4H9-0H，同理推得有 4 种醇的异构体。 . 同样在苯的同系物范围内有四种异构体。C5H10O（属于醛的异构）相当与 C4H9-CHO，也有 4 种同分异构体；同理，C5H10O2的羧酸，即是

14、C4H9-COOH，因而属于酸的同 分异构体有 4 种同分异构体 C5H10O2属于酯类的同分异构体可以这样理解：类似与 HCOOC4H9的有 4 种，CH3COOC3H7 的有 2（-C3H7有 2 种），C2H5COOC2H5的只有 1 种，C3H7COOCH3的有 2 种，共计有 9 种。 5.5.二元取代物同分异构体的二元取代物同分异构体的“定一变一，注意重复定一变一，注意重复”法法 例题例题 7 7 判断二氯蒽的同分异构体有几种判断二氯蒽的同分异构体有几种? ? 解析: 烃的二元取代物的判定的基本思路是:“定一变一，注意重复”。对于蒽结构中 第一氯原子的位置可选在图中蒽结构式中对称轴

15、的一侧表示：，这样可以得到 三种一氯蒽： 在此基础上再考虑二氯蒽的同分异构体，此时另一个氯原子的位置可以用序号表示，以计 算同分异构体的种类数 ，共计 15 种。 6 6特殊关系法特殊关系法 例例 8 8 某烃的一种同分异构体只能生成 1 种一氯代物，该烃的分子式可以是( ) 解析:思维方式一-先按照书写的基本策略熟练列举出对应烷的同分异构体,再依据等 效 H 原子的方法判断出起一元取代物的同分异构体数目;思维方式二-逆向思考,若只有 一种一元取代物,则对应的烷中只会有一种 H 原子,而烷的任何结构中都必含甲基,因此它的 结构中 H 原子应该全部以甲基的形式存在,故烷的分子式中的 H 原子总数

16、一定是 3 的整数倍.显 然答案为 C。 7 7不饱和度法不饱和度法 例题例题 9 9 A、B 两种有机化合物，分子式都是 C9H1102N。 (1)化合物 A 是天然蛋白质的水解产物，光谱测定显示，分子结构中不存在甲基(-CH3)。 化合物 A 的结构式是 。 . (2)化合物 B 是某种分子式为 C9H12的芳香烃硝化后的惟一产 物(硝基连在苯环上)。化合物 B 的结构式是_。 解析解析 不饱和度又称缺氢指数。有机物分子中与碳原子相等的开链烷烃相比较，每减少 2 个氢原子，则有机物的不饱和度增加 1，用 表示。对于有机物 CxHy0z，其 = 。若含有氮原子，每有一个氮原子增加 O5 个不

17、饱和度；当 =1 时，分子结 构中含有一个 C=O 键或 C=C 键或单键构成的环；当 4 时，分子结构中含有苯环的可能 性极大。 (1)由分子式可计算其 =+0.5=5,则 A 中有苯环，且 A 是天然蛋白质水解的 产物(a 一氨基酸)，分子中无甲基，据此可推知 A 的结构为 (2)B 与 A 属类别异构，应为硝基芳烃，故符合条件的 B 的结构为 8 8命名命名法法 例题例题 10 一氯丁烯(C4H7C1)的同分异构体只有 8 种，某学生却写了如下 10 种： . _ 其中，两两等同的式子是_和_，_和_。 解析解析 对给出的结构式用系统命名法命名，若分子式相同名称也相同，则属同一物质； 若

18、分子式相同名称不同，则两者互为同分异构体。 用系统命名法对给出的结构命名。A：1-氯-1-丁烯，B：2-氯-1-丁烯，C：3-氯-1-丁烯， D：4-氯-1-丁烯，E：1-氯-2-丁烯，F：2-氯-2-丁烯，G：2-氯-2-丁烯，H：1-氯-2-甲基- 1-丙烯，I：3-氯-2-甲基-1-丙烯，J：3-氯-2-甲基-1-丙烯。其中 F 和 G，I 和 J 两组的分 子式相同，名称也相同，故两两等同的式子是 F 和 G，I 和 J。 9 9公共边数法公共边数法 例题例题 1111 在烟囱灰、煤焦油、燃烧烟草的烟雾及内燃机的尾气中，含有一种强致癌性物质 苯并(a)芘，它是由五个苯环并合而成，它的分

19、子结构简式如右图所示，与它互为同分异构 体的有 ( ) A A B B C C D D 解析解析 此法适用于判断稠环芳烃。判断方法为；对于苯环数目相同的稠环芳烃，若公 共边数相同，苯环的排列顺序也相同，则属于同一物质；若公共边数相同，但苯环的排列 顺序不同，则互为同分异构体；若公共边数不同，则既不是同一物质，也不是同分异构体。 苯并(a)芘的公共边数为 6，给出的 4 种稠环芳烃的公共边数分别为：7 条；4 条；6 条；6 条。故答案为 C 项。 10.10.二价基团插入法二价基团插入法 此法适用于给出有机碎片，要求推断有机物结构的试题。方法是先把三价基团(中心基)与 一价基团(端基)连接起来

20、，然后根据对称性、互补性、有序性原则插入二价基团(桥梁基)， 即可无重复、无遗漏地推出所有的同分异构体。 例题例题 1212 已知某链烃，分析数据表明：分子中有含有两个-CH3，三个-CH2-，一个- CH- 和一个-Cl 的可能的结构有 ( ) A4 B6 种 C7 种 D8 种 . 解析解析 先把三价基团(一个次甲基)与一价基团两个甲基、一个氯原子)连接起来，然后 插入二价基团，分析过程如下： 故答案为 B 项。 11.由加成产物确定不饱和有机物同分异构体数由加成产物确定不饱和有机物同分异构体数 例题例题 13 某有机物与 H2按 l：1 物质的量比加成后生成的产物结构为： 则该有机物可能

21、的结构有_种(已知羟基不连接在 C=C 键上)。 解析 某有机物与 H2按 l：l 物质的量比加成说明原来的有机物为烯烃，又由 C 的四价 原则，双键位置的情况有 3 种，再考虑酮的存在情况。答案是 4 种。 该类题目的特点是：已知某不饱和有机物加成后产物结构，确定原不饱和有机物的同分 异构体的种数。解此类题的关键是：抓住加成反应的特点即反应前后(不饱和键变成饱和键)碳 链结构不变，确定不饱和键(双键、叁键)的可能位置(注意碳原子在共价化合物中的四价原 则)，进而得到有机物的结构及种数。 一. 一般思路 . 分子式相同，结构不同的化合物互称为同分异构体。在中学阶段结构不同有以 下三种情况：类别

22、不同，碳链不同，位置不同（环上支链及官能团）。因此同 分异构体书写的一般思路为：类别异构碳链异构位置异位。 例 1. 写出的所有同分异构体的结构简式。 分析：（1）类别异构：根据通式可知在中学知识范围内为羧酸和酯两 类。 （2）碳链异构：四个碳原子的碳链有二种连接方式 （3）位置异构：对于羧酸类，只能连接在碳链两边的碳原子上，直接 用去取代上述分子中标有 1、2、5、6（未标号的两个碳原子与 5 号碳 原子位置相同）号碳原子上的一个氢原子即可。则羧酸的异构体为 对于酯类：则是由酯基的位置引起的，可将酯基插入上述分子中 CC 键及 CH 键之间即可。插入之间为： 插入间为 ，插入之间为， ，插入

23、的键之间为、插入 的键为，插入的键之间为 ，插入的键之间为。 二. 常见方法 1. 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；处于镜面对称位置的碳原子上的氢原子互为等效；特别适合于环状化合 物异构体书写。 例 2. 写出联二苯的一氯取代物 分析：注意 CC 的可旋转性，可以确定对称性。 说明联二苯中只有 a、b、c 三个碳原子上的位置不同，则联二苯的异构体有三 种，分别为： 2. 转换法 例 3. 写出苯环上连有四个甲基的异构体。 分析：依据教材知识，二甲苯有三种形式， 可将二甲苯中两个甲基换为 2 个氢原子，其余四个碳上的氢原子换为甲基，便 可

24、得题目所求异构体： . 3. 逐个引入法 当题目所求异构体中包含多个官能团时，可以采取逐个依次引入。 例 4. 苯丙醇胺（英文缩写为 PPA）其结构简式如下： 将、在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体（ 、不能连在同一个碳原子上），请写出这些异构体。 分析：（1）先解决碳链异构 （2）引入，其可能的位置为 1、2、3、4、5 号五个碳原子上（5、6 两个 甲基位于同一个碳原子上，所处位置相同），然后再引入线路图如下： . 故：题目所求同分异构为上述 9 种。 4. 移位法 例 5. 写出与互为同分异构体且含有苯环，又属于酯 类化合物的结构简式。 分析：属于酯类化合物，结构中必含，且不能

25、直接连接在氢原子 上，故可对题给结构中有关原子或原子团的位置作相应变动即可。 （1）结构中，将移至苯环与羰基之间为： . 依据教材知识，苯环上连有两个取代基，不管取代 基相同不相同，均存在三种位置关系，移动在苯环上的位置得 ， 。 （2）在结构中，将移至羰基与氢 原子之间为，又将移至苯环与羰基之间为 ，再将移至苯环与之间为 。 故：题目所求同分异构体有六种，它们分别是： . 5. 分类法 例 6. 1、2、3三苯基环丙烷的 3 个苯基可以分布在环丙烷平面的上下，因 此有两种异构体。 据此，可判断 1、2、3、4、5五氯环戊烷（假定五个碳原子也处于同平面 上）的异构体数是（ ） A. 4 B. 5 C. 6 D. 7 分析：依据题设信息，可以对五个氯原子在环戊烷平面上的位置做分类处理， 五个上有一种，四个上一个下有一种，三个上两个下有两种，很容易写出其异 构体，故选 A。