同分异构体推导复习讲练.doc

同分异构现象 同分异构体推导复习讲练一、 概念辩析(同分异构 同一种物质 同系物 )同分异构 化合物具有相同的分子式,但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称为同分异构体。在中学阶段，引起同分异构的原因主要有三种：碳架异构、位置异构和官能团异构。识别两者是否是同分异构体，首先要查碳原子数，判别分子式是否相同，然后再看结构式。在分子式相同的情况下，若结构不同，则两者必为同分异构体。 同一种物质 两者不仅分子式相同，而且结构也完全相同，则为同一种物质。同一种物质应具有相同的物理参数，如有相同的熔沸点。判断两结构是否相同方法有二：(1) 将分子整体翻转或沿对称要素(面、线)旋转后能“重合”者；(2)用系统命名法命名,所得名称相同者。 同系物 结构相似，在分子组成上相差一个或几个-CH2原子团的物质互称同系物.结构相相似是指分子中含有官能团的种类和数目都要相同.如乙醇与丙醇为同系物,但乙二醇与丙三醇就不属同系物了。 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限制条件结构相似分子式相同同一元素质子数相同组成相差CH2原子团结构不同性质不同中子数不同（二）、同分异构体的种类1碳链异构2位置异构3官能团异构（类别异构）（详写下表）4顺反异构5对映异构（不作要求）常见的类别异构组成通式可能的类别典型实例CnH2n烯烃、环烷烃CH2=CHCH3与CnH2n-2炔烃、二烯烃CHCCH2CH3与CH2=CHCH=CH2CnH2n+2O饱和一元醇、醚C2H5OH与CH3OCH3CnH2nO醛、酮、烯醇、环醚、环醇CH3CH2CHO、CH3COCH3、CH=CHCH2OH与CnH2nO2羧酸、酯、羟基醛CH3COOH、HCOOCH3与HOCH3CHOCnH2n-6O酚、芳香醇、芳香醚与CnH2n+1NO2硝基烷、氨基酸CH3CH2NO2与H2NCH2COOHCn(H2O)m单糖或二糖葡萄糖与果糖(C6H12O6)、蔗糖与麦芽糖(C12H22O11)此外，还有几种特殊的同分异构体：（1） C8H8：苯乙烯和立方烷；（2） C6H12O6：葡萄糖和果糖；（3） C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；（4） CH4ON2：尿素CO(NH2)2和氰酸铵NH4CNO二 烃的异构（1）烷烃的异构(碳架的异构)熟记C1-C6的碳链异构: CH4、C2H6、C3H8 无异构体；C4H10 2种、C5H12 3种、C6H14 5种。（2） 烯炔的异构(碳架的异构和双键或叁键官能团的位置异构)如丁烯C4H8有两碳链形成叁种异构体：（3 ）苯同系物的异构(侧链碳架异构及侧链位置的异构) 如C9H12有7种异构体：三 、烃的一元取代物的异构（取代等效氢法）1、等效氢概念有机物分子中位置等同的氢叫等效氢，分子中等效氢原子有如下情况：分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效。同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效。如新戊烷（可以看作四个甲基取代了甲烷分子中的四个氢原子而得），其四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个H原子是等效的。分子中处于镜面对称位置（相当于平面镜成像时，物与像的关系）上的氢原子是等效的。如分子中的18个H原子是等效的。取代等效氢法要领 利用等效氢原子关系，可以很容易判断出有机物的一元取代物异构体数目。其方法是先写出烃（碳架）的异构体，观察分子中互不等效的氢原子有多少种，则一元取代物的结构就有多少种。C3H7X 一种碳链，共有 2 种异构体 C4H9X 二种碳链，共有 4 种异构体 C5H11X 叁种碳链，共有 8 种异构体这里的一元取代基X，可以是原子，如卤原子，也可以是原子团，如-OH、-NH2 、-CHO、-COOH、HCOO-等。因此，已知丁基-C4H9有四种，则可断定丁醇、丁胺、戊醛、戊酸以及甲酸丁酯都有4种异构体。 观察并找出分子结构中的对称要素是取代等效氢法的关键例：乙苯异构体有 4 种 对应环上一卤代物种数 3 2 3 1注意对甲乙苯，环上一卤代物应为 2 种 例题1：菲和蒽互为同分异构体，菲的结构简式为 从菲的结构简式分析，菲的一氯取代物共有 A4种 B.5种 C10种 D14种例题2分子式为C11H16的一烷基取代苯的同分异体共有 种例题3对位上有-C4H9的苯胺可能的同分异构体共有 种，写出它们的结构简式 例题4蓝烷分子结构如试写出蓝烷分子式样C10H10它的一氯代物共有 种说明常可根据某些烃存在的一元取代物数目，反推原烃分子结构式。如含碳原数少于10的烷烃中，其中一卤代物不存在异构体的有 4 种，它们分别是： 又如，已知烯烃C6H12的一氯代物只有一种，则可断定该烯烃的分子结构为 【小结】（1）烃的一卤代物种数 = 质子峰数 = 化学环境不同的H原子种数（2）分子结构越对称，一卤代物越少，分子结构越不对称，一卤代物越多。2、丁基异构的应用 （1）写出丁基的四种同分异构体： CH3CH2CH2CH2- （2）写出分子式为C5H10O的醛的各种同分异构体并命名：CH3-CH2-CH2-CH2-CHO 戊醛 （3）分子式为C5H12O的醇有 种能被红热的CuO氧化成醛？3、将“残基”拚成分子结构简式的技巧CH3CHCH3CH3CH例3某烃的分子结构中含有三个CH3-、二个-CH2-、一个-CH-，写出该烃可能的分子结构并命名。第一步：找中心基(支链最多的基)： 第二步：找终端基( - R) 构造分子骨架： CH3 （3个）CH3第三步：将中间基插入：2个-CH2- (1)插入一个“-CH2-CH2-”，三个位置等同，故只有一种：CH3-CH2-CH2-CH-CH3 （2-甲基戊烷）CH3 （2）将两个“-CH2-”插入，三个位置等同，故只有一种：CH3-CH2-CH-CH2-CH3 （3-甲基戊烷）练习某有机物分子结构中含：一个 ；一个-CH-；一个-CH2-；3个CH3-；1个Cl-，则请写出符合条件的该有机物的可能的结构简式：4、1、常见的异构体的个数可通过烷基的异构体数目来迅速确定； CH3、C2H5、 C3H7、 C4H9、 C5H11 1种 1种 2种 4种 8种 三、卤代烃、醇、醛、羧酸、胺的同分异构体书写卤代烃、醇、醛、羧酸、胺都可看着烃的一元取代物。确定它们异构体可用取代等效氢法。四 、烃的二元(或三元)取代物的异构(1)有序法（定一移一）有序法要求解决问题时遵循一定的特定线索和步骤去探索的一种思维方法。应用有序法解决烃的多元取代物异构体问题的步骤顺序是：先写出碳架异构，再在各碳架上依次先定一个官能团，接着在此基础上移动第二个官能团,依此类推，即定一移一。例 二氯丙烷有 4 种异构体，它们的结构简式是 例题5苯丙醇胺（PPA）结构简式如下：-CH-CH-CH3 其中-代表苯基 OH NH2将-、NH2、-OH在碳链上的位置作变换，还可以写出其它 8 种异构体（不包括-OH和-NH2连在同一碳原子的异构体。试写出包括PPA自身在内的这些异构体的结构简式。 例题6蒽的结构式为 它的一氯代物有 种，二氯代物又有 种。 (2)换元法例 已知C6H4Cl2 有三种异构体，则C6H2Cl4有三种异构体。（将H代替Cl）例题7： 已知A的结构为 A的n溴代物与m溴代物的异构体数目相同，则n和m必满足关系式 五酯的异构（1） 插入法 将酯基插入烃的碳链中则为酯，此法也适用于醚和酮等。解法步骤：第一步：先写去掉酯基余下组成（烃）的各可能的碳链结构；第二步：将酯基以两种不同的方向（正向-COO-反向-OOC-）分别插入第一步写出的各式的CC键中；第三步：将酯基以反向分别插入第一步写出的各式的CH键中，若以正向插入则得羧酸。例题8：写出分子式为C5H10O2 且属于酯的的各种同分异构体的结构简式 （2） 拆分法酯可拆分为合成它的羧酸和醇（酚）。若已知酸有m种异构体，醇有n种异构体，则该酯的同分异构体有mn种。而羧酸和醇的异构体可用取代有效氢法确定。还以为C5H10O2为例推异其属于酯的异构体数目及结构简式：解 甲酸丁酯 HCOOC4H9 异构体数为 14=4 种乙酸丙酯 CH3COOC3H7 异构体数为 12=2 种丙酸乙酯 C2H5COOC2H5 异构体数为 11=1 种丁酸甲酯 C3H7COOCH3 异构体数为 21=2 种因此，分子式为C5H10O2其属于酯的异构体共有 9 种，结构简式见前。同理可知，C3H7COOC4H9 其中属于酯的同分异构体共有 种。例题9：分子式为 C8H8O2 的异构体很多(1) 写出其中属于羧酸类，且结构中含有苯环的异构体的结构简式（共有4种）(2) 写出其中属于酯类，且结构中含有苯环的异构体的结构简式（共有6种）例题10有机物甲的分子式为 C9H18O2, 在酸性条件下,甲水解为乙和丙两种有机物,在相同温度和压强下,同质量的乙和丙的蒸气所占的体积相同,则甲的可能结构有( C )。A. 8 种 B.14种 C. 16种 D.18种 解析 拆分法,依题意甲为酯 ,水解后生成的酸和醇相对分子质量相同,故生成的酸分子式为C4H8O2,有2种异体,生成的醇分子式为C5H12O ,有8种异构体，因此有机物甲符合题意的异构体共有28=16种。例题11：主链为4个碳原子的某烷烃有2种同分异构体，则具有相同碳原子数，主链也是4个碳原的烯烃的异构体应有( C )种。A. 2 B. 3 C. 4 D.5 解析 该烷烃的两种异构体的碳架是 因此,符合题意的烯烃的同分异构体有4种,结构简式如下 例题12：有机物甲是一种包含一个六元环的化合物，其分子式为C7H12O2，在酸性条件下可发生水解，且水解产物只有一种，则甲的可能结构有（ C ）种。A. 8 B. 11 C. 14 D. 15解析 由题意知，该有机物定属酯类，且为环酯（内酯），酯基-COO-在环上。由于是六元环，环上有5个碳原子，余下两个碳原子可形成两个甲基（-CH3）或一个乙基（-CH2CH3）分别取代环上的氢原子，共有14种情况。例题13：分子式为C9H20的烷烃，它的同分异体有些只能由一种相应的烯烃经催化加氢得到。C9H20的具有这样结构的同分异构体共有（ C ），并写出它们的结构简式。A. 1种 B. 2种 C. 3种 D. 4种 解析: 有三种,它们的结构式如下: 例:14：分子式为C8H8Cl2，其苯环上的一溴代物的只有一种的有机物的结构简式：分析：先确定碳链结构，在碳链上合理变换官能团的位置。先找对称轴，在轴的一侧和轴上变换位置。 例题15：苹果酸的结构简式为：(1)与苹果酸具有相同官能团的同分异构体有_种。(2种) (2)分子式为(C5H8O5)，与苹果酸互为同系物的同分异构体有_种。(9种)例题16：同时符合下列要求的同分异构体有_种。(3种) 与A(C10H10O4)互为同分异构体 可以水解 苯环上有两个取代基，且苯环上的一氯代物只有1种。例题17：写出所有符合下列条件的F(C4H6O2)的同分异构体的结构简式： 。(2种) a. 属于链状酯类；b. 分子中每个碳原子上都连有氢原子例题18：满足下列条件的A(C10H12O2)的同分异构体有 种，写出其中一种的结构简式 。(2种) 能与碳酸氢钠溶液反应； 苯环上的一氯取代物有1种。例题19：分子式为C9H12O，其中能与金属钠反应且苯环上有一个取代基的同分异构体有 种，写出其中一种含有2个甲基的结构简式 (5种) 例题20：E(C8H8O3)有多种同分异构体，写出符合下列条件的所有同分异构体的结构简式 。 (4种)a分子内含有羧基b是芳香族化合物，且不与FeCl3溶液发生显色反应c1 mol物质和足量的金属钠反应产生1 mol氢气课后练习1.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-CH2CH2CH2CH(CH3)CH2CH22CH(CH3)2）。 上述互为同分异构体的是 （ ）A B C D 2（1）2-氨基-5-硝基苯甲醚俗称红色基B，主要用于棉纤维织物的染色，也用于制金黄、枣红、黑等有机颜料，其结构简式如右所示。若分子式与红色基B相同，且氨基（NH2）与硝基（NO2）直接连在苯环上并呈对位时的同分异构体数目（包括红色基B）可能为（ ）A2种 B4种 C6种 D10种（-OCH3可以变成-CH2OH、-OH和-CH3）3.化学家们合成了如下图所示的一系列的星烷，如三星烷、四星烷、五星烷等。下列说法不正确的是A六星烷的化学式为C18H24 B三星烷、四星烷、五星烷之间不是同系物C它们的一氯代物均只有两种，而三星烷的二氯代物有六种D三星烷与甲乙苯互为同分异构体，四星烷与 互为同分异构体4.有的油田开采的石油中溶有一种碳氢化合物金刚烷，其分子结构如图，试回答下列问题：其一氯代物有 种；其二氯代物有 种。其一氯一溴金刚烷（C10H14ClBr）的同分异构体数目是 A4种 B6种 C8种 D10种5.第二十九届奥林匹克夏季运动会于2008年8月8日24日在北京隆重举行并获得巨大成功。下图是酷似奥林匹克旗中五环的一种有机物，被称之为奥林匹克烃。下列说法正确的是 A该有机物属于芳香族化合物，是苯的同系物B该有机物是只含非极性键的非极性分子C该有机物的一氯代物只有一种D该有机物完全燃烧生成H2O的物质的量小于CO2的物质的量6始祖鸟烯(Pterodactyladiene)，形状宛如一只展翅飞翔的鸟，其键线式如右图，其中R1、R2为烷烃基。则下列有关始祖鸟烯的说法中正确的是 （ ）A.始祖鸟烯与乙烯互为同系物B.若R1=R2= CH3，则其化学式为C12H16 C.若R1=R2，一定条件下烯烃双键碳原子上的氢也能取代，则始祖鸟烯环上的二氯代物有10种D.始祖鸟烯既能使酸性高锰酸钾褪色也能使溴水褪色，其褪色原理是一样的 7. 有机化合物甲结构式为其化学式为C14H20O 。已知乙是甲的酚类异构体，且分子结构中不含甲基。试写出两种属于不同类别的酚的异构体（各举一例）。7.解析 根据题意，先提留出作为酚的结构组成，则分子式可改写为C6H5O-C8H15残基（-C8H15）符合烯基或环基的组成，而又要求不含甲基，所以符合题意的两例结构简式如下：8.某有机物甲的结构简式为：该有机物的同分异构体甚多，其中一类可以用通式表示（其中A、B均不为氢原子），试写出其中符合上述通式且能发生银镜反应的四种物质的结构简式：，。89. A、B、C、D、E五种芳香族化合物都是某些植物挥发油中的主要成分，有的是药物，有的是香料。它们的结构简式如下所示：请回答下列问题：（1）这五种化合物中，互为同分异构体的是 。（2），反应采取的适当措施，使分子中烯键不起反应。以上反应式中的W是AE中的某一化合物，则W是 。X是D的同分异构体，X的结构简式是