专题讲座（十一） 同分异构体的书写与数目判断（讲）-2022年高考化学一轮复习讲练测

专题讲座（十一） 同分异构体的书写与数目判断（精讲）

【考情分析】

同分异构现象和同分异构体是中学化学教学的重点，同时也是高考的热点。在近几年的高考中，同分异构体的书写及数目判断属必考的题型，尤其是考查芳香族（含苯环）类的同分异构体的书写及数目的判断，考查特点常限定条件要求对芳香族（含苯环）类同分异构体结构简式进行书写及数目的判断。

【核心素养分析】

1.宏观辨识与微观探析:能从结构层次认识有机物的多样性。能从原子之间的连接方式不同认识有机物的同分异构现象。

2.证据推理与模型认知:根据不同的数据条件推测有机物的结构。根据不同的结构判断性质，建立典型的同分异构体的书写模型和同分异构体的数目判断，能运用模型书写和判断同分异构体，揭示同分异构体的本质和规律。

【知识梳理】

智能点一、同分异构现象的分类

1、无机物与无机物间的异构现象

（1）氰酸（H－O－C≡N）与异氰酸（俗名雷酸，其结构为H－N＝C＝O）以及同一金属的氰酸盐与异氰酸（雷酸）盐如氰酸银与雷酸银互为同分异构体。

（2）二氯二氨合铂[Pt(NH3) 2Cl2]有两种构造异构体，顺铂异构体具有抗癌活性，反铂异构体没有抗癌活性：

顺式        反式

2、无机物和有机物间的异构现象

无机物氰酸铵[NH4CNO]与有机物尿素[CO(NH2)2]互为同分异构体。

3、有机物与有机物间的异构现象——中学阶段涉及的常见有机同分异构体：

1）碳链异构：是指具有相同的分子式，但碳原子在分子中的排列方式不同而产生的异构。　

2）位置(官能团位置)异构：具有相同分子式但取代基或官能团在分子的碳链或碳环上的位置不同而产生的异构称为位置异构。

3）类别异构(又称官能团异构)：类别异构的常见情况有：

（1）CnH2n：(n≥3)烯烃和环烷烃；

（2）CnH2n－2：(n≥3)二烯烃和炔烃；

（3）CnH2n＋2O：(n≥2)饱和一元醇和饱和一元醚；

（4）CnH2nO：(n≥2)饱和一元醛、烯醇和环氧烷；(n≥3)饱和一元酮；

（5）CnH2nO2：(n≥2)饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱和一元醇酯、羟基醛；

（6）CnH2n＋1O2N：(n≥2)氨基酸、硝基化合物；

（7）CnH2n－6O：(n≥7)酚、芳香醇和芳香醚。

（8）C6H12O6：葡萄糖和果糖；

（9）C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；

注：巧用不饱和度记住常见有机物的官能团异构

1）不饱和度

(1)概念：不饱和度又称缺氢指数，即有机物分子中的氢原子与和它碳原子数相等的链状烷烃相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用Ω表示

(2)有机化合物(CxHyOz)分子不饱和度的计算公式为：

【微点拨】在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧原子，则不予考虑；若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数

(3)几种常见结构的不饱和度

2）常见有机物的官能团异构

4）顺反异构：含有双键（如，，等）的化合物存在顺反异构。

智能点二、同分异构体的书写步骤

1．烷烃只存在碳架异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写，具体步骤如下(以C6H14为例)：

(1)确定碳架

①先写直链：C—C—C—C—C—C。

②减少一个碳原子，将其作为支链，由中间向一端移动：

、。

③减少2个碳原子，将其作为一个或两个支链并移动位置；2个支链时，可先连在同一个碳上，再连在相邻、相间的碳原子上。

、。

从主链上取下来的碳原子数，不能多于主链所剩部分的碳原子数。

(2)补写氢原子：根据碳原子形成4个共价键，补写各碳原子所结合的氢原子。

则C6H14共有5种同分异构体。

2．烯烃同分异构体的书写(限单烯烃范围内)

书写方法：先链后位，即先写出可能的碳链方式，再加上含有的官能团位置。下面以C4H8为例说明。

(1)碳架异构：C—C—C—C、。

(2)位置异构：用箭头表示双键的位置，即。

故C4H8在单烯烃范围内的同分异构体共有3种。

3．烃的含氧衍生物同分异构体的书写

书写方法：一般按碳架异构→位置异构→官能团异构的顺序来书写。下面以C5H12O为例说明。

(1)碳架异构：5个碳原子的碳链有3种连接方式。

C—C—C—C—C　　

(2)位置异构：对于醇类，在碳链各碳原子上连接羟基，用“↓”表示连接的不同位置。

(3)官能团异构：通式为CnH2n＋2O的有机物在中学阶段只能是醇或醚，对于醚类，位置异构是因氧元素的位置不同而导致的。

分析知分子式为C5H12O的有机物共有8种醇和6种醚，总共14种同分异构体。

4、含苯环的同分异构体的书写技巧

A.苯环上有两个取代基时：

①先确定好“对称轴”，再“定一移一”。（这个属于“位置异构”，注意苯环上的“邻、对、间”。

②接着再进行官能团异构：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它们在苯环上会被分为-OH（羟基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚键），-CO-（羰基），但要记住前提是分子式相同。

B.苯环上有三个取代基时：

①先确定好“对称轴”，再“定二移一”。（这个属于“位置异构”，注意苯环上的“邻、对、间”。

②接着再进行官能团异构：-COOH（羧基），-COOC-（酯基）；它们在苯环上会被分为-OH（羟基），-CHO（醛基），-C-O-C-（醚键），-CO-（羰基），但要记住前提是分子式相同。

智能点三、同分异构体数目的判断方法

1．等效氢法，适用于一卤代物、醇的找法

单官能团有机物分子可以看作烃分子中一个氢原子被其他的原子或官能团取代的产物，确定其同分异构体数目时，实质上是看处于不同位置的氢原子的数目，可用“等效氢法”判断。

1）判断“等效氢”的三原则是：

(1)同一碳原子上的氢原子是等效的，如CH4中的4个氢原子等效。

(2)同一碳原子上所连的甲基上的氢原子是等效的，如C(CH3)4中的4个甲基上的12个氢原子等效。

(3)处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等效，乙烯分子中的4个氢原子等效，苯分子中的6个氢原子等效，CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3上的18个氢原子等效。

2）应用

(1)一卤代烃：看作是氯原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H11Cl”为例

(2)醇：看作是—OH原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H12O”为例             

2、变键法：即将有机物中某个位置化学键进行变化得到新的有机物，适用于烯烃、炔烃、醛和羧酸

(1)烯烃：单键变双键，要求相邻的两个碳上至少各有1个氢原子，以“C5H10”为例

(2)炔烃：单键变三键，要求相邻的两个碳上至少各有2个氢原子，以“C5H8”为例

(3)醛：醛基属于端位基，将烃分子中链端的甲基变成醛基，以“C5H10O”为例

(4)羧酸：羧基属于端位基，将烃分子中链端的甲基变成羧基，以“C5H10O2”为例

3、插键法：在有机物结构式中的某个化学键的位置插入原子而得到新的有机物的结构，适用于醚和酯

(1)醚：醚键可以理解为在C—C单键之间插入氧原子，以“C5H12O”为例

(2)酯：酯可以理解在左、右两边插入氧原子，可以先找出酮，再插入氧，以“C5H10O2”为例

4．烃基取代法

(1)记住常见烃基的结构：丙基有2种结构，丁基有4种结构，戊基有8种结构。

(2)将有机物分子拆分为烃基和官能团两部分，根据烃基同分异构体的数目，确定目标分子的数目，如C4H10O属于醇的可改写为C4H9—OH，共有4种结构，C5H10O属于醛的可改写为C4H9—CHO，共有4种结构。

5、多官能团同分异构体

(1)同种官能团：定一移一，以“C3H6Cl2”为例

 (2)不同种官能团：变键优先，取代最后，以“羟基醛(C5H10O2)”为例

6．换元法

若烃中含有a个氢原子，则其n元取代物和(a－n)元取代物的同分异构体数目相同。

如：二氯苯C6H4Cl2有3种同分异构体：、、，用H代替Cl，用Cl代替H，则四氯苯也有3种同分异构体。

7、组合法：饱和一元酯R1COOR2，R1—有m种，R2—有n种，共有m×n种酯。

8、强化记忆常见同分异构体的数目

（1)烷烃

注：还可用公式计算碳原子数小于10的烷烃同分异构体的数目：按C=2n-8+2n-4+1（n为烷烃碳原子数目）计算结果取整数即为烷烃同分异构体的数目，如庚烷中n=7,C=27-8+27-4+1=9.5，整数为9，故庚烷的同分异构体数目为9；又如辛烷中n=8,C=28-8+28-4+1=18，整数为18，故庚烷的同分异构体数目为18；依此类推，可计算出壬烷的同分异构体数目为35。

(2)烷基

(3)含苯环同分异构体数目确定技巧

①若苯环上连有2个取代基，其结构有邻、间、对3种

②若苯环上连有3个相同的取代基，其结构有3种

③若苯环上的三个取代基有两个相同时，其结构有6种

④若苯环上的三个取代基都不同时，其结构有10种

(4)C4H10的二氯代物有9种；

(5)C3H8的一氯一溴二元取代物有5种；

智能点四、限定条件的同分异构体的书写和数目判断

1、限定的可能条件

①酸（-COOH、-OH（酚羟基））。

②能发生银镜反应的官能团：含醛基的有机物,例如甲醛HCHO,乙醛CH3CHO。

③能发生水解反应的官能团：酯类物质,水解生成对应的醇和羧酸；肽键水解成氨基酸，卤代烃水解生成醇。

④使溴水发生沉淀的或能使FeCl3变色的官能团：酚羟基（-OH）。

⑤能使高锰酸钾（KMnO4）溶液或溴水褪色的：碳碳双键或碳碳三键。

⑥水解产物含有α氨基酸的（H2N-CH2-COOH)。

⑦与Na2CO3反应放出CO2：含羧基的有机物（-COOH）。

⑧能与NaOH溶液反应：含-OH（酚羟基）、-COOH、-COO-、-X等。

⑧核磁共振的氢谱的峰数（有几种峰就有几种氢原子，先确定对称轴）或峰面积（峰面积即是氢原子的数目。）

2、限定条件的同分异构体书写和数目判断技巧

(1)确定碎片：明确书写什么物质的同分异构体，该物质的组成情况怎么样？解读限制条件，从性质联想结构，将物质分裂成一个个碎片，碎片可以是官能团，也可是烃基(尤其是官能团之外的饱和碳原子)

(2)组装分子：要关注分子的结构特点，包括几何特征和化学特征。几何特征是指所组装的分子是空间结构还是平面结构，有无对称性。化学特征包括等效氢

(3)解题思路

例：确定(邻甲基苯甲酸)符合下列要求的同分异构体的种类       。

①属于芳香化合物

②能与银氨溶液反应产生光亮的银镜

③能与NaOH溶液反应

解析：

第一步：确定有机物的类别，找出该有机物常见的类别异构体 (可以结合不饱和度)。

技巧：原题有机物属于羧酸类，与羟基醛、酯互为类别异构体

第二步：结合类别异构体和已知限定条件确定基团和官能团(核心步骤)

综上所述，符合本题条件的有两大类：①羟基醛[(酚)—OH，—CHO]；②甲酸酯(—OOCH)

第三步：按类别去找，方便快捷不出错

①若为羟基醛[(酚)—OH，—CHO]，则还剩余一个碳原子，分两种情况讨论

若本环有有两个侧链，此时—CH2—只能和醛基一起，有邻、间、对3种

若本环有有三个侧链，则为—OH，—CHO、—CH3，苯环连接三个不同的取代基总共有10种

②若为甲酸酯(—OOCH)：则用—OOCH取代甲苯上的氢原子，总共4种

第四步：总共17种

【典例剖析】

高频考点1  考查同分异构体的辨识

例1.下列关于同分异构体的判断正确的是（）

A．是的一种同分异构体

B．“”与“1，3-丁二烯”互为同分异构体

C．与互为同分异构体

D．和互为同分异构体

【变式训练】下列关于同分异构体的判断错误的是（）

A．与互为同分异构体

B．环氧乙烷与乙醛()互为同分异构体

C．互为同分异构体

D．与C4H9COOC3H7互为同分异构体

高频考点2  考查有机物同分异构体数目的判断

例2．（2021·陕西宝鸡市·高三模拟）有机物X的结构简式是,能用该结构简式表示的X的同分异构体共有不考虑立体异构)

A．4种 B．6种 C．9种 D．10种

【变式训练】（2020·辽宁高三二模）分子式为的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，且生成的醇只有两种属于醇的同分异构体。若不考虑立体异构，符合上述条件的该有机物共有

A．4种 B．8种 C．16种 D．24种

高频考点3 考查限定条件的同分异构体的书写和数目的判断

例3.(2020·全国卷II·节选)化合物C()的同分异构体中能同时满足以下三个条件的有______个(不考虑立体异构体)

①含有两个甲基；②含有酮羰基(但不含C=C=O)；③不含有环状结构

(a)4        (b)6        (c)8            (d)10

其中，含有手性碳(注：连有四个不同的原子或基团的碳)的化合物的结构简式为____________

【变式训练】（2021年高考全国甲卷化学试题·节选）化合物B（）的同分异构体中能同时满足下列条件的有_______(填标号)。

a.含苯环的醛、酮

b.不含过氧键()

c.核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1

A．2个       B．3个      C．4个          D．5个