把握考查特點(diǎn) 突破同分異構(gòu)體

尉言勛 侯建麗

（安徽省碭山第四中學(xué)）

同分異構(gòu)體是高考的高頻考點(diǎn)，2021年全國(guó)卷及各省市高考題均進(jìn)行了考查.在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中明確要求：知道有機(jī)化合物存在同分異構(gòu)現(xiàn)象(必修)，認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)決定于原子間的連接順序、成鍵方式和空間排布，認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物存在構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu)等同分異構(gòu)現(xiàn)象(選擇性必修).從高考命題來(lái)看，同分異構(gòu)體的識(shí)別、辨認(rèn)、種類的確定以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的書(shū)寫(xiě)一直是命題的熱點(diǎn)，本文總結(jié)了高考試題的考查特點(diǎn)，對(duì)典型例題進(jìn)行了分類解析.

1 考查特點(diǎn)

2021年各地高考試題關(guān)于同分異構(gòu)體的考查特點(diǎn)如表1所示.

表1

從整體上看，對(duì)同分異構(gòu)體相關(guān)知識(shí)的考查既可以選擇題的形式呈現(xiàn)，也可以非選擇題的形式呈現(xiàn)，重點(diǎn)考查同分異構(gòu)體的基本概念、數(shù)目的判斷以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的書(shū)寫(xiě)等.非選擇題中試題信息新穎、陌生度大，一般對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、官能團(tuán)的性質(zhì)、核磁共振氫譜、紅外光譜等相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行限定.

2 典例解析

2.1 同分異構(gòu)體的判斷

例1(2021年全國(guó)甲卷)下列各項(xiàng)敘述正確的是( ).

A.甲醇既可發(fā)生取代反應(yīng)也可發(fā)生加成反應(yīng)

B.用飽和碳酸氫鈉溶液可以鑒別乙酸和乙醇

C.烷烴的沸點(diǎn)高低僅取決于碳原子數(shù)的多少

D.戊二烯與環(huán)戊烷互為同分異構(gòu)體

解析

甲醇為一元飽和醇，不能發(fā)生加成反應(yīng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.乙酸可與飽和碳酸氫鈉反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，乙醇與飽和碳酸氫鈉互溶，兩者現(xiàn)象不同，可以鑒別，選項(xiàng)B正確.含相同碳原子數(shù)的烷烴，其支鏈越多，沸點(diǎn)越低，所以烷烴的沸點(diǎn)高低不僅僅取決于碳原子數(shù)的多少，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.戊二烯分子結(jié)構(gòu)中含2個(gè)不飽和度，其分子式為C5H8，環(huán)戊烷分子結(jié)構(gòu)中含1個(gè)不飽和度，其分子式為C5H10，兩者分子式不同，不能互為同分異構(gòu)體，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案為B.

點(diǎn)評(píng)

分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的化合物互為同分異構(gòu)體，選項(xiàng)D考查同分異構(gòu)體的基本概念.注意：同分異構(gòu)體可以是同類物質(zhì)(含有相同的官能團(tuán))，也可以是不同類的物質(zhì)(所含官能團(tuán)不同).

2.2 同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的書(shū)寫(xiě)

例2(2021年河北卷，節(jié)選)丁苯酞(NBP)是我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的化學(xué)藥物，臨床上用于治療缺血性腦卒中等疾病.合成中間產(chǎn)物D有多種同分異構(gòu)體，其中能同時(shí)滿足下列條件的芳香族化合物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_______、________.

①可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，也能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)；

②核磁共振氫譜有四組峰，峰面積比為1∶2∶2∶3.

解析

①可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)中含有醛基；能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)中含有酚羥基，由D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知其分子式為C8H8O3(不飽和度為5)，因此可推知該結(jié)構(gòu)中除醛基外不含其他不飽和鍵；②核磁共振氫譜有四組峰，峰面積比為1∶2∶2∶3，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，且含有1個(gè)甲基.若含有1個(gè)—CHO，2個(gè)—OH(酚)符合條件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為若含有1個(gè)—OOCH，1個(gè)—OH，則不能滿足峰面積之比.

【歸納總結(jié)】給定條件的同分異構(gòu)體書(shū)寫(xiě)方法，如圖1所示.

圖1

2.3 同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷

1)等效氫法

例3(2021年河北卷)苯并降冰片烯是一種重要的藥物合成中間體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為關(guān)于該化合物，下列說(shuō)法正確的是( ).

A.是苯的同系物

B.分子中最多8個(gè)碳原子共平面

C.一氯代物有6種(不考慮立體異構(gòu))

D.分子中含有4個(gè)碳碳雙鍵

解析

苯的同系物必須是只含有1個(gè)苯環(huán)，側(cè)鏈為烷烴基的同類芳香烴，苯并降冰片烯的側(cè)鏈不是烷烴基，不屬于苯的同系物，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.苯并降冰片烯分子中苯環(huán)上的6個(gè)碳原子和連在苯環(huán)上的2個(gè)碳原子共平面，共有8個(gè)碳原子，選項(xiàng)B正確.苯并降冰片烯分子的結(jié)構(gòu)上下對(duì)稱，在不考慮立體異構(gòu)的情況下，分子中含有5類氫原子，即所以一氯代物有5種，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.苯環(huán)不是單雙鍵交替的結(jié)構(gòu)，苯并降冰片烯分子中只含有1個(gè)碳碳雙鍵，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案為B.

【歸納總結(jié)】有機(jī)物分子中，化學(xué)環(huán)境相同的氫原子稱為等效氫原子，有多少種等效氫，就有多少種一元取代物.

b)同一個(gè)C原子上所連甲基上的氫原子是等效的，如圖2中①和②位置上的6個(gè)H原子等效.

圖2

c)處于對(duì)稱位置(軸對(duì)稱或鏡面對(duì)稱)上的氫原子是等效的.如圖3有機(jī)物中，①和⑥、②和⑦、③和⑧、④和⑨位置上的4組H原子分別等效.

圖3

2)分類討論法

例4(2021年全國(guó)甲卷，節(jié)選)化合物B)的同分異構(gòu)體中能同時(shí)滿足下列條件的有_________(填標(biāo)號(hào)).

a.含苯環(huán)的醛、酮

b.不含過(guò)氧鍵(—O—O—)

c.核磁共振氫譜顯示4組峰，且峰面積比為3∶2∶2∶1

A.2個(gè) B.3個(gè)

C.4個(gè) D.5個(gè)

解析

核磁共振氫譜顯示4組峰，且峰面積比為3∶2∶2∶1，有4種不同的等效氫，且原子個(gè)數(shù)比為為3∶2∶2∶1，則其中1個(gè)取代基為甲基，且呈對(duì)稱結(jié)構(gòu).a)當(dāng)為含苯環(huán)的醛時(shí)，有2種同分異構(gòu)體，分別是b)當(dāng)為含苯環(huán)的酮時(shí)，有2種同分異構(gòu)體，分別是.故滿足條件的同分異構(gòu)體有4種，答案為C.

點(diǎn)評(píng)

本題考查官能團(tuán)分類不同出現(xiàn)的異構(gòu).根據(jù)題目給予的信息可將其分為含苯環(huán)的醛、含苯環(huán)的酮兩種情況進(jìn)行討論，逐個(gè)突破，化難為簡(jiǎn).

3)定一移一法或定二移一法

例5(2021年廣東卷，節(jié)選)化合物Ⅵ的芳香族同分異構(gòu)體中，同時(shí)滿足如下條件的有 種________，寫(xiě)出其中任意一種的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_______.

a.能與NaHCO3反應(yīng)；

b.最多能與2倍物質(zhì)的量的NaOH反應(yīng)；

c.能與3倍物質(zhì)的量的Na發(fā)生放出H2的反應(yīng)；

d.核磁共振氫譜確定分子中有6個(gè)化學(xué)環(huán)境相同的氫原子；

e.不含手性碳原子(手性碳原子是指連有4個(gè)不同的原子或原子團(tuán)的飽和碳原子).

解析

化合物Ⅵ的不飽和度是5，苯環(huán)的不飽和度是4.Ⅵ的芳香族同分異構(gòu)體同時(shí)滿足如下條件：a)能與NaHCO3反應(yīng)，說(shuō)明含有—COOH，根據(jù)其不飽和度可知不含酯基或碳碳雙鍵；b)最多能與2倍物質(zhì)的量的NaOH反應(yīng)，說(shuō)明含有1個(gè)酚羥基；c)能與3倍物質(zhì)的量的Na發(fā)生放出H2的反應(yīng)，說(shuō)明含有1個(gè)醇羥基；d)核磁共振氫譜確定分子中有6個(gè)化學(xué)環(huán)境相同的氫原子，說(shuō)明含有2個(gè)甲基；e)不含手性碳原子，說(shuō)明苯環(huán)上取代基有3個(gè).綜上可得苯環(huán)上含有3個(gè)不同取代基，分別為—COOH、酚羥基、，利用“定二移一”法，可得同分異構(gòu)體有10種，其中1種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為

【歸納總結(jié)】“定一移一”法即分析二元取代物時(shí)(三元取代物可類推)，可固定一個(gè)取代基，再移動(dòng)另外一個(gè)取代基，以確定同分異構(gòu)體數(shù)目.例如，在苯環(huán)上連有2個(gè)原子或原子團(tuán)時(shí)，可固定一個(gè)移動(dòng)另一個(gè)，從而寫(xiě)出鄰、間、對(duì)3種異構(gòu)體；苯環(huán)上連有3個(gè)原子或原子團(tuán)時(shí)，可先固定2個(gè)原子或原子團(tuán)，得到3種結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合等效氫法，就能寫(xiě)全含有芳香環(huán)的同分異構(gòu)體.以苯的三元取代物的種數(shù)為例，可建立以下模型.

總之，同分異構(gòu)體是高考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，在備考時(shí)要引起我們的重視.高考試題在選擇題中側(cè)重基礎(chǔ)知識(shí)的考查，在非選擇題中注重能力的考查，本文對(duì)高考真題進(jìn)行了分類解析，探尋命題的規(guī)律，希望對(duì)學(xué)生的復(fù)習(xí)起到一定的幫助作用.

鏈接練習(xí)

A.能發(fā)生取代反應(yīng)，不能發(fā)生加成反應(yīng)

B.既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物

D.1mol該物質(zhì)與碳酸鈉反應(yīng)得44gCO2

鏈接練習(xí)參考答案

1.C.2.10.