2014届高考化学总复习 智能考点归类总结 有机物的同分异构体(含方法提示和解析)

智能考点 有机物的同分异构体 .课标要求 1.通过典型实例的分析，了解有机化合物存在异构现象。 2.能判断简单有机化合物的同分异构体。 3.能根据有机化合物命名规则命名简单的有机化合物。 .考纲要求 1了解有机化合物存在异构现象，能判断简单有机化合物的同分异构体（不包括手性 异构体）。 2能根据有机化合物命名规则命名简单的有机化合物。 .教材精讲 一、有机物的同分异构体 1. 同分异构体的概念 化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，叫做同分异构现象。具有同分异 构现象的化合物互称为同分异构体。 同系物、同分异构体、同素异形体和同位素的比较 概念 同系物 同分异构体 同素异形体 同位素 研究范围 有机物 化合物 单质 原子 结构相似 分子式相同 同一元素 质子数相同 限制条件 组成相差 CH2原子团 结构不同 性质不同 中子数不同 注意： 分子式相同则相对分子质量必然相同，但相对分子质量相同而分子式不一定相同。 如：H 3PO4与 H2SO4 、C 2H6O 与 CH2O2的相对分子质量相同，但分子式不同。最简式相同的化 合物不一定是同分异构 体，如：HCHO、CH 3COOH、HCOOCH 3、C 6H12O6的最简式相同，但分子 式不同。 分子结构不同是由分子里原子或原子团的排列方式不同而引起的，如：CH 3CH2OH 和 CH3OCH3、CH 3CH2CHO 和 CH3COCH3等。 同分异构现象在有机化合物中广泛存在，既存在于同类有机物中，又存在于某些不 同类有机物中，如：CH 3CH2 CH2 CH2CH3、CH 3CH2 CH（CH 3）CH 3、C（CH 3） 4；CH 3COOH、HCOOCH 3。同分异构现象在某些无机化合物中也存在，如：CO(NH 2)2与 NH4OCN、HOCN（氰酸）和 HNCO（异氰酸）。 化合物的分子组成、分子结构越简单，同分异构现象越弱。反之，化合物的分子组 成、分子结构越复杂，同分异构现象越强。如甲烷、乙烷、丙烷等均无同分异构现象，而 2 丁烷、戊烷的同分异构 体分别为 2 种、3 种。 同分异构体之间的化学性质可能相同也可能不同，但它们的物理性质一定不同。各 同分异构体中，分子里支链越多，熔沸点一般越低。 2同分异构体的类型 碳链异构：指的是分子中碳原子的排列顺序不同 而产生的同分异构体。如：所有烷 烃异构都属于碳链异构。 位置异构：指的是分子中官能团（包括双键、叁键或侧链在苯环上）位置不同而产 生的同分异构。如：1-丁烯与 2-丁烯；1-丙醇与 2-丙醇；邻二甲苯、间二甲苯与对二甲苯。 官能团异构：指的是分子中官能团不同而分属不 同类物质的异构体。常见的如：碳 原子数相同的烯烃与环烷烃；炔烃与二烯烃、环烯；醇与醚、；醛与酮、烯醇 、环醚、环 醇；羧酸与酯、羟基醛；酚与芳香醇、芳香醚；硝基烷与氨基酸等。 3. 同分异构体的书写方法 列出有机物的 分子式。 根据分子式找出符合的通式，由通式初步确定该化合物为烷烃、；烯烃或环烷烃、 ；炔烃、二烯烃或环烯烃；芳香烃及烃的衍生物等。 书写顺序：先写碳链异构，再写位置异构，最后写官能团异构。碳链异构的书写顺 序应遵循：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布由邻到间，后三句是指支 链的大小、支链的移动及排布形式，或参考“成直链一线穿，从头摘、挂中间，往边排、 不到端”的口诀书写，要注意思维有序，谨防重复和遗漏。 二、同分异构体的判断 1.等 判断有机物分子中有多少种等效氢。有机物分子中位置等同的氢原子叫等效氢，显然 有多少种等效氢，其一元取代物就有多少种。 （1）同一个碳上的氢原子是等效的。如： 分子中甲基上的 3 个氢原子，为 等效氢原子。 （2）与同一碳原子相连的甲基上氢原子是等效的。如 CH4有一种等效氢，C（CH 3） 4 也只有 一种等效氢。 （3）同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子是等效的。如： 分子中，苯环所在的平面内有有两条互相垂直的对称轴，故有两类等效氢。 记住 10 个碳原子以内的烃，其一元取代产物只有一种的结构：CH 4 CH 3CH3 C（CH 3） 4 C（CH 3） 3 C（CH 3） 3。 苯环上一元取代产物只有一种的结构有： 推广CH3 X X X Y 3 COOCH3 CH2COOH 为：符合 类型结构的苯环上的一元取代产物只有一种。符合 类型结构的苯环上的一元取代产物为两种。 2.拉、翻、转 “拉”即为拉直，如： 可将其拉直为： CH3CH2CCH2CH2CH3，又可转为 CH3CH2CCH2CH2CH3，还可以翻转为： CH3CH2CH2CCH2CH3 ，上述结构皆属于同一种物质。 3.换（换元法） 即改变一个观察的对象。如：二氯苯有 3 种结构，则四氯苯也有 3 种结构。这是当我 们考虑 C6H4Cl2中两个 Cl 的相对位置为邻、间、对 3 种结构时，再考虑 C6H2Cl4的同分异构 体种数，可以看两个 H 的相对位置也同样为邻、间、对 3 种结构。 换元法是一种技巧，因此必须在一定情况下才能使用。设烃的分子式为 CxHy，如果 CxHy-aCla与 CxHy-bClb的同分异构体种数相同，则必须满足 a+b=y 的条件。 4.反 即将 RCOOH 反过来写成甲酸的酯 HCOOR，将 RCOOR反过来写成为另一种酸和另一 种醇形成的酯 RCOOR。 5.抽 即抽出某个原子或和某个原子团与另一原子相连形成新的基团。如：将 羧基COOH 中 的 O 抽出，与烃基的 H 组成OH，余下部分组成醛基CHO，所以碳原子数目相同的饱和一 元羧酸与羟基醛互为官能团异构。 6.插 即将抽出来的原子或原子团插到另一原子残基团之间，抽和插是联系在一起的。如： 将 抽出一个 O 插在苯环的 CH 之间就形成OH，即 ,将 CH3抽出一个CH 2，插在苯环和COOH 之间就成为 OH 。 实际上在判断有机物同分异构体种数时，这几个字是要综合使用的。如 属于酯类的同分异构体有 6 种。即将 CH3O上的 O 抽出插在醛基和苯基之间就成为甲酸 的酯： ；CH 3又可以在苯环上转动（邻、间、对位）得 3 种；将CH 3 CH3 CH3 CH2CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 COOH CHO CHOCH3O OOCH OOCCH3 4 2 抽出一个CH 2，插在OOCH 中的CH 键之间成为 ；将 OOCCH3反过来写就成为 ；一共有 6 种。 另外记住常见烷基的种数和苯的同系物一元取代物的种数，可以快速判断某些同分异 构体的种数。如丙基有 2 种；丁基有 4 种；那么 C4H9Cl、C 4H9OH、C 4H9CHO、C 4H9COOH 等的 同分异构体就相当于丁基（C 4H9）上连接Cl、OH、CHO、COOH 等，它们的同分异 构体数目都是 4 种。再如：二甲苯中苯环上的一元取代物，邻二甲苯有 2 种；间二甲苯有 3 种；对二甲苯有 1 种，因此 C8H10苯环上的一元取代物共有 6 种。 三、有机物的命名 有机物的命名法要求必须反映分子结构，使我们根据一个名称就能写出它的结构式， 或者根据一个结构式就能叫出它的名称。 烷烃命名法是有机物命名法的基础，常用习惯命名法和系统命名法。 1习惯命名法 通常把烷烃命名为“某烷”。“某”是指烷烃中碳原子的数目，一到十依次用甲、乙、 丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表示。如 CH4命名为甲烷、CH 3CH3命名为乙烷、 CH3CH2CH3命名为丙烷，依次类推。自十一起用汉字数字表示，如 C12H26命名为十二烷。 为了区别异构体，常用正、异、新来表示。直链烷烃叫“正某烷”；把碳链的一末端 带有两个CH 3的特定结构称为“异某烷”；把碳链的一末端带有 3 个 CH3的特定结构称 为“新某烷”。如 CH3CH2CH2CH2CH3名为正戊烷；CH 3CH2CH(CH3)2名为异戊烷；C（CH 3） 4命 名为新戊烷。 此命名法只适用于简单的有机化合物，对于复杂的有机化合物有些无法区别，故用系 统命名法。 2.系统命名法 （1）烷烃的命名 选主链：选择一个最“长”的碳链（注意拉直和旋转）为主链，当出现碳链等长时， 则选具有支链最“多”的为主链。按其碳原子数目称为“某烷”，作为母体。如： 1 5 4 3 6、7 母体为庚烷 编号位：把主链里离支链最“近”的一端做起点，用 1，2，3，给主链的各个 碳原子依次编号定位，以确定支链的位置。当支链与端点距离相等时，选离较“简”单支 链最近的一端做起点，进行编号。当支链与端点距离相等且均为简单支链时，编号要使取 代基位次和最“小”。如上图。 写名称：依次为支链位置（阿拉伯数字）支链数目（汉字）支链名称某烷 （母体）；阿拉伯数字与汉字之间用短线隔开，阿拉伯数字之间则用逗号隔开；相同取代 5 基的位置罗列，用逗号隔开。顺序为：先较小取代基，后较大取代基。上述结构命名为 2，5二甲基3乙基庚烷。 命名时，名称中不能出现“1甲基”、“2乙基”、“3丙基”等。常见烷基的 名称：CH 3名为甲基；CH 2 CH3名为乙基；CH 2CH2 CH3名为丙基；CH CH 3名为异丙基； CH2(CH2)2 CH3名为正丁基；CH 2CH(CH3)2名为异丁基； C（CH 3） 3名为叔丁基。 （2）烯烃的命名 烯烃命名是在烷烃命名的基础上围绕碳碳双键进行命名的。 选主链：选含碳碳双键的最长碳链为主链。 编号位：从离双键最近的一端开始编号。 写名称：支链位置支链数目支链名称双键位置某烯烃。其它与烷烃命名相 同。如： 命名为 3，4，4三甲基2戊烯。 烯烃命名时，若双键离两端等距离，则应从支链小的一端开始编号；若既等距离，支 链大小又相等，则应从位次代数和最小的一端开始编号。 （3）炔烃的命名 炔烃的命名与烯烃相似，步骤相似。如： 命名为 3，4，4三甲基1戊炔。 （4）苯的同系物及苯的取代物命名 苯的同系物及苯的取代物命名时，苯环上的编号既可顺时针编，亦可逆时针编，但是 要从环上最简单的取代基或侧链编起，且使各取代基或侧链的位置之和最小。（也可能用 习惯 命名法），如： 邻二甲苯 （1，2-二甲苯）； 间二甲苯（1，3-二甲苯）； 对二甲苯 （1，4-二甲苯）。 （5）饱和一元醇的命名 选主链：选择含官能团OH 的最长碳链为主链。 编号位：从离OH 最近的一端开始编号。 写名称：支链位置支链数目支链名称羟基位置某醇。 这种基本命名比较简单，只要按照基本步骤把主链选好，编好号即可。命名时醇是母 体，主链有几个碳则命名为“某醇”，不要把羟基作为取代基。如： 命名为 3甲基3戊醇。 （6）卤代烃的命名 卤代烃命名时母体是烃，而卤原子作为取代基。如： CH3CHCHCH2CH3 HO CH3 Cl CH3 6 CH2OH COOCH2CH3 CHOCH3O CH2CH2CH3 CH（ CH3） 2 命名为 3氯2甲基戊烷。 (7)饱和一元醛和饱和一元羧酸的命名 在醛和羧酸的分子中，CHO 与COOH 总在分子的 1 号位，不必写官能团的位置；选 主链和编号位与前面的相似。如：CH 3CHCHO 命名为 2甲基丙醛 CH3CHCHCOOH 命名为 2，3二甲基丁酸。 （8）酯的命名 根据它的羧酸和醇来命名，成为“某酸某（醇字省略）酯”。如：CH 3COOCH3命名为乙 酸甲酯； 命名为苯甲酸乙酯；CH 3OOCCOOCH3命名为乙二酸二甲酯。 .典型例题 例题 1 金刚烷（C 10H16）的结构如右图所示，它可以看成四个等同的六元 环组 成的空间构型。该金刚烷的二氯代物的数目是（ ） A.4 种 B.5 种 C.6 种 D.7 种 解析：二氯代物中的两个氯可以放在同一个碳原子上，这样只可放在 CH2上，就只有一种可能性。然后固定一个氯原子在某个碳原子上，如在CH 2上，这 样另一个氯原子就有在同一环上的邻、间、对位和不同环CH 2上 4 种可能性。再把氯原 子连在CH上，另一个氯原子只能连在另一个CH上，这样的可能性只有一种。因此， 金刚烷的二氯代物共有 6 种结构。答案：C。 例题 2 化学式为 C9H12的芳香烃的一卤代物数目和化学式为 C7H8O 且遇 FeCl3溶液显紫 色的芳香族化合物数目分别为（ ） A.7 种和 2 种 B.8 种和 3 种 C.42 种和 3 种 D.56 种和 3 种 解析：先分析化学式为 C7H8O 且遇 FeCl3溶液显紫色的同分异构体数目。C 7H8O 的同分 异构体有 ，其中能遇 FeCl3显紫色的应该是酚，则只有3 种。而分子式 为 C9H12的芳香烃则有： ，其中 的一卤代物有 6 种；的一卤代物有 7 种；的一卤代物有 7 种；的一卤代物有 5 种；的一卤代物有 5 种；的一卤代物有 4 种；的一卤代物有 6 种；的一卤代物有 2 种，共有 42 种。答案：C。 例题 3 萘的结构为 。已知萘的 n 溴代物和 m 溴代物的数目相等，则 n 与 CH3 CH CH CH3 CH CH CH3 CH CH OH OH OH CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH3 CH3 CH3 7 m（nm）的关系是（ ） A.m+n = 6 B. m+n = 4 C. m+n = 8 D.无法确定 解析：从萘的分子式 C10H8出发，可知分子中取代 a 个 H(C10H8-aBra)与 8-a 个 H(C10HaBr8-a)的同分异构体数目相等。故 m+n = a + (8-a) = 8。答案：C。 .跟踪训练 一、单项选择题 1下列有机物命名正确的是 （ ） A2乙基丙烷 BCH 3CH2CH2CH2OH 1丁醇 C 间二甲苯 D 2甲基2丙烯 2 萘环上的碳原子的编号如（）式，根据系统命名法，（）式可称为 2-硝基萘，则 化合物（）的名称应是 A2，6-二甲基萘 B1，4-二甲基萘 C4，7-二甲基萘 D1，6-二甲基萘 3.维生素 E 是一种脂溶性维生素，对抗衰老等有特殊作用，经研究发现维生素 E 有 、 四种类型，其结构简式如图所示（R 为-CH 2CH2CH2CH(CH3)CH2CH2 2CH(CH3)2）。 上述互为同分异构体的是 （ ） A B C D 4芳香族化合物 A 的分子式为 C7H6O2，将它与 NaHCO3溶液混合加热，有酸性气体产生。 那么包括 A 在内，属于芳香族化合物的同分异构体的数目是 （ ） A5 B4 C3 D2 5.1mol 某烃在氧气中充分燃烧，需要消耗氧气 179.2 L（标准状况下）。它在光照的条件 CH3CH CH 3 CH2 CH3 CH3 CH3CCH 2 8 下与氯气反应能生成三种不同的一氯取代物。该烃的结构简式是 ( ) A. B.CH3CH2CH2CH2CH3 C. D.CH3 CH 3 6 胡椒酚是植物挥发油中的一种成分。关于胡椒酚的下列说法：该化合 物属于芳香烃；分子中至少有 7 个碳原子处于同一平面；它的部分 同分异构体能发生银镜反应；1mol 该化合物最多可与 2molBr2发生反 应。其中正确的是胡椒酚 ( ) A B C D 二、多项选择题（每小题有 1 个、2 个或 3 个正确答案） 7. 已知化合物 B3N3H6（硼氮苯）与 C6H6（苯）的分子结构 相似，如右图：则硼氮苯的二氯取代物 B3N3H4CI2 的 同分异构体的数目为 （ ） A2 B. 3 C. 4 D. 6 8.某化合物的分子式为 C5H11Cl，分析数据表明：分子中有两个CH 3、两个CH 2、一个 和一个 Cl，它的可能的结构有几种（本题不考虑对映异构体） A.2 B.3 C.4 D.5 9.人们使用四百万只象鼻虫和它们的 215 磅粪物，历经 30 年多时间弄清了棉子象鼻虫的四 种信息素的组成，它们的结构可表示如下（括号内表示的结构简式） 以上四种信息素中互为同分异构体的是 （ ） A.和 B.和 C. 和 D. 和 10.下列五种基团，CH 3、OH、CHO、C 6H5、COOH，两两组成的物质中，能与 NaOH 反应的有机物有多少种 （ ） A4 种 B5 种 C6 种 D7 种 11分子式为 C8H16O2的有机物 A，它能在酸性条件下水解生成 B 和 C，且 B 在一定条件下 9 能转化成 C。则有机物 A 的可能结构有 ( ) A1种 B2种 C 3种 D4 12.有机物CH 2=CHCHO可以简写成键线式： 。与键线式为： 的物质互 为同分异物体的是 （ ） A B C D 三、非选择题 13已知 可简写为 降冰片烯的分子结构可表示为： (1)降冰片烯属于_。 a环烃 b不饱和烃 c烷烃 d芳香烃 (2)降冰片烯的分子式为_。 (3)降冰片烯的一种同分异构体（含有一个六元环的单环化合物）的结构简式为 _。 (4)降冰片烯不具有的性质_。 a能溶于水 b能发生氧化反应 c能发生加成反应 d常温常压下为气体 14. I某天然油脂的化学式为 C57H106O6。1 摩尔该油脂水解可得到 1 摩尔甘油、1 摩 尔不饱和脂肪酸 B 和 2 摩尔直链饱和脂肪酸 C。经测定 B 的相对分子质量为 280，原子个数 比 为 C:H:O=9:16:1。 写出 B 的分子式：_。 写出 C 的结构简式：_； C 的名称是_。 写出含 5 个碳原子的 C 同系物的同分异构体的结构简式： _ _。 IIRCH=CHR与碱性 KMnO4溶液共热后酸化，发生双键断裂生成羧酸： 10 常利用该反应的产物反推含碳碳双键化合物的结构。 在催化剂存在下，1 摩尔不饱和脂肪酸 B 和 1 摩尔氢气反应后经处理得到 D 和 E 的 混合物，D 和 E 互为同分异构体。当 D 和 E 的混合物与碱性 KMnO4溶液共热后酸化， 得到如下四种产物： HOOC(CH2)10COOH CH3(CH2)7COOH HOOC(CH2)7COOH CH3(CH2)4COOH 写出 D 和 E 的结构简式：_ _。 写出 B 的结构简式：_ 。 写出天然油脂 A 的一种可能结构简式： _。 15.在一定条件下，烯烃可发生臭氧化还原水解反应，生成羰基化合物，该反应可表示 为： 已知： 化合 物 A，其分子式为 C9H10O，它既能使溴的四氯化碳溶液褪色，又能与 FeCl3溶液 发生显色反应，且能与金属钠或 NaOH 溶液反应生成 B； B 发生臭氧化还原水解反应生成，能发生银镜反应； 催化加氢生成，在浓硫酸存在下加热生成； 既能使溴的四氯化碳溶液褪色，又能与 FeCl3溶液发生显色反应，且能与 NaOH 溶 液反应生成 F； F 发生臭氧化还原水解反应生成 G，G 能发生银镜反应，遇酸转化为 H（C 7H6O2）。 请根据上述信息，完成下列填空： （1）写出下列化合物的结构简式（如有多组化合物符合题意，只要写出其中一组）： A ，C ，E 。 （2）写出分子式为 C7H6O2的含有苯环的所有同分异构体的结构简式 。 16.萨罗（Salol）是一种消毒剂，它的分子式为 C10H10O3，其分子模型如下图所示（图 中球与球之间的连线代表化学键，如单键、双键等）： （1） 根据右图模型写出萨罗的结构简式： 。 （2）萨罗经水解、分离、提纯可得到纯净的苯酚和水杨酸（邻羟基苯甲酸）。请设计 一个方案，说明苯酚、碳酸、水杨酸的酸性依次增强（用化学方程式表示）。 C= C R1 R2 R3 H C= O R1 R2 C= O R3 H +O 3 Zn/H 2O 11 （3）同时符合下列