1、第6课时同分异构体的书写原子结构共线共面课型标签:题型课提能课 考点一同分异构体的书写与判断一、同分异构体数目的判断方法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4种,C4H9Cl、C4H9OH、C4H9COOH均为4种换位思考法将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如:乙烷分子中共有6个H,若有一个氢原子被Cl取代所得一氯乙烷只有一种结构,那么五氯乙烷也只有一种。假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H,而H看成Cl,其情况跟一氯乙烷完全相同,故五氯乙烷也有一种结构。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2种,二氯苯和四氯苯均有3种等效氢法分子中等效氢原子有
2、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氢原子等效;分子中处于对称位置上的氢原子等效定一移一法分析二元取代产物的方法:如分析C3H6Cl2的同分异构体数目,可先固定其中一个氯原子位置,然后移动另一个氯原子组合法饱和酯R1COOR2,R1有m种,R2有 n种,则酯共有mn种二、限定条件下的同分异构体书写1.同分异构体的常见类型与思维流程(1)常见类型碳链异构位置异构官能团异构。(2)思维流程明确书写什么物质的同分异构体,该物质的组成情况怎样。(题目直接给出或联系上下文推出)从有机物性质联想官能团或结构特征。官能团异构:a.羧基、酯基和羟基醛;b.醛与酮、烯醇;c
3、.芳香醇与酚、醚;d.氨基酸和硝基化合物等。结合结构限定条件考虑官能团的位置异构(苯环上位置异构、碳链异构等)。2.限定条件下同分异构体的书写解答这类题目时,要注意分析限定条件的含义,弄清楚在限定条件下可以确定什么,一般都是根据官能团的特征反应限定官能团的种类、根据等效氢原子的种类限定对称性(如苯环上的一取代物的种数、核磁共振氢谱中峰的个数等),再针对已知结构中的可变因素书写各种符合要求的同分异构体。类型一同分异构体数目的判断典例1 (2019全国卷)分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)()A.8种B.10种C.12种D.14种解析:先分析碳骨架异构,分别为CCCC与 2种情况
4、,然后分别对2种碳骨架采用“定一移一”的方法分析,其中骨架CCCC有、共8种,骨架有和共4种,综上所述,分子式为C4H8BrCl的有机物种类共8+4=12(种),答案选C。答案:C对点精练1 下列芳香烃的一氯取代物的同分异构体数目最多的是(B)解析:分析各物质的一氯代物即分析各物质有几种氢原子,所以的一氯代物有3种同分异构体; 有5种;有3种;有4种,故B项符合题意。对点精练2 分子式为C9H10O2的有机物,其分子结构中含有苯环且可以与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的同分异构体有(不考虑立体异构)(C)A.12种B.13种C.14种D.15种解析:该有机物能与NaHCO3发生反应产生气体,
5、说明含有羧基COOH;该有机物分子式为C9H10O2且含有苯环,当取代基为正丙酸基时,有1种;取代基为异丙酸基时,有1种;取代基为乙酸基和CH3时,有邻、间、对3种;取代基为COOH、CH2CH3时,有邻、间、对 3种;取代基为COOH、CH3、CH3时,两个甲基邻位,有2种;两个甲基间位,有3种;两个甲基对位,有 1种。因此符合条件的共有14种,故C项正确。对点精练3 下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是(B)A.甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代,所得产物有6种B.与互为同分异构体的芳香族化合物有6种C.含有5个碳原子的某饱和链烃,其一氯取代物可能有3种D.菲的结构式为,它与
6、硝酸反应,可生成 5种一硝基取代物解析:含3个碳原子的烷基有两种,甲苯苯环上的氢原子有三种,故产物有6种,A正确;B项中物质的分子式为C7H8O,与其互为同分异构体的芳香族化合物有一种醇(苯甲醇)、一种醚(苯甲醚)、三种酚(邻甲基苯酚、间甲基苯酚和对甲基苯酚),总共有5种,故不正确;含有 5个碳原子的烷烃有三种异构体,正戊烷、异戊烷和新戊烷,其一氯代物分别为3、4、1种,C正确;由菲的结构可以看出结构中含有5种氢原子,可生成5种一硝基取代物,D正确。类型二限定条件下有机物结构式的书写典例2 阿司匹林()有多种同分异构体,符合下列条件的所有同分异构体有种,任写出其中两种结构简式 。a.苯环上有3
7、个取代基b.属于酯类,且每摩该物质水解能消耗4 mol NaOHc.能发生银镜反应,且每摩该物质反应能生成4 mol Ag解析:能发生银镜反应且每摩尔该物质反应生成4 mol Ag 说明含有两个醛基;属于酯类,且每摩尔该物质水解消耗4 mol NaOH,结合含有两个醛基且苯环上只有3个取代基可知苯环上含有两个“HCOO”,另外还剩余1个C原子,即为一个甲基,先考虑两个“HCOO”有邻、间、对排列,再用甲基取代苯环上的氢原子,分别得到2种、3种、1种结构,共有6种,其结构简式为、。答案:6、(任写两种)对点精练4 (1)的同分异构体中:能发生水解反应;能发生银镜反应;能与氯化铁溶液发生显色反应;
8、含氧官能团处在对位。满足上述条件的同分异构体共有种(不考虑立体异构),写出核磁共振氢谱图中有五个吸收峰的同分异构体的结构简式 。(2)化合物有多种同分异构体,同时满足下列条件的有种。能发生水解反应和银镜反应;能与FeCl3发生显色反应;苯环上有四个取代基,且苯环上一卤代物只有一种。(3)符合下列3个条件的的同分异构体有种。与FeCl3溶液发生显色反应;苯环上只有两个取代基;1 mol该物质最多消耗 3 mol NaOH。其中氢原子共有五种不同环境的是(写结构简式)。(4)同时满足下列条件:与FeCl3溶液发生显色反应;苯环上有两个取代基、含的的同分异构体有种(不包括立体异构);其中核磁共振氢谱
9、为4组峰、能水解的物质的结构简式为 。(5)芳香化合物X是1-萘酚()的同分异构体,符合下列条件的同分异构体有种。有两个官能团能发生银镜反应写出其中一种核磁共振氢谱有4组峰的同分异构体的结构简式: 。解析:(1)的同分异构体能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基,还能发生水解反应和银镜反应,说明含有甲酸酯(HCOO)结构,再根据含氧官能团处在对位,可写出、三种结构,其中核磁共振氢谱图中有五个吸收峰的是。(2)由条件知同分异构体中含有酚羟基、甲酸酯基,含有4个饱和碳原子;结合条件可写出6种符合条件的同分异构体的结构简式:、。(3)同分异构体符合下列条件:与FeCl3溶液发生显色反应,说明
10、含有酚羟基;苯环上只有两个取代基;1 mol 该物质最多消耗3 mol NaOH,说明另一个取代基为RCOO,该取代基为CH3CH2CH2COO、(CH3)2CHCOO,这两种取代基都与酚羟基有邻、间、对3种 位置关系,所以符合条件的有6种,其中氢原子共有五种不同环境的是。(4)同分异构体同时满足下列条件:与FeCl3溶液发生显色反应;苯环上有两个取代基、含,苯环上邻、间、对3种:,侧链有异构体:COOCH3、OOCCH3、CH2COOH、CH2OOCH、OCH2CHO、COCH2OH、CHOHCHO 7种,故其同分异构体有37=21(种);核磁共振氢谱为4组峰、能水解的物质,即4种化学环境的
11、H,只有苯环上对位(3种H)、侧链上1种H(上述前两种)才符合条件,其结构简式为、。(5)化合物X是1-萘酚的同分异构体,有两个官能团,能发生银镜反应,说明X分子中含1个苯环、1个、1个CHO、剩余1个碳原子及若干个氢原子。若苯环上有1个取代基(、或)时,有3种;若苯环上有2个取代基(CH3和、CHO和、和、CHO和)时,有12种;若苯环上有3个取代基(CH3、和CHO)时,有10种;共25种。核磁共振氢谱中有4组峰的同分异构体的结构简式为、。答案:(1)3(2)6(3)6(4)21、(5)25(或)考点二有机物分子中原子共线、共面问题的判断一、典型代表物甲烷:正四面体,乙烯:同一平面,乙炔:
12、同一直线,苯:同一平面。二、审题要点看准关键词:“可能”“一定”“最多”“最少”“共面”“共线”等,以免出错。三、判断方法1.单键旋转思想:有机物分子中的单键,包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键等均可旋转。但是碳碳双键和碳碳叁键等不能旋转,对原子的空间结构具有“定格”作用,如,其结构简式也可写成:,该分子中至少有6个碳原子共面(连接两个平面的碳碳单键旋转,两平面不重合时)、至多有10个碳原子共面(连接两个平面的碳碳单键旋转,两平面重合时)。2.定平面规律:共平面的不在同一直线上的3个原子处于另一平面时,两平面必定重叠,两平面内的所有原子必定共平面。3.定直线规律:直线形分子中有2个原子处于某一平
13、面内时,该分子中的所有原子也必在此平面内。四、基本规律1.凡是碳原子与其他四个原子形成共价单键时,空间构型为四面体。2.有机物分子的结构中只要出现一个饱和碳原子,则分子中的全部原子不可能共面。3.CH4分子中最多有3个原子处于同一平面内。4.有机物分子的结构中每出现一个碳碳双键,则整个分子中至少有6个原子共面。5.有机物分子的结构中每出现一个碳碳叁键,则整个分子中至少有4个原子共线。6.有机物分子的结构中每出现一个苯环,则整个分子中至少有12个原子共面。典例 有机物中,同一平面上碳原子最多数目和同一直线上的碳原子最多数目分别为()A.11、4B.10、3C.12、4D.13、4解析:根据甲烷正
14、四面体,乙烯平面形,乙炔直线形,苯平面六边形,以及三点确定一个平面,故此有机物可以化成,从图中可以得出最多4个碳原子共线,最多13个碳原子共面,故选项D正确。答案:D对点精练1 下列有机化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是(D)A.B.C.D.解析:苯分子中12个原子处在同一平面上,可以看作甲基取代苯环上的1个氢原子,所有碳原子在同一平面上;乙炔分子中的4个原子在同一直线上,HCCCH3可以看作甲基取代乙炔中1个氢原子,所有碳原子在同一平面上;乙烯分子中6个原子在同一平面上,可看作乙烯分子中的两个氢原子被CH3取代,所有碳原子在同一平面上;可看作甲烷分子中的三个氢原子被CH3取代,所
15、有碳原子不在同一平面上。对点精练2 判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。(1)螺2.2戊烷()分子中所有碳原子均处同一平面。()(2)(b)、(d)、(p)中只有b的所有原子处于同一平面。()(3)和分子中所有碳原子均处于同一平面上。()(4)中碳原子可能都处于同一平面。()(5)CH3CHCHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上。()答案:(1)(2)(3)(4)(5)归纳总结 复杂有机物分子共面、共线问题的分析步骤(1)将有机物分子进行拆分,找到基本结构单元,即有机物中几个典型的分子结构模型,如烃中的甲烷、乙烯、乙炔、苯,烃的衍生物中的甲醛等。(2)根据分子结构模型,确定不同基本结构单元中共面或共线的原子,原子共线的判断以乙炔为标准,原子共面的判断以乙烯或苯为标准。(3)了解有机物分子中可以自由旋转的单键碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键等,确定哪些原子可以旋转到不同的位置。(4)根据简单的立体几何知识,将不同的结构单元进行合并,整体判断共面或共线的原子个数。