第62讲 有机化合物的空间结构 同系物 同分异构体-2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件

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1.掌握有机化合物分子中碳原子的成键特点，能正确判断简单有机物分子中原子的空间位置。2.了解有机化合物的同分异构现象，能判断并正确书写简单有机化合物的同分异构体的结构简式。
碳原子的成键特点　有机化合物分子的空间结构
1.有机化合物分子中碳原子的成键方式
2.有机化合物常用的表示方法
如乙酸的常见表示方法：
“结构式”“结构简式”与“键线式”辨析
(1)结构式——完整地表示出有机物分子中每个原子的成键情况。
(2)结构简式——结构式的缩简形式。结构式中表示单键的“—”可以省略，“C==C”和“C≡C”不能省略。醛基、羧基则可简写为—CHO和—COOH。
(3)键线式写键线式要注意的几个问题：①一般表示3 个以上碳原子的有机物。②只忽略 C—H 键，其余的化学键不能忽略。③必须表示出
、—C≡C—等官能团。④碳氢原子不标注，其余原子必须标注(含羟基、醛基和羧基中氢原子)。⑤计算分子式时不能忘记顶端的碳原子。
3.有机化合物的成键方式和空间结构
一、有机化合物的表示方法与碳原子的结合方式1.(2022·济南模拟)碳原子的不同结合方式使得有机物种类繁多，下列碳原子的结合方式错误的是
碳原子可形成4个共价键，而C项中碳原子形成5个共价键，不符合碳原子的成键特点。
2.下列表示正确的是A.乙醛的结构简式：CH3COHB.2-丁烯的键线式：C.乙炔的结构简式：HC≡CHD.乙烷的球棍模型：
乙醛含醛基，其结构简式为CH3CHO，A错误；2-丁烯的键线式为 ，B错误；D项为乙烷的空间填充模型。
3.碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其分子结构如图。
(1)该分子中σ键和π键之比为_______。(2)该分子中有_____个原子共面。
二、有机化合物分子中原子的空间位置判断4.下列说法正确的是A.丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上B.丙烯分子中所有原子均在同一平面上C. 中所有碳原子一定在同一平面上D.CH3—CH==CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上
A项，饱和直链烃是锯齿形的，错误；B项，CH3—CH==CH2中有甲基，所有原子不可能共平面，错误；C项，因环状结构不是平面结构，所有碳原子不可能在同一平面上，错误；
D项，该分子表示为 ，依据乙烯分子中6个原子共平面，乙炔分子中4个原子共直线判断，该有机物分子中所有碳原子共平面，正确。
5.有机物 分子中最多有____个碳原子在同一平面内，最多有____个原子在同一条直线上，苯环平面内的碳原子至少有____个。
以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如图所示结构。由于碳碳单键可以绕轴自由旋转，炔直线一定在苯平面内，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面，因而该有机物分子中的所有碳原子可能共面，最多有5＋
6＝11个碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9个碳原子在苯平面内。由于苯分子、乙烯分子的键角均为120°，炔直线与所在苯环正六边形对角线上的碳原子共线，因而5个碳原子和炔基上的1个氢原子共线，即5＋1＝6。
结构不同的基团连接后原子共面、共线分析
(1)直线与平面连接，则直线在这个平面上。如苯乙炔： ，所有原子共平面。(2)平面与平面、直线、立体结构连接①审准题目要求题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。②碳碳单键的旋转碳碳单键两端碳原子所连接的基团能以“C—C”为轴旋转。
③恰当拆分复杂分子观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的空间结构及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共面、共线的问题。
(1)下列物质中属于乙烯的同系物的是________(填序号，下同)。
③CH2==CH—CH==CH2　④CH3CH==CHCH3
(2)下列物质属于乙醇的同系物的是______。
①乙二醇( )　②丙醇　③CH2==CHCH2OH
2.有机物的同分异构现象和同分异构体(1)概念化合物分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。(2)类型
(3)同分异构体的分类与书写顺序
下列各组有机物中属于碳架异构的是_____(填序号，下同)，属于官能团位置异构的是_____，属于官能团类别异构的是_______。①CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2②CH2==CHCH2CH3和CH3CH==CHCH3③CH3CH2OH和CH3OCH3④CH3CH2CH2COOH和CH3COOCH2CH3
3.简单有机物同分异构体的书写(1)烷烃同分异构体的书写：缩链法(主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边)。
写出C7H16的同分异构体(用碳架结构表示)。
答案　C—C—C—C—C—C—C、 、 、
(2)烯烃、炔烃同分异构体的书写顺序：碳架异构→位置异构→官能团异构。技巧：烷烃邻碳去氢，烷烃邻碳上各去一个H可变成烯烃、邻碳上各去两个H可变成炔烃。
分别写出碳原子数为4的烯烃、炔烃的同分异构体。
答案　烯烃：CH2==CH—CH2CH3、CH3CH==CHCH3、
炔烃：CH3C≡CCH3、CH≡CCH2CH3
写出C9H12的含有苯环的同分异构体。
(3)苯的同系物：支链由整到散，苯环上排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。
写出C4H10O的同分异构体(只写出碳骨架和官能团)。
(4)有含氧官能团的有机物：一般按类别异构(分好类别)→碳架异构→位置异构的顺序书写。
一、烃的一元、二元取代物数目判断1.下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是A.甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种B.与 互为同分异构体的芳香族化合物有6种C.含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物可能有3种D.菲的结构简式为 ，它与硝酸反应，可生成 5种一硝基取代物
含3个碳原子的烷基有正丙基和异丙基两种结构，甲基与该烷基在苯环上有邻、间、对3种位置关系，故产物的结构共有2×3＝6种，A项正确；
的分子式为C7H8O，与其互为同分异构体的芳香族化合物有5种：
正戊烷的一氯代物有3种，C项正确；菲的结构具有对称性，含有5种不同化学环境的氢原子，D项正确。
2.分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)A.7种　　　B.8种　　　C.9种　　　D.10种
分子式为C4H8Cl2的有机物可以采取“定一移一”法：　　　　　 、　　　 　、　　　 ，共有9种。
同分异构体数目的判断方法
(1)记忆法：记住一些常见有机物的同分异构体数目，如①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体。②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体。③4个碳原子的链状烷烃有2种，5个碳原子的链状烷烃有3种，6个碳原子的链状烷烃有5种。(2)基元法：烷基有几种就有几种一元取代物。如—C3H7有2种，C3H7Cl有2种；C3H8O属于醇的结构有2种。
(1)一元取代产物数目的判断①等效氢原子法：连在同一碳原子上的氢原子等效；连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；处于对称位置的氢原子等效。
的一氯代烷有 3 种。
②烷基种数法：烷基有几种，一元取代产物就有几种。如：—CH3、—C2H5 各有 1 种，—C3H7 有2 种，—C4H9 有 4 种。如：C4H10O 的醇有 4 种，C5H10O2 的羧酸有 4 种。
(2)替代法：如二氯苯 C6H4Cl2 的同分异构体有 3 种，四氯苯的同分异构体也有 3 种(将 Cl 替代 H)。(3)二元取代或多元取代产物数目的判断定一移一或定二移一法：对于二元取代物同分异构体数目的判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。
的二氯代物有 12 种。
(4)叠加相乘法先考虑取代基的种数，后考虑位置异构的种数，相乘即得同分异构体的总数目。分情况讨论时，各种情况结果相加即得同分异构体的总数目。
的苯环上氢原子被—C4H9 取代所形成的结
A—(m 种)与 B—(n 种)连接形成 A—B 结构有 m×n 种如：C5H10O2 的酯：HCOO—与—C4H9 形成的酯有 1×4＝4种；CH3COO—与—C3H7 形成的酯有 1×2＝2 种；C2H5COO—与 C2H5—形成的酯有 1×1＝1 种；C3H7COO—与—CH3 形成的酯有 2×1＝2 种， 共 9 种。
(6)芳香化合物异构体书写
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若苯环上连有—X、—X、—Y 3 个取代基，其结构有 6种
④若苯环上连有—X、—Y、—Z 3 个不同的取代基，其结构有 10 种。
二、烃的含氧衍生物同分异构体数目3.分子式为C5H12O的饱和一元醇与和它相对分子质量相同的饱和一元羧酸进行酯化反应，生成的酯共有(不考虑立体异构)A.13种 B.14种C.15种 D.16种
与分子式为C5H12O的饱和一元醇相对分子质量相同的饱和一元羧酸为C4H8O2。分子式为C5H12O的饱和一元醇有8种，分子式为C4H8O2的饱和一元羧酸有2种，所以生成的酯共有2×8＝16种。
4.某芳香族化合物甲的分子式为C10H11ClO2，已知苯环上只有两个取代基，其中一个取代基为—Cl，甲能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出二氧化碳，则满足上述条件的有机物甲有A.15种 B.12种 C.9种 D.5种
由题意知甲中含有羧基；苯环上只有两个取代基，其中一个为—Cl，则另一个为—C4H7O2，—C4H7O2含有羧基的结构有：—CH2CH2CH2COOH、
取代基—C4H7O2与—Cl有邻、间、对三种情况，则满足条件的有机物甲有5×3＝15种。
5.下列说法不正确的是A.分子式为C3H6O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些 醇和酸重新组合可形成的酯共有5种
B.四联苯( )的一氯代物有5种
C.与 具有相同官能团的同分异构体的结构简式为CH2==CHCH2COOH、 CH3CH==CHCOOH
D.兴奋剂乙基雌烯醇( )可能有属于芳香族的同分异构体
分子式为C3H6O2的酯可能是HCOOC2H5、CH3COOCH3，水解得到的醇分别是C2H5OH、CH3OH，得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH，C2H5OH、CH3OH与HCOOH、CH3COOH形成的酯共有4种，A项错误；四联苯是具有两条对称轴的物质，即 ，有5种不同化学环境的氢原子，故有5种一氯代物，B项正确；将官能团的位置移动即可得其同分异构体：CH2==CHCH2COOH、CH3CH==CHCOOH，C项正确；该有机物含有4个环和1个碳碳双键，不饱和度为5，苯环的不饱和度为4，所以可能有属于芳香族的同分异构体，D项正确。
特定条件下同分异构体的书写
1.常见的限制条件总结(1)以官能团特征反应为限制条件
限定条件下同分异构体的推断，关键是根据提供的化学性质推断所含官能团，根据提供的结构特点排列官能团的位置。分析和解答此类试题的思维流程如下：
(2)以核磁共振氢谱为限制条件确定氢原子的种类及数目，从而推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子以及它们的数目。①有几组峰就有几种不同化学环境的氢原子。②根据其峰值比例可判断有机物中不同化学环境氢原子的最简比例关系。③若有机物分子中氢原子个数较多但吸收峰的种类较少，则该分子对称性高或相同的基团较多。
2.隐含的限制条件——有机物分子的不饱和度(Ω)(1)根据有机物分子式计算不饱和度(Ω)
特别提醒：有机物分子中卤素原子(—X)以及—NO2、—NH2等都视为H原子。
3.限定条件下同分异构体的书写步骤第一步：依据限定条件，推测“碎片”(原子、基团)的结构；第二步：摘除“碎片”，构建碳骨架；第三步：按照思维的有序性组装“碎片”，完成书写。
示例　F(HOCH2—C≡C—CH2OH)的同分异构体中能同时满足下列条件的共有____种(包含顺反异构)。①链状化合物；②能发生银镜反应；③氧原子不与碳碳双键直接相连。其中，核磁共振氢谱显示为2组峰，且峰面积之比为2∶1的是______________________(写结构简式)。
OHC—CH2—CH2—CHO
1.已知阿魏酸的结构简式为 ，则同时符合下列条件的阿魏酸的同分异构体的数目为①苯环上有两个取代基，且苯环上的一溴代物只有2种；②能发生银镜反应；③与碳酸氢钠溶液反应可生成使澄清石灰水变浑浊的气体；④遇FeCl3溶液发生显色反应A.2 B.3 C.4 D.5
根据条件①，两个取代基处于对位；根据条件②，含有醛基；根据条件③，含有羧基；根据条件④，含有酚羟基，结合阿魏酸的分子式，故其同分异构体的可能结构为
2.[2022·湖南，19(5)] 是一种重要的化工原料，其同分异构体中能够发生银镜反应的有_____种(考虑立体异构)，其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为4∶1∶1的结构简式为____________。
的同分异构体能发生银镜反应，说明其同分异构体中含有醛基，根据分子式C4H6O可得知，其同分异构体中还含有碳碳双键或者三元环，还要分析顺反异构，则符合条件的同分异构体有5种，它们分别是CH2==CHCH2CHO、 、 (与前者互为顺反异构体)、 和 ，其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为4∶1∶1的结构简式是 。
3.[2022·辽宁，19(6)]化合物I(C10H14O)的同分异构体满足以下条件的有______种(不考虑立体异构)；ⅰ.含苯环且苯环上只有一个取代基ⅱ.红外光谱无醚键吸收峰其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的结构简式为__________________________(任写一种)。
化合物I的分子式为C10H14O，计算可得其不饱和度为4，根据题目所给信息，化合物I的同分异构体分子中含有苯环(已占据4个不饱和度)，则其余C原子均为饱和碳原子(单键连接其他原子)；又由红外光谱无醚键吸收峰，可得苯环上的取代基中含1个羟基；
再由分子中苯环上只含有1个取代基，可知该有机物的碳链结构有如下四种： 、 、 、 (1、2、3、4均表示羟基的连接位置)，所以满足条件的化合物I的同分异构体共有12种；
其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的同分异构体应含有两个等效的甲基，则其结构简式为 或 。
4.[2020·全国卷Ⅱ，36(6)]化合物 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，填标号)。(ⅰ)含有两个甲基；(ⅱ)含有酮羰基(但不含C==C==O)；(ⅲ)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________。
有2个不饱和度，含酮羰基但不含环状结构，则分子中含一个碳碳双键，一个酮羰基，外加2个甲基，符合条件的有8种，如下：CH3CH==CHCOCH2CH3、CH3CH==CHCH2COCH3、CH3CH2CH==CHCOCH3、CH2==CHCH(CH3)COCH3、CH2==C(C2H5)COCH3、CH2==C(CH3)COCH2CH3、CH2==C(CH3)CH2COCH3、CH2==CHCOCH(CH3)2，其中，含有手性碳的为CH2==CHCH(CH3)COCH3( )。
5.M是D( )的一种芳香族同分异构体，满足下列条件的M有____种(不包含D物质)。[已知苯胺和甲基吡啶( )互为同分异构体，并且均具有芳香性]①分子结构中含一个六元环，且环上有两个取代基；②氯原子和碳原子相连。其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为1∶1∶1的物质的结构简式为________________。
M是D的一种芳香族同分异构体，满足：①分子结构中含一个六元环，且环上有两个取代基，则六元环可以是 或 ；②氯原子和碳原子相连；若六元环为 ，则取代基为—Cl和—NH2，有邻、间、对三种，间位即为D，所以满足条件的有2种；
若六元环为 ，则取代基为—Cl和—CH3，采用“定一移一”的方法讨论： 、 、 (数字表示甲基可能的位置)，共有4＋4＋2＝10种；
综上所述符合条件的同分异构体有10＋2＝12种。
6.(1)抗结肠炎药物的有效成分的结构简式为 ，它的同分异构体中，符合下列条件的有______种。①遇FeCl3溶液发生显色反应　②分子中甲基与苯环直接相连　③苯环上共有三个取代基
遇FeCl3溶液发生显色反应，说明含有酚羟基；分子中甲基与苯环直接相连，苯环上共有三个取代基，则三个取代基分别是硝基、甲基和酚羟基。如果硝基和甲基处于邻位，有4种结构；如果硝基和甲基处于间位，有4种结构；如果硝基和甲基处于对位，有2种结构，所以符合条件的同分异构体有10种。
(2)写出符合下列要求的 的同分异构体的结构简式：___________________________。①苯环上只有两个取代基　②能使溴的CCl4溶液褪色，且在酸性条件下能发生水解　③核磁共振氢谱显示吸收峰面积之比为1∶1∶2∶2∶2
能使溴的CCl4溶液褪色，说明含有碳碳双键，在酸性条件下能发生水解，说明含有酯基，核磁共振氢谱显示吸收峰面积之比为1∶1∶2∶2∶2，苯环上只有两个取代基，符合上述条件的有机物的结构简式为 。
(3)D是化合物B(CH2==CHCH2Br)的一种同分异构体，其核磁共振氢谱显示有两种不同化学环境的氢，且峰面积之比为4∶1，D的结构简式为_____。
核磁共振氢谱显示有两种不同化学环境的氢，且峰面积之比为4∶1，说明其结构高度对称，则D的结构简式为 。
7.(2022·安徽模拟)苯的二元取代物M是酮基布洛芬( )的同分异构体，则符合条件的M有_____种(不考虑立体异构)；①分子中含有两个苯环，且两个取代基均在苯环的对位；②遇FeCl3溶液发生显色反应；③能发生银镜反应；④1 ml M最多与3 ml NaOH反应其中不能与溴水发生加成反应的同分异构体的结构简式为_________________________________________________(写出一种即可)。
(或 )