1、专题2 有机物的结构与分类第一单元 有机化合物的结构第2课时 同分异构体课时作业01课前自主学习02课堂互动探究03随堂基础巩固1同分异构体化合物具有相同的分子式，但具有不同结构式的现象，叫做。具有同分异构现象的化合物互称为。同分异构现象普遍存在于有机化合物中，它是有机物种类繁多的重要原因之一。同分异构体之间的转化是化学变化。在有机化合物中，当碳原子数目增多时，同分异构体的数目也就越。同分异构现象同分异构体多2同分异构现象的类别(1)碳链异构，是由于不同产生的异构现象。烷烃中的同分异构体均为碳链异构，如 C5H12 有三种同分异构体，即正戊烷、异戊烷、新戊烷。(2)位置异构，是由于不同产生的异
2、构现象，如CH3CH=CHCH3 和 CH2=CHCH2CH3。碳原子的排列方式官能团位置(3)官能团异构，是由于具有不同的而产生的异构现象。如 CHCCH2CH3 与 CH2=CHCH=CH2、丙烯与环丙烷、乙醇与、丙醛与丙酮、乙酸与甲酸甲酯、葡萄糖与、蔗糖与麦芽糖、硝基乙烷与甘氨酸等。官能团甲醚果糖(4)立体异构，有机化合物具有相同的组成和相同的结构，而 原 子 在 分 子 中 的 空 间 排 列 情 况 不 同，这 种 异 构 称为。立体异构又分为异构和异构。CH3CH=CHCH3 存在顺反异构，甲基在双键同一侧的，称为；甲基在双键两侧的，称为。乳酸存在对映异构，两种分子互为镜像。立体异
3、构现象广泛存在于自然界中，立体异构和生命现象有着紧密的联系。如某些昆虫的信息素具有一个或多个碳碳双键，它们通常存在异构。同样，生命体对手性分子也有着神奇的识别能力。立体异构顺反对映顺2丁烯反2丁烯顺反探究点一 同分异构现象和同分异构体一、同分异构现象产生的原因同分异构现象产生的原因是有机化合物分子内部通常含有较多的原子，分子内部原子结合的顺序和成键方式不同。但并不是所有分子都有同分异构体，例如 CH4、C2H6 等就没有同分异构体。同分异构体的性质有较大差异，这是因为结构不同所导致的结果。二、对同分异构体的理解(1)分 子 结 构 式 的 写 法 与 分 子 真 实 结 构 的 差 别。如是同
4、种物质，而不是同分异构体。(2)同分异构体的分子式、相对分子质量、最简式都相同，但相对分子质量相同的化合物不一定是同分异构体，如 C2H6 与HCHO；最简式相同的化合物也不一定是同分异构体，如 C2H2与 C6H6。(3)同分异构体结构不同，性质不同，是不同的物质；但可以是同一类物质，也可以是不同类物质。(4)同分异构体不仅存在于有机物和有机物之间，也存在于有机物和无机物之间，如尿素CO(NH2)2，有机物和氰酸铵(NH4CNO，无机物)互为同分异构体。三、同分异构体的性质熔、沸点高低与支链多少有关，一般支链越多熔沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷新戊烷。化学性质：同类异构性质相似，不同类异构存
5、在差异性。四、同分异构体的类型同分异构现象结构异构碳骨架异构官能团异构官能团位置异构官能团类型异构立体异构顺反异构对映异构(1)碳骨架异构：因碳链的不同而形成的异构体，也称为碳链异构。如戊烷的三种同分异构体，它们都是因为碳链的不同而形成的同分异构。警示：无论带支链的烷烃还是不带支链的烷烃，碳链都不是直线形的，而是锯齿形的。但是在表示结构时，为了便于书写均用直线形的表示。例如：是同一种物质，不是同分异构体。(2)位置异构：分子中取代基或官能团在碳链(碳环)上的位置不 同 而 引 起 的 异 构 现 象。如：CH2=CHCH2CH3 与CH3CH=CHCH3，等。(3)官能团异构：指的是分子中官能
6、团不同而分属不同类物质的异构体。如：HCCCH2CH3与H2C=CHCH=CH2，CH2=CHCH3与，CH3CH2OH 与 CH3OCH3 等。(4)顺反异构：当有机物分子中含有碳碳双键且每个双键碳原子所连的另外两个原子或基团不同时，就存在顺反异构现象。如 2丁烯就有顺2丁烯和反2丁烯两种顺反异构体。(5)对映异构：当有机物分子中的饱和碳原子连接着 4 个不同的原子或原子团(又叫手性碳原子)时，就可能存在对映异构现象，而使分子表现出不同的性质。对映异构体就像人的左右手，看似相同而不能完全重合的化合物分子。例如，丙氨酸的两种对映异构体如图所示。楔形式：用楔状的图形来表示有机化合物空间相对位置的
7、图形，叫有机化合物的楔形式，如图就是甲烷分子的楔形式。“”连接的两个原子一个表示在纸的平面上，另一个在平面的下方；“”连接的两个原子一个表示在纸的平面上，另一个在平面的上方；“|”连接的两个原子都在纸的平面上。1同分异构体的物理性质一定不同，化学性质一定相同吗？提示：同分异构体的结构不同，故其物理性质一定不同，但化学性质要看同分异构体的类别，相同类别的同分异构体的化学性质相似，如己烷的五种同分异构体的化学性质相似；但不同类别的同分异构体的化学性质不同，如乙酸与甲酸甲酯。2分子式为 C5H10 的有机化合物可以属于哪些类别？提示：可以是烯烃、环戊烷，也可以是带支链的环丁烷、环丙烷等。【例 1】下
8、列说法正确的是()A凡是分子组成相差一个或几个 CH2 原子团的物质，彼此一定是同系物B两种化合物组成元素相同，各元素质量分数也相同，则二者一定是同分异构体C相对分子质量相同的几种化合物，互称为同分异构体D组成元素的质量分数相同，且相对分子质量也相同的不同化合物，一定互为同分异构体D【思路分析】(1)同系物的判断应注意两点：一是结构相似，它是指分子中具有相同的官能团，且官能团的个数也要相同(即属于同一类物质)；二是组成上相差一个或若干个 CH2 原子团。(2)同分异构体的判断也应注意两点：一是分子式相同，也就是组成相同；二是结构不同，主要表现为原子或原子团的排列顺序不同。【解析】A 项分子组成
9、相差一个或若干个 CH2 原子团的物质，其分子结构不一定相似，如 CH3CH=CH2 与，A 说法错误；B 项若两种化合物组成元素相同，各元素的质量分数也相同，则它们的最简式必定相同，最简式相同的化合物可能是同分异构体，也可能是非同分异构体，如 CH3(CH2)2CH3 和CH3CH(CH3)2、CH2=CH2 和 CH2=CHCH3，B 说法错误；C 项相对分子质量相同的物质是很多的，如无机物中的 H2SO4和 H3PO4，又如有机物里的 C2H6O(乙醇)与 CH2O2(甲酸)，这些物质都具有相同的相对分子质量，但由于它们的分子组成不同，所以它们不是同分异构体，C 说法错误；D 项当不同化
10、合物组成元素的质量分数相同，相对分子质量也相同时，其分子式一定相同，因此这样的不同化合物互为同分异构体。下列说法中不正确的是()A各组成元素质量分数相同的烃是同一种烃B结构相似，组成上相差一个或若干个 CH2 原子团的有机物是同系物C分子式相同而结构不同的有机物一定是同分异构体DC3H6 和 C4H8 不一定是同系物A解析：C2H2 与 C6H6 两种烃，C 与 H 的质量分数均相同，但前者是炔烃，后者是芳香烃，不是同一种烃，A 错误；同系物是指结构相似，组成上相差一个或若干个 CH2 原子团的有机物，B正确；分子式相同而结构不同的有机物互为同分异构体，C 正确；C3H6、C4H8 可以是烯烃
11、也可以是环烷烃，二者不一定是同系物，D 正确。探究点二 烯烃的顺反异构1概念由于碳碳双键不能旋转而导致分子中原子或原子团的空间排列方式不同所产生的异构现象，称为顺反异构。(1)顺式结构：两个相同的原子或原子团排列在双键的同一侧，称为顺式结构，如顺-2-丁烯。(2)反式结构：两个相同的原子或原子团分别排列在双键的两侧，称为反式结构，如反-2-丁烯。拓展：(1)顺式结构和反式结构的原子或原子团的连接顺序以及双键的位置均相同，区别仅仅是原子或原子团在空间的排列方式不同。(2)如果用 a、b、c 表示双键碳原子上的原子或原子团，那么，因双键所引起的顺反异构可以表示如下(其中前两种为顺式结构，后两种为反
12、式结构)。2性质特点互为顺反异构体的两种有机物，化学性质基本相同，物理性质有一定的差异。如下表所示：3.产生条件(1)分子中存在着限制原子或原子团自由旋转的因素，如碳碳双键。(2)组成双键的碳原子必须连接两个不同的原子或原子团，如均可产生顺反异构现象。烷烃是否也存在顺反异构现象？为什么？提示：不存在。因为碳碳单键能够自由旋转。【例 2】下列烯烃中存在顺反异构体的是()ACH3CH=CH2BCH2=CHCH2CH3CCH3CH=CHCH2CH3D【思路分析】解答本题的思路如下：四个选项中烯烃的结构特点分析烯烃每个双键碳原子上是否连有两个不同的原子或原子团选出合理的选项C【解析】A 项，CH3CH
13、=CH2 中双键碳原子一端连接的是 两 个 相同 的 氢原 子，所 以不 存在 顺 反 异构 体；B 项，CH3CH2CH=CH2 中双键碳原子一端连接的也是两个相同的氢原子，所以也不存在顺反异构体；C 项，CH3CH=CHCH2CH3中双键碳原子一端连接的是甲基和氢原子，双键碳原子另一端连接 的 是 乙 基 和 氢 原 子，所 以 存 在 顺 反 异 构 体；D 项，中双键碳原子一端连接的是两个相同的甲基，所以不存在顺反异构体。已知互为同分异构体，则分子式为 C3H5Cl 的链状化合物的同分异构体有()A3 种B4 种C5 种D6 种B解析：本题所给信息为顺反异构体，则 C3H5Cl 的链状
14、化合物的同分异构体有 CH2=CHCH2Cl(不存在顺反异构体)、CH3CH=CHCl(存在顺反异构体)、(不存在顺反异构体)，C3H5Cl 的同分异构体共有 4 种。探究点三 同分异构体的书写1降碳对称法(适用于碳链异构)可总结为四句话：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，碳满四价。下面以 C7H16 为例，写出它的同分异构体：(1)将分子写成直链形式：CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3。(2)从直链上去掉一个CH3，依次连在剩余碳链中心对称线一侧的各个碳原子上。甲基可连在 2,3 号碳上：，根据碳链中心对称，将CH3 连在对称轴的右侧就会与左侧连接方式重复。(3)再从主链上去
15、掉一个碳，可形成一个CH2CH3 或两个CH3，即主链变为：。当取代基为CH2CH3时，由对称关系只能接在 3 号碳上。当取代基为两个甲基时，在主链上先定一个甲基，按照位置由近至远的顺序依次移动另外一个甲基，注意不要重复。即两个甲基可分别连接的碳原子号码是：2 和 2、2 和 3、2 和 4、3 和 3。2取代法(适用于醇、卤代烃异构)先碳链异构，后位置异构。如书写分子式为 C5H12O 的醇的同分异构体，如图(图中数字即为OH 接入后的位置，即这样的醇合计为 8 种)：3插入法(适用于烯烃、炔烃、酯等)先根据给定烷基的碳原子数，写出烷烃的同分异构体的碳骨架，再根据碳链的对称性，将官能团插入碳
16、链中，最后用氢原子补足碳的 4 个价键。如书写分子式为 C5H10O 的酮的同分异构体，如图所示。再如，书写分子式为 C4H8 的烯烃的同分异构体。插入的双键可分别在、号位置 4书写规律(1)烷烃只存在碳链异构，书写时要注意全面而不重复。具体规则如下：成直链，一条线；摘一碳，挂中间，往边移，不到端；摘二碳，成乙基；二甲基，同、邻、间。(2)具有官能团的有机化合物，一般按碳链异构位置异构官能团异构逐一考虑，这样可避免重复和漏写。写出符合下列条件的同分异构体的结构简式。(1)分子中含有一个苯环；(2)且分子式为 C8H10。提示：注意侧链有两个碳原子，可作为两个甲基，也可作为一个乙基(容易遗漏一个
17、乙基的情况)，符合条件的有以下四种：【例 3】某化合物 A 的分子式为 C5H11Cl，分析数据表明，分子结构有两个CH3，两个CH2，一个 CH 和一个Cl，它的可能结构只有 4 种，请写出这 4 种可能的结构简式_、_、_、_。【思路分析】根据四种基团的特点，结合题目要求直接写出结构简式，也可先写出 C5H12 的同分异构体，再用氯原子取代一个氢，且要满足题干中的要求。【解析】题中要求有两个甲基，则可分析得到：(1)如果结构为直链，则氯原子不能在一端(否则将只有一个甲基)，有两种：(2)若有一个支链，则氯原子只能接在一端(否则会出现三个甲基)，有两种：(3)如果有两个支链，则分子中甲基数将
18、大于或等于 3 个，不符。【答案】烷 基 取 代 苯 可 以 被KMnO4 的 酸 性 溶 液 氧 化 成，但若烷基R 中直接与苯环连接的碳原子上没有 CH 键，则不容易被氧化得到，现有分子式为 C11H16 的一烷基取代苯，已知它可以被氧化的异构体有 7 种，其中的 3 种是 解析：从题意可知，该苯的同系物的各同分异构体的苯环上都只有一个侧链，在写其同分异构体时，可以把苯环看作是C5H12 的一个取代基，这样只要写出C5H11 的 8 种同分异构体，把其中的结构去掉，此题即可解决。探究点四 同分异构体数目的判断1基元法：例如丁基(C4H9)的结构有 4 种，则丁醇(C4H9OH)、戊醛(C4
19、H9CHO)、戊酸(C4H9COOH)的同分异构体均为 4 种。2换元法：此法适用于确定烃的多元取代物的同分异构体，其具体方法是：有机物 CnHm形成的 CnHmaXa与 CnHaXma(am)具有相同的异构体数，即确定这类型有机物的同分异构体数目时，可以将未取代的氢(或其他原子或基团)与取代基交换。如二氯苯(C6H4Cl2)有 3 种同分异构体，则四氯苯(C6H2Cl4)同分异构体也为 3 种。3等效氢法：有机物分子中，位置等同的氢原子称为等效氢，显然有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。这种通过等效氢来确定一元取代物同分异构体数目的方法，叫等效氢法。(1)同一碳原子上的氢原子等效，如CH
20、3 上的 3 个氢原子等效。(2)同一碳原子上所连甲基氢原子都是等效的。如新戊烷中四个甲基上的氢原子都是等效的。(3)同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子是等效的。如分子中，在苯环所在的平面内有两条互相垂直的对称轴，故有两类等效氢。4定一移二法：对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定一个取代基位置，再移动另一个取代基，以确定其同分异构体的数目。分子里碳原子数不超过 10 个的所有烷烃，一氯代物只有一种的烷烃有几种？提示：4 种。若烷烃的一氯代物只有一种，则此烷烃分子中所有的氢原子必须全部是等效的，碳原子数不超过 10 个的所有烷烃中氢原子全部是等效氢的只有四种，分别为 CH4、C
21、H3CH3、【例 4】下列烃的一氯代物只有 2 种的是()D【思路分析】判断等效氢原子需要找有机物分子的对称轴，找准找全对称轴是解这类题目的关键。【解析】A 项，有三种等效氢原子，其一氯代物有三种；B 项，有四种等效氢原子，其一氯代物有四种；对称轴，有三种等效氢原子，其一氯代物有三种；D 项对称轴，有两种等效氢原子，其一氯代物有两种。下列化合物中同分异构体数目最少的是()A戊烷B戊醇C戊烯D乙酸乙酯A解析：戊烷的同分异构体有 3 种，分别为正戊烷、异戊烷和新戊烷。戊醇的分子式为 C5H12O，其同分异构体可以看成是在戊烷的 3 种同分异构体中不同种碳氢单键、碳碳单键(CH、CC)之间插入氧原子
22、(O)形成的，正戊烷分子中有 3 种碳氢单键和 2 种碳碳单键，插入氧原子后可以形成 3 种醇和 2 种醚，已经比戊烷的异构体多。正戊烷相邻碳原子间脱氢形成 2 种戊烯，正戊烷不相邻碳原子间脱氢形成 3 种环烷烃(环戊烷、甲基环丁烷、乙基环丙烷)，已经比戊烷的同分异构体多。乙酸乙酯的常见异构体有甲酸正丙酯、甲酸异丙酯、丙酸甲酯、丁酸等，已经超过3 种。1下列叙述中正确的是()A分子式相同，元素百分含量也相同的物质是同种物质B通式相同的不同物质一定属于同系物C分子式相同的不同物质一定是同分异构体D相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体解析：本题考查同种物质、同系物、同分异构体的概念。分子式相
23、同，结构不一定相同，所以不一定是同种物质。通式相同的不同物质不一定是同系物，可能是同分异构体。相对分子质量相同，分子式不一定相同。故正确答案为 C。C2互称为同分异构体的物质不可能()A具有相同的相对分子质量B具有相同的结构C具有相同的通式D具有相同的分子式B解析：依据同分异构体的概念分析判断，具有相同的分子式、不同结构的化合物互称为同分异构体，即同分异构体的分子式相同、结构不同、物理性质不同、不同类时化学性质不同。互为同分异构体的物质，分子式相同，一定具有相同的相对分子质量，故 A 不符合题意；互为同分异构体的物质，分子式一定相同、结构一定不同，故 B 符合题意，D 不符合题意；互为同分异构
24、体的物质，分子式相同，具有相同的通式，故 C 不符合题意。3分子式为 C5H12O 且可与金属钠反应放出氢气的有机物有(不考虑立体异构)()A5 种B6 种C7 种D8 种解析：分子式为 C5H12O 的有机物能与金属钠反应放出氢气，说明分子中含有羟基(OH)，该有机物为戊醇，戊基(C5H11)可 能 的 结 构 有CH2CH2CH2CH2CH3、CH(CH3)CH2CH2CH3、CH(CH2CH3)2、CH2CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)2CH2CH3、CH(CH3)CH(CH3)2、CH2CH2CH(CH3)2、CH2C(CH3)3，共 8 种，对应的醇也有 8 种，故 D 项正
25、确。D4下列化合物分别跟溴和铁粉反应，苯环上的氢原子被取代，所得一溴代物有两种同分异构体的是()B解析：苯的同系物在苯环上的一元取代物的同分异构体种数只需分析苯环上氢原子的种数。A 有 3 种；B 有 2 种；C 有 3 种；D 只有 1 种。5分子式为 C5H10O2 的所有酯类的同分异构体共有(不含立体异构)()A7 种B8 种C9 种D10 种C解析：若为甲酸和丁醇酯化形成的酯类，丁醇有 4 种，则形成的酯有 4 种：HCOOCH2CH2CH2CH3、HCOOCH2CH(CH3)2、HCOOCH(CH3)CH2CH3、HCOOC(CH3)3；若为乙酸和丙醇酯化形 成 的 酯 类，丙 醇
26、有2 种，则 形 成 的 酯 有2 种：CH3COOCH2CH2CH3、CH3COOCH(CH3)2；若为丙酸和乙醇酯化 形 成 的 酯 类，丙 酸 有 1 种，则 形 成 的 酯 有 1 种：CH3CH2COOCH2CH3；若为丁酸和甲醇酯化形成的酯类，丁酸有 2 种，则 形 成 的 酯 有 2 种：CH3CH2CH2COOCH3、(CH3)2CHCOOCH3，共有 9 种，故 C 项正确。6四联苯的一氯代物有()A3 种 B4 种 C5 种 D6 种解析：推断有机物一氯代物的种数需要找中心对称线，四联苯是具有两条对称轴的物质，即，在其中的一部分上有几种不同的氢原子(包括对称轴上的氢原子)，
27、就有几种一氯代物，四联苯有 5 种不同的氢原子，故有 5种一氯代物。C7现有下列各组物质：O2 和 O3CH2=CHCH3 和 CH2=CHCH=CH211H2O 和21H2OCH3CH2CH3 和 CH3C(CH3)3235 92A 和质量数为 238、中子数为 146 的原子C2H5CCCH3 和 CH3CH=CHCH=CH2按要求用序号填空：(1)属于同系物的是。(2)属于同分异构体的是。(3)属于同位素的是。(4)属于同素异形体的是。(5)属于同种物质的是。解析：(1)CH3CH2CH3 和 CH3C(CH3)3 的结构相似，分子组成上相差 2 个 CH2，二者互为同系物。(2)C2H
28、5CCCH3和 CH3CH=CHCH=CH2的分子式相同，均是 C5H8，结构不同，互为同分异构体。(3)质量数为 238、中子数为 146 的原子的质子数为 23814692，与235 92A 的质子数相同，中子数不同，二者互为同位素。(4)O2 和 O3 是由氧元素形成的不同单质，互为同素异形体。(5)均表示二氯甲烷，是同种物质，11H2O 和21H2O 均表示水分子，属于同种物质。8有机化学中有多种同分异构现象，其中有顺反异构，例如 2-丁烯有两种顺反异构体：A 中两个CH3 在双键同侧，称为顺式，B 中两个CH3 在双键两侧，称为反式，如下所示：根据此原理，苯丙烯的同分异构体中属于单取代芳烃除有三种位置异构外还有一对顺反异构，写出其结构简式：解析：情景式自主学习是学习的一种重要方式，即通过自主学习，解决新问题。本题要求答题者首先学习顺反异构的知识，然后与以前学习的同分异构相比较，融合后运用到问题的解决之中。温示提馨请 做：课时作业 4PPT文稿（点击进入）
