“殘基片段和排列組合法”在書(shū)寫(xiě)限制條件的同分異構(gòu)體中的應(yīng)用

王建剛

同學(xué)們?cè)跁?shū)寫(xiě)限制條件的同分異構(gòu)體時(shí)，往往耗時(shí)長(zhǎng)且準(zhǔn)確率偏低，運(yùn)用“殘基片段和排列組合法”來(lái)書(shū)寫(xiě)同分異構(gòu)體，能夠快速、正確地書(shū)寫(xiě)同分異構(gòu)體，降低思維難度，提高準(zhǔn)確率。

一，問(wèn)題提出

同分異構(gòu)體是高中有機(jī)化學(xué)核心概念之一，在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中，明確了學(xué)業(yè)要求：能辨識(shí)同分異構(gòu)現(xiàn)象，能寫(xiě)出符合特定條件的同分異構(gòu)體。歷年高考試卷中也都涉及同分異構(gòu)體的書(shū)寫(xiě)。考查方式從純粹由有機(jī)物分子式書(shū)寫(xiě)同分異構(gòu)體的題型，逐漸過(guò)渡到有限制條件下同分異構(gòu)的書(shū)寫(xiě)。因?yàn)榍罢咴诳紤]滿(mǎn)足鍵數(shù)的前提下，采用窮舉和圖形變換，使它更接近數(shù)學(xué)而遠(yuǎn)離化學(xué)的能力考查要求，而現(xiàn)在考查最多的是限制條件下的同分異構(gòu)體的書(shū)寫(xiě)，這種方式的轉(zhuǎn)變，既可以考查考生對(duì)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的掌握程度，又能考查考生思維的嚴(yán)密性、有序性，具有較高的難度和很好的區(qū)分度，是近年高考的重要題型。

二、理論基礎(chǔ)

2.物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的條件限制。

考查同分異構(gòu)體書(shū)寫(xiě)時(shí)為了更多地體現(xiàn)化學(xué)性，題中通常會(huì)附加一些限制條件，使得原本只考查有機(jī)物結(jié)構(gòu)的試題增加了考查有機(jī)物性質(zhì)的內(nèi)容，從注重?cái)?shù)學(xué)思維能力轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣芰Φ目疾?。條件限制又分為結(jié)構(gòu)方面的限制和性質(zhì)方面的限制，結(jié)構(gòu)方面限制通常包含：①是否含有苯環(huán)、其他環(huán)或雜環(huán);②根據(jù)HNMR譜顯示分子中氫原子的個(gè)數(shù)來(lái)確定同分異構(gòu)的對(duì)稱(chēng)度。苯環(huán)上含有不同化學(xué)環(huán)境的氫原子情況如下（R、R1、R2分別表示不同的基團(tuán)）：

熟悉苯環(huán)的對(duì)稱(chēng)性，能快速判斷不同化學(xué)環(huán)境氫的種類(lèi)。性質(zhì)方面的限制通常包含官能團(tuán)的性質(zhì)，如表2所示。

3.書(shū)寫(xiě)限制條件同分異構(gòu)體的解題策略。

對(duì)書(shū)寫(xiě)限制條件同分異構(gòu)體的考查大都在苯的衍生物范圍內(nèi)，涉及的異構(gòu)體類(lèi)型也一般為側(cè)鏈異構(gòu)、苯環(huán)上的位置異構(gòu)和官能團(tuán)異構(gòu)。我們可先通過(guò)限制條件得到已知基團(tuán)，用分子式減去已知基團(tuán)，得到殘基片段，再對(duì)殘基片段進(jìn)行有規(guī)則的排列組合，即可得到答案。

三、方法的運(yùn)用

例1 寫(xiě)出同時(shí)符合下列條件的C7H7NO2的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：______ 。

例3 寫(xiě)出C6H13NO2同時(shí)符合下列條件的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_____。

①分子中有一個(gè)六元環(huán)，且成環(huán)原子中最多含2個(gè)非碳原子;

②1 H-NMR譜和IR譜檢測(cè)表明分子中有4種化學(xué)環(huán)境不同的氫原子;

③有 N-O 鍵，沒(méi)有過(guò)氧鍵（O-O-）。

解析：第一步，由分子式C6 H13 NO2可知，其不飽和度Ω =1，題中給出限制條件為有一個(gè)六元環(huán)，即為1個(gè)不飽和度，其余原子均為單鍵連接。成環(huán)原子中最多含2個(gè)非碳原子，有NO鍵，可得六元環(huán)情況有如下6

①1 H-NMR譜和IR譜檢測(cè)表明分子中共有4種氫原子，無(wú)氮氧鍵和碳氮雙鍵;

②除了苯環(huán)外無(wú)其他環(huán)。

解析：第一步，由題中所給結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，可得不飽和度Ω=5，由題中限制條件“除了苯環(huán)外無(wú)其他環(huán)，無(wú)氮氧鍵和碳氮雙鍵”，可知含有一個(gè)苯環(huán)和一個(gè)碳氧雙鍵，無(wú)硝基。

例5 寫(xiě)出化合物C7H6CINO2同時(shí)符合下列條件的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_____ 。

1 HNMR譜和IR譜檢測(cè)表明：

①分子中共有4種氫原子，其中苯環(huán)上的有2種;

②有碳氧雙鍵，無(wú)氮氧鍵和- CHO。

解析：第一步，由分子式為C7 H6CINO2，得不飽和度Ω=5，結(jié)合限制條件，可知含有一個(gè)苯環(huán)和一個(gè)碳氧雙鍵，即符合不飽和度Ω=5，其余均為單鍵，無(wú)硝基和-CHO。