有機物同分異構(gòu)體的書寫方法和規(guī)律總結(jié)

摘 要：在歷界全國各地高考理綜化學(xué)中，Ⅰ卷選擇題的個別選項甚至整個小題都是同分異構(gòu)體數(shù)目的確定，Ⅱ卷都要涉及到某條件的異構(gòu)體數(shù)目的確定和結(jié)構(gòu)簡式的書寫問題.要求考生在很短時間內(nèi)進行變式和統(tǒng)攝整理完成問題的解答是有一定難度，這就需要考生掌握一定的書寫方法和規(guī)律，能根據(jù)分子式結(jié)合有機物的化學(xué)特性和不飽和度迅速確定可能的官能團，再按類別介助分子的對稱性，應(yīng)用組合法進行快速確定數(shù)目.

關(guān)鍵詞：同分異構(gòu);對稱性;組合法;高中化學(xué)

中圖分類號：G632????? 文獻標(biāo)識碼：A????? 文章編號：1008-0333（2020）34-0097-03

收稿日期：2020-09-05

作者簡介：趙世宏（1966.3-），男，甘肅省天水人，碩士，中小學(xué)高級教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

在高考理綜化學(xué)中同分異構(gòu)體的書寫和數(shù)目確定所占分值較大全國各地高考中在Ⅰ卷和Ⅱ卷中均有出現(xiàn).這種題可以也是充分考查化學(xué)核心素養(yǎng).一個有機分子式代表了三種異構(gòu)現(xiàn)象：碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)和類間異構(gòu).一般的書寫思路是：先考查可以分為幾類（類間異構(gòu)），再每個類考查碳鏈異構(gòu)，最后每種碳鏈上改變官能圖的位置成為位置異構(gòu).現(xiàn)以后兩種異構(gòu)體的書寫來說明如何確定有機物同分異構(gòu)體及數(shù)目.

一、鏈烴異構(gòu)體的書寫方法鏈烴異構(gòu)體主要是以烷烴為代表的碳鏈異構(gòu)，它們是構(gòu)成其它物質(zhì)的基石，其它物質(zhì)的異構(gòu)體都是根據(jù)鏈烴的異構(gòu)體來改寫.

1.飽和碳鏈異構(gòu)（烷烴異構(gòu)體）的書寫[ 以庚烷（C7H14）為例]

第一步：先寫最長碳鏈（后面都是一樣，這只寫出碳鏈，不寫氫原子）

C—C—C—C—C—C—C

第二步：從原長鏈中依次減碳，做為取代基，減去1個碳做甲基（-CH3）， 減去2個碳做2個甲基或1個乙基（-C2H5，剩余主碳鏈碳數(shù)≥5時），依次類推.剩余的碳鏈用對稱軸把碳原子分類（用相同數(shù)字表示，虛線表示對稱軸，下同）.

第三步：按剩余碳鏈的對稱性放回被減去部分.

第四步：重復(fù)第二和第三步，直到不能再減碳為止.

2.不飽和碳鏈異構(gòu)（烯烴和炔烴）的寫法

烯烴和炔烴的異構(gòu)體包括碳鏈異構(gòu)和雙鍵或叁鍵的位置異構(gòu)，一般分這兩步書寫分兩步書寫.現(xiàn)以已烯（C6H12）和已炔（C6H10）為例說明.

第一步：先寫碳鏈異構(gòu)， 用對稱軸把C―C鍵分類，

第二步：把標(biāo)序號的位置變?yōu)殡p鍵（當(dāng)某個碳已達4價，不能變雙鍵 ）或叁鍵（當(dāng)某個碳已達3價，不能變?nèi)I ）.第1條碳鏈得到的種烯烴和三種炔烴，第2條碳鏈有4種烯烴和2種炔烴，第3條碳鏈有3種烯烴和1種炔烴，第4條碳鏈有2種烯烴無炔烴，第5條碳鏈有1種烯烴和1種炔烴，下面是第一條碳鏈的，其余未顯示.

二、一元取代物異構(gòu)體的書寫

一元取代物包括一鹵代烴、一元醇、醛、酸等.通過兩步完成書寫，先寫碳鏈異構(gòu)，并按對稱性對碳分類，再放入官能團.現(xiàn)以一氯戊烷（C5H11Cl）為例：

先寫碳鏈異構(gòu)如下：

再放入氯原子，共得到3+4+1=8種異構(gòu)體，以下只寫出第1條碳鏈的3個異構(gòu)體：

由上得到如下結(jié)論：

1.飽和烷基的數(shù)目：甲基和乙基各1種，丙基2種，丁基4種，戊基8種.

2.同烷基的衍生物異構(gòu)體數(shù)目相同，都是烷基異構(gòu)體的數(shù)目.如：丁醇（C4H9OH）、一氯丁烷（C4H9Cl）、戊醛（C4H9CHO）和戊酸（C4H9COOH）異構(gòu)體都是4種.

3.一鹵代烷只有一種（無同分異構(gòu)體）的烷烴可由甲烷（CH4）和乙烷（C2H6）變化而來，具體方法：碳原子數(shù)是前者的3倍加2，所有氫原子用甲基（-CH3）替換.得到C（CH3）4和（CH3）3C-C（CH3）3，即C5H12和C8H18中的一種，以此類推，碳原子數(shù)在前者的3倍加2得到C17H36和C26H54其中的一種烷烴其一鹵代烷也是一種.

三、二元取代物異構(gòu)體的書寫——組合法

組合法的基本思路：用對稱軸對碳鏈或苯環(huán)進行分類，再對碳原子進行兩兩組合，組合的這一對碳就是要放兩個官能團的.

1.碳鏈異構(gòu)組合法.有三種組合：①同一個碳（不能帶支鏈），②同種碳，③不同種碳.

例1 （2016年全國Ⅱ10題）分子式為C4H8Cl2的有機物共有（? ）（不含立體異構(gòu)）

A.7種? B.8種? C.9種? D.10種

第一步：寫碳鏈異構(gòu)，并用對稱軸對碳原子分類：

第二步：組合：碳鏈異構(gòu)的三種組合：左邊的一條，同一個碳①和②上分別放兩個氯;同種碳①①和②②組合;不同種碳兩個①②組合，共1+1+1+1+2=6種.右邊的碳鏈，同一個碳①上放兩個氯（碳②上只有一個氫原子，不能放兩個氯）;同種碳①①組合;不同種碳①②組合，共1+1+1=3種.共3+6=9種，該題答案為C.

2.苯環(huán)異構(gòu)組合法.有兩種組合：①同種碳，②不同種碳.

例2 蒽的二氯代物的同人異構(gòu)體數(shù)目是種.

第一步：根據(jù)對稱性對苯環(huán)碳進行分組：

第二步兩兩組合：同種碳的組合：①①組合3種，即：一個氯先放于任一碳①上，另一個氯放于另外3個碳①，且各不相同.同理，②②組合有3種，③③組合有1種;不同種碳的組合：①②組合有4種，①③組合有2種，②③組合有2種.所以，蒽的二氯代物共有3+3+1+4+2+2=15種.

3.由上述兩例可得出如下結(jié)論：

（1）對于不同的二元取代物，由于兩個不同基團在不同兩個碳上可以互換，異構(gòu)體數(shù)目的確定方法是：同一個碳和兩種碳的組合，異構(gòu)體數(shù)目不變，而不同種碳的組合異構(gòu)體數(shù)目擴大2倍.如例1變?yōu)镃4H8ClBr兩條碳鏈中的①②組合乘2，即總的異構(gòu)體數(shù)目為：1+1+1+1+2×2+1+1+1×2=12種.

（2）單苯環(huán)的三元取代物異構(gòu)體的數(shù)目分別為：①三同有3種：如三甲基苯;②二同有6種，如二甲基苯酚，先放上—OH后，重新用對稱軸分組碳原子，再組合放上兩個甲基，

有①①、②②、①②、①③和②③5種組合，異構(gòu)體數(shù)目：1+1+2+1+1=6.③三不同有10種，即按二同的寫法，只要不同組合乘以2，1+1+（2+1+1） ×2=10.

（3）二元醛和二元羧酸要按少兩個碳原子寫碳鏈或苯環(huán)的異構(gòu)，比如2018年全國Ⅱ36題（6）小題，通過計算和性質(zhì)推知F是分子式為C6H10O4的二元羧酸，改寫成

C4H8（COOH）2后與例1完全相似，所以F的異構(gòu)體數(shù)目也是9種.而二元醇有特殊要求，兩個-OH不能邊在一個碳上，也不能連在雙鍵等碳上.

（4）碳鏈上的三元取代物，可變?yōu)槎?如例1變?yōu)镃4H7Cl3，其中放在同一個碳上的兩個氯原子可看作一個取代基，相當(dāng)于不同二元的組合，只是含次甲基（CH）的不同組合不能擴大2倍.例1中左邊碳鏈上，分放在3個碳上的組合分別是①①②和①②②，同一個碳上是碳②，同種碳①①和②②，不同碳組合是兩個①②，共1+1+1+1+1++2×2=9種;右邊碳鏈上，分放在3個碳上的組合分別是①①②，同一個碳上是碳①，同種碳①①，不同碳組合是1個①②，因碳①是次甲基，不能乘2，共1+1+1+1=4種，即：C4H7Cl3的異構(gòu)體是13種.

（5）其它可按原子交換法變?yōu)槎钥砂瓷鲜龇椒〞鴮?如：二甲基萘的苯環(huán)上四溴代物的異構(gòu)體數(shù)目的確定方法：先定二溴代物，按組合法有①①、②②、③③、①②、①③、②③，共1+1+1+2+2+2=9種，苯環(huán)上二溴代物是H4Br2，則四溴代物H2Br4，所以二甲基萘的四溴代物也是9種.

三、酯類異構(gòu)體的數(shù)目確定方法

從近年高考題看，酯類物質(zhì)及異構(gòu)體的問題出現(xiàn)較多，一直是有機部分的難點，基本思路，先用不飽和度（Ω）確定除了酯基外，還有什么官能團，再拆分為酸和醇兩部分完成書寫.

1.脂肪酯（鏈酯）異構(gòu)體

書寫方法：按酸部分碳數(shù)遞增，醇部分碳數(shù)遞減，把碳數(shù)少的酸部分RCOO—或醇部分ROCO—作為取代基，放入剩余的碳鏈異構(gòu)中.

例3 確定分子式為C6H12O2的屬于酯類異構(gòu)體數(shù)目

分析 不飽和度Ω=（2×6+2-12）/2=1，為飽和鏈，酸碳數(shù)為1， HCOO—作為取代基，醇部分為戊基

—C5H11，即：甲酸戊酯有8種;酸碳數(shù)為2， CH3COO—作為取代基，醇部分為丁基—C4H9，即：乙酸丁酯有4種;酸碳數(shù)為3， CH3CH2COO—作為取代基，醇部分為丙基—C3H7，即：丙酸丙酯有2種;醇碳數(shù)變少后，把

C2H5OCO—作為取代基，酸部分為丙基—C3H7，即：丁酸乙酯有2種;把CH3OCO—作為取代基，酸部分為丁基—C4H9，即：戊酸甲酯有4種;共8+4+2+2+4=20種.

2.芳香酯的異構(gòu)體

書寫方法同上，只是當(dāng)苯環(huán)在酸部分時，碳數(shù)≥7，在醇部分時，碳數(shù)≥6.

例4 分子式為C9H10O3的芳香酯，能使FeCl3溶液顯紫色，它只有一個甲基的異構(gòu)體有幾種？

分析 不飽和度Ω=（2×9+2-10）/2=5，苯環(huán)的Ω=4，所以，其結(jié)構(gòu)由這三部分組合：①

OH;

②酯基—COOC—;③飽和烷基.現(xiàn)按酸碳數(shù)遞增來書寫，②為甲酸酯基HCOO—;改變③，得到的組合：

HCOOOHC2H5、HCOOCH2OHCH3、

HCOOCHCH3OH，這樣得到的甲酸酯共有10+10+3=23種.同理：可得到乙酸酯和丙酸酯，而碳4、碳5和碳6酸不能形成苯環(huán)，碳7和碳8分別形成苯甲酸酯和苯乙酸酯：

CH3COOCH2OH、CH3CH2COOOH、

CH3CH2OOCOH、CH3OOCCH2OH各3種;共23+4×3=35種.

練習(xí)：

1.分子式為C6H6O2且能發(fā)生水解和銀鏡反應(yīng)的物質(zhì)有幾種？

提示：由Ω=2，可知分子中有一個C=C，按烯烴的碳鏈異構(gòu)放入酯基，答案 ：16.

2.分子式為C9H10O2鏈酯有幾種？

提示：由Ω=7，結(jié)合性質(zhì)可知，它由三部分組成：苯環(huán)、HCOO-和C≡C.共10+1=11種.

參考文獻：

[1]楊生貴.同分異構(gòu)體數(shù)目問題的解題方法[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（11）：36-38.

[2]尚凡朋.淺析苯環(huán)上取代產(chǎn)物同分異構(gòu)休種類的確定[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（06）：40-42.

[責(zé)任編輯：季春陽]