鲁科版高中化学选择性必修3第2章官能团与有机化学反应烃的衍生物专题提升课达标练含答案

常见有机物同分异构体的书写

1.同分异构体的书写与数目判断技巧

(1)烃基连接法:甲基、乙基均有1种,丙基有2种,丁基有4种。如:丁醇有4种,C4H9Cl有4种。

(2)换元法:如C2H5Cl与C2HCl5均有1种。

(3)等效氢法:有机物分子中有多少种等效氢原子,其一元取代物就有多少种,从而确定同分异构体的数目。分子中等效氢原子有如下情况:

①分子中同一碳原子上的氢原子等效。

②同一个碳原子上的甲基上的氢原子等效。

③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时)上的氢原子是等效的。

(4)定一移一法:分析二元取代物的方法,先固定一个取代基的位置,再移动另一取代基的位置,从而可确定同分异构体的数目。如分析C3H6Cl2的同分异构体,先固定其中一个Cl的位置,再移动另外一个Cl。

2.芳香族化合物同分异构体数目的确定

(1)若取代基在苯环上的位置一定,但取代基种类不确定,同分异构体数目的多少是由取代基的种数决定的,此时分析的重点是苯环上的取代基,如C6H5—C4H9,因为丁基有四种不同的结构,故该烃有四种同分异构体。

(2)若取代基种类一定,但位置不确定时,可按下述方法处理:当苯环上只有两个取代基时,取代基在苯环上的位置有邻、间、对三种;当有三个取代基时,这三个取代基有“连、偏、均”三种位置关系(如、、,R表示取代基,可以相同或不同)。

3.酯类同分异构体的确定

将酯分成RCOO—和—R′两部分,再按上述方法确定R—和R′—的同分异构体数目,二者数目相乘即得每类酯的同分异构体数目,最后求总数。如C4H8O2属于酯的同分异构体数目的思考程序如下:

HCOOC3H7　(丙基2种)1×2=2种

CH3COOC2H5　(甲基1种,乙基1种)1×1=1种

C2H5COOCH3　(乙基1种,甲基1种)1×1=1种

同分异构体共有4种。

【典例】分子式为C4H8Cl2的有机物有(不含立体异构) (　　)

A.7种　　　B.8种　　　　C.9种　　　　D.10种

【解题指南】解答本题注意以下两点:

(1)注意烃的二氯代物的书写方法;

(2)书写过程中避免重复。

【解析】选C。丁烷(C4H10)具有2种碳骨架结构,先固定一个氯原子的取代位置,则另一个氯原子的位置如图中标号所示:

、、,共9种结构,C正确。

　【母题追问】若将题干改成“分子式为C4H9Cl的有机物”,则有几种?

提示:由于丁烷有两种同分异构体,正丁烷和异丁烷,正丁烷一氯代物两种,异丁烷一氯代物两种,共4种。

1.分子式为C9H12O,苯环上有两个取代基且含羟基的化合物,其可能的结构有 (　　)

A.9种　　 B.12种 C.15种 D.16种

【解析】选C。苯环上只有两个取代基,其中一个含有羟基,取代基可能有—OH、—CH2CH2CH3或—CH(CH3)2,—CH3、—CH2CH2OH或—CH(OH)CH3,—C2H5、—CH2OH,共5种,各有邻、间、对3种同分异构体,共15种结构。

2.分子式为C5H10O3的有机物与NaHCO3溶液反应时,生成C5H9O3Na;而与金属钠反应时生成C5H8O3Na2。则该有机物的同分异构体(不考虑立体异构)有              (　　)

A.10种 B.11种 C.12种 D.13种

【解析】选C。本题易因不能正确判断出官能团的种类及数目而出错。与碳酸氢钠反应后增加一个Na原子,则说明有机物中含有一个羧基,与金属钠反应后增加两个Na原子,则说明有机物中还含有一个羟基。除去官能团羧基中的碳原子还余下四个碳原子。余下的碳原子可构成两种碳链,然后按“定一移一”来判断:用1、2表示一种官能团,用①、②……表示另一种官能团,有2×4=8(种);、有3+1=4(种),综上所述共有12种。

3.结构简式为的有机物在一定条件下能和氢气完全加成,加成产物的一溴代物有 (　　)

A.7种 B.6种 C.5种 D.4种

【解析】选C。如图所示,加成后的产物中含有5种可被溴原子取代的H原子,故一溴代物有5种。

4.由丁烯制备戊酸丁酯的合成路线如图所示,下列说法错误的是 (　　)

A.戊酸的结构有4种

B.戊酸丁酯最多有16种结构

C.M的同分异构体中不能与金属钠反应的有机物有2种

D.与Z互为同分异构体,且能发生水解反应的有机物有9种

【解析】选C。丁基有4种结构,戊酸可以看作是由丁基和羧基结合而成,所以也有4种结构,故A项正确;戊酸丁酯中的戊酸,相当于丁基连接1个—COOH,所以有4种结构,而丁醇相当于丁基连接1个—OH,所以也有4种结构,因此戊酸丁酯最多有16种结构,故B项正确;M为丁醇,其同分异构体中不能与金属钠反应的是醚,分别是CH3—O—CH2—CH2—CH3、CH3—CH2—O—CH2—CH3和共3种,故C项错误;Z是戊酸,其同分异构体中能发生水解的属于酯类,HCOOC4H9有4种,CH3COOC3H7有2种,

CH3CH2COOCH2CH3、CH3CH2CH2COOCH3、

(CH3)2CHCOOCH3各1种,所以共9种,故D项正确。

5.结构为的有机物有很多同分异构体,而含有酯基和一取代苯结构的同分异构体有6个,其中两个的结构简式是:

和

请写出另外四个同分异构体的结构简式分别是什么?

提示:对于含有苯环和酯基结构的有机物,我们可以先写出除酯基之外的其他结构,再将酯基插入不同位置。要找出符合上述条件的6种同分异构体,只需在结构中插入酯基。故另外四种的结构简式分别为:

、、、。

【补偿训练】

　　烷基取代苯可以被酸性KMnO4溶液氧化生成,但若烷基R中直接与苯环连接的碳原子上没有C—H键,则不能被氧化。分子式是 C11H16的一烷基取代苯,它可以被氧化成苯甲酸的同分异构体共有7种,其中的3种是

请写出另外4种的结构简式分别是什么?

提示:遵循书写同分异构体的有序原则,考虑题目中的具体要求即可。对于限定范围的书写或补写,解题时要看清所限范围,分析已知的几个同分异构体的结构特点。故分别是:、

、、

专题提升训练(一)　

常见有机物同分异构体的书写

1.某芳香族化合物分子式为C8H9Cl,其含有两个甲基的同分异构体有(不考虑立体异构)(　　)

A.4种　　　B.6种　　　　C.8种　　　　D.12种

【解析】选B。由题意知,该化合物含有1个苯环、2个甲基和1个氯原子,当2个甲基在苯环上处于邻位时,氯原子有2种位置;当2个甲基在苯环上处于间位时,氯原子有3种位置;当2个甲基在苯环上处于对位时,氯原子有1种位置,故符合条件的同分异构体共有6种,本题选B。

2.(2020·厦门高二检测) 芳香族化合物A与互为同分异构体,A苯环上的一氯代物只有一种结构,则A可能的结构有(　　)

A.5种   B.6种   C.7种   D.8种

【解析】选C。根据题意知,苯环上只有1种氢原子,则苯环上的取代基具有高度对称性,符合条件的结构有、、、、、、,共7种,故本题选C。

3.(2020·常德高二检测) 分子式为C8H16O2的有机物在酸性条件下水解生成丙酸和醇,若不考虑立体异构,则由丙酸和该醇形成的酯共有(　　)

A.4种   B.6种   C.8种   D.10种

【解析】选C。利用原子守恒,结合题中的分子式可知水解得到的醇的分子式为C5H11OH,C5H11OH可以看做—OH取代戊烷中的一个氢原子,CH3CH2CH2CH2CH3

中有3种氢原子,中有4种氢原子,中有1种氢原子,则C5H11OH共有8种同分异构体,因此丙酸与该醇形成的酯共有8种。

4.(2020·广州高二检测)气相条件下,立方烷能自发地发生热重排反应生成一系列化合物。下列说法正确的是(　　)

A.a、f中所有原子均可处于同一平面

B.1 mol化合物e完全燃烧消耗12 mol O2

C.六硝基立方烷最多有3种结构(不考虑立体异构)

D.立方烷热重排产物均能使酸性KMnO4溶液褪色

【解析】选C。a、f中均有sp3杂化的碳原子,是四面体结构,所有原子不可能处于同一平面,故A错误;1 mol化合物e(C8H8)完全燃烧消耗O2为(8+) mol=10 mol,故B错误;六硝基立方烷的同分异构相当于2个H原子的排列方式,有在同一棱上、面对角线上、体对角线上3种结构(不考虑立体异构),故C正确;立方烷热重排产物中d是苯,不能使酸性KMnO4溶液褪色,故D错误。

5.(2020·重庆高二检测)下列有关同分异构体的叙述正确的是(　　)

A.苯环上的一氯取代物有4种

B.C4H8O2的同分异构体中,能与NaHCO3溶液反应生成CO2的有6种

C.菲的结构简式为,其一硝基取代物有6种

D.和互为同分异构体

【解析】选D。苯环上的一氯取代物有邻氯甲苯、间氯甲苯、对氯甲苯3种,故A错误;C4H8O2的同分异构体中,能与NaHCO3溶液反应,则含—COOH,丙基有两种,与—COOH相连形成的有机物有2种,故B错误;菲的结构简式为

,如图,其一硝基取代物有5种,故C错误;和分子式均为C7H8O,结构不同,互为同分异构体,故D正确。

6.(2020·石家庄高二检测) 某有机物有多种同分异构体,其中含有苯环且能发生水解反应的有(　　)

A.3种   B.4种   C.5种   D.6种

【解析】选D。根据题意知,该有机物中含有酯基,则符合条件的同分异构体有、、、、、

,共6种。

7.有机物有多种同分异构体,其中属于酯类且氯原子直接连接在苯环上的同分异构体有(不考虑立体异构)(　　)

A.19种   B.9种   C.15种   D.6种

【解析】选A。根据题意,若苯环上有2个取代基:

①—Cl、—OOCCH3,②—Cl、—CH2OOCH,③—Cl、—COOCH3,2个取代基在苯环上有邻、间、对三种位置关系,所以共有9种同分异构体;若苯环上有3个取代基:—Cl、—OOCH、—CH3,3个取代基在苯环上共有10种位置关系,故有10种同分异构体,所以共有19种符合条件的同分异构体,本题选A。

8.以物质a为原料,制备物质d(金刚烷)的合成路线如图所示:

。关于以上有机物说法中错误的是(　　)

A.物质a最多有10个原子共平面

B.物质d的二氯代物有6种

C.物质c与物质d互为同分异构体

D.物质b的分子式为C10H12

【解析】选A。物质a含碳碳双键,为平面结构,则5个C可能共面,亚甲基为四面体结构,则亚甲基上2个H肯定与其他原子不共面,则a中最多(5+4)=9个原子共面,故A错误;物质d只有次甲基、亚甲基上两种H,其二氯代物一共有6种,故B正确;物质c与物质d的分子式均为C10H16,结构不同,互为同分异构体,故C正确;由结构可知b的分子式为C10H12,故D正确。

9.最近我国科学家研制出一种具有潜力的纳米电子学材料——石墨炔,图中丁为它的结构片段。下列有关说法中,错误的是(　　)

A.甲分子中的6个溴原子位于同一平面上

B.丙的二氯代物有2种

C.丙能使酸性高锰酸钾溶液褪色

D.石墨炔和C60是碳的同素异形体

【解析】选B。苯环为平面形结构,故甲中6个溴原子位于同一平面上,A项正确;丙分子中只有6个碳碳三键端碳上有氢原子可被氯原子取代,且这6个氢等效,类比苯环上二氯代物有3种结构,可知丙的二氯代物有3种,B项错误;丙中碳碳三键有还原性,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C项正确;石墨炔和C60均是碳元素构成的单质,故两者互为同素异形体,D项正确。

10.中美元首G20峰会确定携手采取积极行动管制芬太尼。芬太尼为一种麻醉、镇痛药物,超剂量使用该药物会导致严重后果,其结构简式如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.芬太尼分子中含有碳碳双键官能团

B.芬太尼分子中所有的碳原子可能共面

C.芬太尼的一氯取代物有13种

D.芬太尼的分子式为C22H22N2O

【解析】选C。由芬太尼的结构简式分析,分子中没有碳碳双键,含有饱和碳原子,具有甲烷的结构特征,所以所有的碳原子不可能共面,故A、B错误;芬太尼中含有13种不同类型的氢原子,所以一氯取代物有13种,故C正确;芬太尼的分子式为C22H28N2O,故D错误。

11.环之间共用一个碳原子的化合物称为螺环化合物,螺[3.3]庚烷()是其中的一种。下列关于该化合物的说法不正确的是(　　)

A.与环庚烯互为同分异构体

B.二氯代物共有6种(不含立体异构)

C.所有碳原子不可能处在同一平面

D.1 mol该化合物含有20 mol共价键

【解析】选B。螺[3.3]庚烷()分子式是C7H12,环庚烯分子式是C7H12,二者分子式相同,结构不同,所以二者互为同分异构体,A正确;有2种不同位置的H原子,若二氯代物中两个Cl原子位于同一个C原子上,有2种同分异构体;若位于不同C原子上,在一个四元环上,有2种不同位置;若位于两个四元环上,可能有4种不同结构,因此二氯代物共有2+2+4=8种,B错误;在螺[3.3]庚烷()分子中的C原子都是饱和C原子,由于与C原子连接的原子构成的是四面体结构,最多有三个原子处于同一平面上,因此不可能所有碳原子处在同一平面上,C正确;螺[3.3]庚烷分子式是C7H12,1个分子中含有8个C—C键,含有12个C—H键,所以一个分子中含有20个共价键,则1 mol该化合物中含有20 mol共价键,D正确。

12.化合物H是一种香料,存在于金橘中,可用如下路线合成:

已知:R—CHCH2RCH2CH2OH

完成下列问题:

(1)C4H10的一氯代烷的同分异构体有________种、九氯代烷的同分异构体有________种。 

(2)F的结构简式是________;反应[1]的反应类型是____________; 

(3)反应[2]的化学方程式为__________; 

(4)与G具有相同官能团的G的芳香类同分异构体共有________种(不包括G)。 

【解析】(1)C4H10的同分异构体有CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2,CH3CH2CH2CH3中含有2种H原子,其一氯代物有2种,CH3CH(CH3)2中含有2种H原子,其一氯代物有2种,故C4H10的一氯代烷的同分异构体有4种;九氯代烷相当于C4Cl10中的1个Cl原子被H原子取代,C4H10的九氯代烷的同分异构体数目与一氯代烷的同分异构体数目相等为4种。

(2)F可以与Cu(OH)2反应,故应为醛基,与H2发生加成反应生成3-苯基丙烯酸,则F中还应含有碳碳双键,则F的结构简式为,由反应信息可知,D含有碳碳双键,故B、C是丁烷的一氯代物,二者发生消去反应生成物为1种物质,则A为CH3CH(CH3)2,D为CH2C(CH3)2,D发生信息反应生成E,则E为,E与G发生酯化反应生成,由上述分析可知,F为;反应[1]为卤代烃在醇溶液中的消去反应。

(3)反应[2]的化学方程式为:

(4)G中含有官能团有碳碳双键和羧基,可以将官能团作相应的位置变换而得出其芳香类的同分异构体,故符合条件的同分异构体有:、、、。

答案:(1)4　4　(2)

消去反应

13.下列是由A→D的反应路线图

(1)写出反应①的化学方程式_______。 

(2)三步反应中属于取代反应的有________(填反应序号)。 

(3)D有多种同分异构体,其中含有和基团的同分异构体有________(不含D)。 

a.5种　　b.6种　　c.7种　　d.8种

【解析】(1)A为甲苯,结构简式为,与氯气发生取代反应制得B(),反应①的化学方程式:+Cl2+HCl;

(2)①A与氯气发生取代反应制得B,

②B()在碱性条件下水解得到C(),③与乙酸发生酯化反应生成酯和水,故属于取代反应的有①②③;

(3)有多种同分异构体,含有和基团的同分异构体为、、、

、、、共7种,故选C。

答案: (1)+Cl2+HCl　(2)①②③　　(3)c