1、基础课时4同分异构体手性分子学 习 任 务1认识同分异构现象，能对有机物同分异构体进行分类。2识别并运用不同的有机物分子结构的表征方式，能从共价键的角度分析结构特征。一、同分异构体1同分异构现象和同分异构体(1)概念：有机化合物分子中通常含有较多的原子，这些原子在成键方式，连接顺序等方面，如果存在差异，就会产生分子式相同而结构不同的现象，即同分异构现象。分子式相同而结构不同的化合物分子互为同分异构体。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。 (2)性质：同分异构体虽然具有相同的分子组成，但其性质却存在差异，其本质原因是同分异构体具有不同的结构。如图所示，三种戊烷的
2、沸点各不相同。戊烷的三种同分异构体结构模型2同分异构体的类别有机化合物中有两类异构现象构造异构和立体异构。构造异构是分子式相同而分子中原子或基团连接方式不同的异构现象，比如碳链异构、位置异构和官能团异构。(1)构造异构碳链异构：由于碳链骨架不同产生的异构现象叫作碳链异构。烷烃中的同分异构体均为碳链异构，如戊烷(C5H12)有正戊烷、异戊烷、新戊烷，三种同分异构体。位置异构：有机化合物分子中含有官能团或取代基，由于官能团或取代基在碳骨架(碳链或碳环)上位置不同而产生的同分异构现象称作位置异构。如丁烯(C4H8)分子含有碳碳双键，双键在碳链中的位置存在以下两种情况：官能团异构：有机化合物分子式相同
3、，但分子中所含官能团不同产生的异构现象称为官能团异构。比如乙醇和甲醚的分子式都为C2H6O，但乙醇分子中的官能团为羟基(OH)，二甲醚分子中的官能团为醚键()。(2)构造异构的书写方法首先根据分子式判断其是否存在官能团异构，如果存在官能团异构，分成不同的官能团写其碳链异构体和位置异构体。 对每种官能团类别先写其碳链异构体，碳链异构体的书写方法为第一步，写出直链异构体的结构简式；第二 步，在直链上减少1个碳作甲基取代基，其余为主链(甲基连在主链上，端点碳除外)；第三步，再减少2个碳为2个甲基或1个乙基取代基，连在剩余碳形成的主链上，乙基至少连在离端点碳相隔1个碳的碳原子上；第四步，依次减少直链异
4、构体上的碳原子作为取代基(主链碳原子数不能少于取代基碳原子总数)。以此类推，进行书写。 把官能团连在第二步中书写的碳链异构体主链不同的碳上即得到其所有的同分异构体的结构简式。根据上述书写方法，可以写出C5H12的三种同分异构体的结构简式： (3)立体异构概念有人在研究2丁烯的结构时，发现有2种熔点不同的物质，用球棍模型组装分子，得到下面两种结果：上面两种结构的球棍模型不能完全重合，说明是不同的结构。在有机化学中，我们把这种构造相同，但分子中所含原子或基团在空间的排布不同产生的异构形式称为立体异构。立体异构可分为顺反异构和对映异构。顺反异构条件：双键两端的每个碳原子上都连有两个不同的原子或原子团
5、。反式：相同基团在双键两侧。顺式：相同基团在双键同侧。下图是2丁烯的两种顺反异构体，其中甲基在双键同一侧的，称为顺式；甲基在双键两侧的，称为反式。顺反异构广泛存在于自然界和人类生活中。例如，天然的植物油中主要含顺式脂肪酸(简称CFA)。因顺式脂肪酸抗氧化能力差，稳定性不好，通常人们会对其进行氢化处理，在此过程中会生成一定量的反式脂肪酸(TFA)。常见的食物如人造奶油、黄油中就含有较多的反式脂肪酸。过多食用富含反式脂肪酸的食物易引发肥胖症和心脑血管疾病，饮食中应予以适当控制。对映异构某些有机化合物组成相同，分子构造也相同，但两者像人的左手和右手的关系一样，互为镜像，彼此不能重合，称为对映异构，也
6、称旋光异构。把两个互为镜像且不能重叠的异构体称为对映异构体。例如，乳酸的对映异构体可表示如图：判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)每一种有机物都存在同分异构现象。()(2)相对分子质量相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。()(3)同分异构体之间由于分子组成相同，所以它们的性质相同。()(4)分子式为C3H8的烷烃一定是纯净物。()(5)存在顺反异构的有机物分子中任一双键碳原子上连有的原子或原子团不同。()(6)丙醛(CH3CH2CHO)和丙酮()互为官能团异构。()二、手性分子1手性分子的特点分子不能与其镜像重叠者，称为手性分子，犹如人的左右手。2手性碳原子在丙氨酸()分子中有1个
7、碳原子分别连有4个不同的原子或原子团(H、CH3、NH2、COOH)，当这4个原子或原子团以不同的空间排列方式与该碳原子相连时，就会得到如图所示的两种分子，分别命名为D丙氨酸和L丙氨酸。这两种分子犹如人的左右手，它们互为镜像且不能重叠。我们把像D丙氨酸和L丙氨酸分子这样，分子不能与其镜像重叠者，称为手性分子；与4个不同的原子或原子团相连的碳原子称为手性碳原子。生命体对手性分子也有着神奇的识别能力。很多化学药物都存在互为镜像的异构体，有时会出现其中的一种异构体药效好，而另一种异构体无药效，甚至对人体可能是有害的。不同的立体异构体可能具有完全不同的生物活性，因此我们希望在进行有机物的合成时，仅仅只
8、得到对人类有益的某一种立体异构体。这是目前对映异构体合成的一个重要的研究领域。已知若1个碳原子连有4个不同原子或原子团，则该碳原子称为“手性碳原子”。下列分子中含有手性碳原子的是()CC中含有手性碳原子，如下所示： (乳酸)。同分异构体的书写雷酸银和氰酸银是人类发现的第一个同分异构体雷酸(HOCN)和氰酸(HCNO)是同分异构体。维勒测定了氰酸的化学成分，指出它是由碳、氮、氢、氧4种元素组成的。李比希测定了一种“雷酸”的化学成分，跟氰酸差不多！氰酸跟雷酸，化学性质截然不同，氰酸很安定，雷酸很易爆炸。不同的化合物，怎么会具有相同的成分？维勒和李比希展开了热烈的争论，他们无法解释，两种显然不同的化
9、合物，怎么会有相同的成分呢？他们谈起了氰酸、雷酸，雷酸银、氰酸银。经过详尽的讨论，认为双方都没有错。1830 年，柏济力阿斯提出了一个崭新的化学概念，叫做“同分异性”。意思是说，同样的化学成分，可以组成性质不同的化合物。他认为，氰酸与雷酸，便属于“同分异性”，它们的化学成分一样，却是性质不同的化合物。在此之前，化学界一向认为，一种化合物具有一种成分，绝没有两种不同化合物具有同一化学成分。1烷烃C6H14的同分异构体有几种？试写出其结构简式。提示 C6H14有5种同分异构体，其结构简式为2写出C5H10的链状同分异构体的键线式。提示 3写出C8H10的芳香烃的同分异构体的键线式。4写出C4H8O
10、2的酸和酯的结构(用键线式表示)。1烷烃同分异构体的书写(1)主链由长到短。(2)支链由散到整，由不同碳到同一碳原子。(3)支链位置由心到边(一边走，不到端，支链碳数小于挂靠碳离端点位数)。下面以己烷(C6H14)为例作方法解析(为了简便，在所写结构式中删去了氢原子)：将分子中全部碳原子连成直链作为母链。CCCCCC从母链的一端取下一个C原子，依次连接在母链中心对称线一侧的各个C原子上，即得到两个带有甲基、主链比母链少一个C原子的异构体骨架。从母链上一端取下两个C原子，使这两个C原子相连(整连)或分开(散连)，依次连在母链所剩下的各个C原子上，得多个带一个乙基或两个甲基、主链比母链少两个C原子
11、的异构体骨架。故己烷共有五种同分异构体。2含有官能团的同分异构体的书写具有官能团的化合物如烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酮等，它们有官能团位置异构、碳链异构和官能团异构三种情况：(1)碳链异构：分子中碳原子的排列顺序不同而产生的同分异构体。如所有烷烃异构都属于碳链异构。(2)位置异构：分子中官能团(包括双键、三键或侧链在苯环上)位置不同而产生的同分异构体。如1丁烯与2丁烯；1丙醇与2丙醇；邻二甲苯、间二甲苯与对二甲苯。(3)官能团异构：分子中官能团不同而分属不同类物质的异构体。如碳原子数相同的烯烃与环烷烃；炔烃与二烯烃、环烯烃；醇与醚；醛与酮、烯醇、环醚、环醇；羧酸与酯、羟基醛；酚与芳香醇、芳香醚；
12、硝基烷与氨基酸等。例如：C5H12O的同分异构体的判断：碳链异构：五个碳原子的碳链有三种连接方式：位置异构：对于醇类，在碳链各碳原子上连羟基，用“”表示连接的不同位置官能团异构：根据通式CnH2n2O，在中学知识范围内可知是醇或醚。对于醚类，位置异构是因氧的位置不同导致的。分析知共有8种醇和6种醚，总共有14种同分异构体，然后将碳的骨架改写为结构简式即可。3防止漏写或重写的措施为了有效避免漏写或重写，提高同分异构体书写速度和准确度，书写要注意有序性、等位性和有机物的不饱和程度的运用。(1)有序性：由于有机物分子中碳原子数越多，碳原子连接方式越复杂，其同分异构体越多，在书写时必须按照一定顺序书写
13、，否则就会漏写或重写；(2)等位性：即等同位置，如处于镜面对称位置的碳原子、同一碳原子上的甲基碳原子、同一个碳原子上的氢原子。 1分子式为C5H12可能的结构简式为_、_、_，它们之间的关系为_。分子式为C2H4O2的同分异构体常见的有_、_。己烷有五种同分异构体，试写出这些同分异构体的结构简式：_。答案CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH(CH3)CH2CH3C(CH3)4互为同分异构体CH3COOHHCOOCH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3、CH3CH2CH(CH3)CH2CH3、CH3CH2CH2CH(CH3)CH3、(CH3)2CHCH(CH3)2、CH3CH2C(CH3)
14、32写出分子式为C7H16的有机物的所有同分异构体。同分异构体数目的判断方法有机物种类繁多，简单的说主要原因是由于同分异构体的数目多而复杂，导致有机物丰富多彩。有机物种类数目超过3000万种，是无机物种类的300多倍。同分异构主要涉及构造异构和立体异构。构造异构分为碳链异构、位置异构和官能团异构；立体异构分为对映异构和顺反异构。1丁基有几种结构？丁醇有几种同分异构体？分子式为C4H9Cl的有机物同分异构体有几种？提示丁基有4种结构，丁醇有4种同分异构体，C4H9Cl有4种同分异构体。2二氯苯(C6H4Cl2)有几种同分异构体，四氯苯有几种同分异构体？提示二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体
15、，四氯苯有3种同分异构体(将H替代Cl)。1基元法如：已知丁基C4H9有4种同分异构体，则丁醇C4H9OH有4种同分异构体。同理，C4H9Cl和C4H9CHO、C4H9COOH都有4种同分异构体。2换元法3对称法(又称等效氢法)等效氢的判断方法可按下列三点判断：(1)同一个C原子上的氢是等效的。如，2号位置上的2个H原子等效。(2)同一个C原子上所连甲基上的氢原子是等效的，如，4号和5号位置上的6个H原子等效。(3)处于对称位置上的氢原子是等效的，如，1、5、4、6号碳原子上的H原子等效，2、3号碳原子上的H原子等效。4定一移二法对于二元取代物的同分异构体的判断，可固定一个取代基的位置，再移动
16、另一个取代基，以确定同分异构体的数目。如CH3CH2CH3的二氯代物数目：第1步固定1个Cl原子有2种：；第2步固定第2个氯原子：有3种，有2种，其中b和d重复，故CH3CH2CH3的二氯代物有4种。1分子式为C5H11Cl的同分异构体共有(不考虑立体异构)()A6种B7种C8种 D9种C先写出碳链异构，再用取代法连接Cl，即可求出C5H11Cl的同分异构体数目。碳链异构有：。中Cl可取代的位置有1、2、3，共3种同分异构体；中左右不对称，Cl可取代的位置有1(5与1相同)、2、3、4，共4种同分异构体；有1种可取代位置，所以C5H11Cl的同分异构体共有8种。2(2021山东东营高二检测)已
17、知C4H9Cl有4种同分异构体，则分子式为C5H10O的醛的种类有 ()A3种 B4种C5种 D6种B分子式为C5H10O的醛可以看作C4H9CHO，由于C4H9Cl有4种同分异构体，用CHO取代Cl，得4种C4H9CHO的同分异构体。所以分子式为C5H10O的醛有4种。3已知有10种二氯取代物，则其六氯取代物有()A6种 B8种C10种 D12种C分子中共有8个氢原子，二氯取代物有10种，利用换元法可知其六氯取代物有10种。1(2021辽宁省辽阳市高二检测)下列关于同分异构体异构方式的说法中，不正确的是()CA中CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2碳的骨架不同，前者没有支链，后者
18、有支链，属于碳架异构；B中两物质官能团类别不同，属于官能团异构；C中CH2=C(CH3)2和CH3CH=CHCH3的官能团相同，属于碳架异构、位置异构； D中甲基与OH在苯环上的位置不同，属于位置异构。2(2021河南省鹤壁高二月考)下列烷烃在光照条件下与Cl2反应，只生成一种一氯代物的是()C要判断一氯代物的数目，需对烃中不同化学环境氢原子的数目进行分析：A项，C，其一氯代物有2种；B项，其一氯代物有2种；C项，其一氯代物有1种；D项，其一氯代物有4种。3(2021北京西城高二检测)手性分子指在分子结构Cabyx中，当为彼此互不相同的原子或原子团时，称此分子为手性分子，中心碳原子为手性碳原子
19、。下列分子中指定的碳原子(用*标记)不属于手性碳原子的是()A手性碳原子的特点是其所连接的四个原子或原子团各不同，而A项中的碳原子连接两个氢原子，故不是手性碳原子。4(2021天津市静海县高二检测)有下列几种有机化合物的结构简式：(1)属于同分异构体的是_(填序号，下同)；(2)官能团位置不同的同分异构体是_；(3)官能团类型不同的同分异构体是_。解析的分子式为C5H10，的分子式为C6H12，的分子式为C4H10O，的分子式为C4H6，的分子式为C4H6，的分子式为C4H10O，的分子式为C4H10O，的分子式为C6H12，的分子式为C4H6，的分子式为C5H10。属于同分异构体的有机物必须分子式相同，且结构不同，故属于同分异构体的为、。官能团位置不同的同分异构体，即分子式相同，官能团种类及数目相同，官能团的位置不同，符合条件的有、。官能团类型不同的同分异构体有、。答案(1)、(2)、(3)、
