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第五部分 同系物与同分异构体【高考要求】1、了解有机化合物数目众多和同分异构现象普遍存在的本质原因.2、理解同分异构、同系列等概念能够识别结构式（结构简式）中各原子的连接次序和方式并能辨认同系物和同分异构体.3、 能够书写或补写同分异构体以及确定同分异构体的种类.一、同分异构体、同分异构现象和同系物的概念同分异构体的题型包括：（1）较简单有机物同分异构体（数目较少）的直接书写或数目判断；（2）在一定条件的限制下，书写较复杂有机物的同分异构体；（3）同分异构体与同一物质的迅速判断。同分异构体是近几年高考中经常考查的基本内容，它不仅考查了学生的分析问题能力，还考查学生的空间想象能力，考查要求也不断提高，试题类型已由判断同分异构体数目向按要求书写同分异构体结构简式的方向深化。因此一定要掌握从已知有机化合物的分子式，导出可能的同分异构体的结构简式这一基本技能。1同系物概念结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。这一概念的特点：（1）概念外延所指的物质绝不能是单质，而是可形成一个系列的有机化合物。CH3（2）结构相似的同系物其化学性质也必然基本相似（但不相同）；物理性质应随分子量的递变有规则地出现相应的递变。eg： eg：溶沸点（3）互为同系物的各有机物其分子组成通式相同，进行物质的细腻分类， 属同一类的有机物。（4）分子组成相差一个或几个CH2原子团，其分子式必然不同，即在互称同系物的有机物中，不可能互称同分异构体。（注意延伸）（5）同系物的判断规律:两同: 同通式, 同结构 一差: 分子组成相差一个或若干个CH2 原子团 三注意: 同系物必须为同一类物质; 同系物结构相似但不一定完全相同； 同系物间物理性质不同但化学性质相似.2同分异构体的概念具有相同的分子式，但具有不同结构的化合物互称为同分异构体。这一概念的特点：(1)分子式相同，该物质的组成元素质量分数相同。等质量的同分异构体其组成元素中同种元素质量也相同；按同一模式进行同一类型的反应时，所得同一反应产物的质量也相同。(2)结构式不同，即分子结构(包括分子中原子的排列顺序和方式)不同，因此性质也必然不同，可属于不同类别的化合物。(3)分子式相同，分子组成中就不能再相差一个或几个CH2原子团，因此在互称同分异构体的化合物中，不可能互为同系物。3同系物和同分异构体两概念的比较：（1）同系物结构相似，必为同一类物质，所以性质相似；同分异构体可能是同类物质或不同类物质，所以性质可能相似或不同。（2）同分异构体的结构不同是指：碳链骨架不同；官能团在碳链上的位置不同；官能团的种类不同。（3）同分异构体的熔、沸点高低与支链（取代基）的多少有关，一般支链越多熔沸点越低。如沸点：戊烷2-甲基丁烷2,2-二甲基丙烷。4.同位素、同素异形体、同系物和同分异构体的比较5同分异构的类型： 分子式相同，原子间相互联结的方式次序不同，或原子在空间的排列方式不同的化合物互相称为同分异构体。异构现象可分类如下：异构现象构造异构碳链异构位置异构官能团异构互变异构价键异构顺反（几何）异构旋光（对映）异构构象异构立体异构同类异构异类异构 (1)碳链异构：由分子中碳原子排列顺序不同而产生的异构。如正戊烷、异戊烷、新戊烷。|CH3 如：CH3CH2CH2CH3与H3CCHCH3；与等等。|OH(2)位置异构：由分子中不饱和键或官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构。如1：1-丙醇CH3CH2CH2OH、2-丙醇CH3CHCH3；OH |HO | 如2：与；H3C OH、H3C与H3C(3)官能团异构：由分子中官能团不同而产生的异构。常见的官能团异构主要有以下几种：烯烃与环烷烃(通式为CnH2n， n3)二烯烃与炔烃(通式为CnH2n-2，n4)饱和一元醇与醚(通式为CnH2n+2O，n2)饱和一元醛、酮、烯醇(通式为CnH2nO，n3)饱和一元羧酸、酯、羟基醛(通式为CnH2nO2，n2)芳香醇、芳香醚、酚(通式为CnH2n-6O，n7)硝基化合物与氨基酸(通式为CnH2n+1NO2， n2)葡萄糖和果糖；蔗糖和麦芽糖 注意：淀粉与纤维素尽管表示式相同，但不能称为同分异构体，实际上它们都是混合物。（4）顺反异构顺反异构可以出现在某些结构的双键上，也可以出现在环上。当双键的每个碳原子上均连有两个不同的基团时，而双键两个碳原子上有相同的基团，由于双键不能自由旋转，因此以两个双键碳的连线为界，观察双键上的原子或原子团时，可以看到下列（A）（B）两种情况：CH3H3CHHCH3H3CHH C=CC=C （A）（B） 顺-2-丁烯 反-2-丁烯 在A中相同基团处于双键同侧，因而被称为“顺式”；（B）则被称为“反式”，在其结构中，相同基团处于双键两侧。 当情况比上述状态略为复杂时，例如2戊烯，连在双键碳上是三种基团；氢、甲基和乙基，此时可以将氢原子处于同侧者称为顺式，如（C）、（D）。CH2CH3H3CHHCH2CH3H3CHHC=C C=C（C）反式 （D）顺式椅式船式（5）构象异构二、书写有机物同分异构体的方法：书写时遵循的一般规律：先写碳链异构，再写官能团位置异构，最后考虑类别异构。主链由长到短, 支链由整到散, 位置由心到边, 排列由对到邻到间(一）烃的同分异构体的书写 1、 烷烃的同分异构体数目为2 n 4 + 1（4n7） 具体情况如下： 当n = 4时：24 4 + 1=2（种），即正丁烷、异丁烷。 当n = 5时：25 4 + 1=3（种），即正戊烷、异戊烷、新戊烷。 当n = 6时：26 4 + 1=5（种），碳架如下：|CCCCCCCCCCCCC|C|C|C|CCCCCCCCCCCCCC 当n=7时：27 4 + 1=9（种）（由学生写出）。 2、烷烃的一氯代物只有一种的书写（说明烷烃分子中所有氢原子都是等同的，符合这一条件的烷烃中，最简单的是甲烷（CH4）和乙烷（C2H6），以此为基础，分别用甲基全部取代甲烷和乙烷分子中的氢原子，得到相应的烷烃其一氯代物都只有一种）如： CH4C5H12C17H36C53H108 C2H6C8H18C26H54C80H162 3、烯烃的同分异构体的书写【例】C5H10分别有几种同分异构体？所给分子均含有5个碳原子，5个碳原子的碳链有几种不同形式，是解答此题的基础。其次是分析类别异构(官能团异构)。C5H10 (10种)：烯+环烷 4、烷基（-CnH2n+1）的数目为2 n 2种（2n5） n = 2时：C2H5的结构只有1种（乙基）。 n = 3时，C3H7有2种，即：|CH3 CH2CH2CH3 (正)丙基，CHCH3异丙基 CH3|CH3|CH3| n = 4时，C4H9有4种，即：|CH3 CH2CH2CH2CH3、CH2CHCH3、CHCH2CH3、CCH3 n = 5时，C5H11有8种（由学生来完成）。注意运用 * * * *5、苯环上同分异构体的书写苯和甲苯都没有同分异构体，乙苯等其他苯的同系物，由于取代基在苯环上的相对位置不 同因此存在同分异构体。【例1】分子式为C8H10的同分异构体有四种：【例2】分子式为C9H12的同分异构体有8种：OH |苯的同系物被一个原子团取代，【例1】：H3C 含苯环的同分异构体（5种）OCH3CH3OH|【例2】： 含萘环的同分异构体（18种）酚醚 2种醇 2种7种7种CH3OH|【例3】二甲苯的取代邻二甲苯的一氯代物：（3种）间二甲苯的一氯代物：（4种）对二甲苯苯环上的一氯代物：（2种）发散：二甲苯苯环上的一氯代物多少种？二甲苯苯环上的二氯代物多少种？二甲苯加H2后的产物的二氯代物多少种？6、多环芳香族化合物（注意单键可以旋转）一氯代物 种？；二氯代物 种？ ？ ？一氯代物 种？；二氯代物 种？ ？0 10 20 30 1011)00 2 00 3000 ?例：金刚烷的取代物同分异构体一元取代物：二种二元取代物：六种亚甲基二元取代物：三种Eg： C3H8的6氯代物种类=2氯化物 的5氯代物种类=3氯化物C10H87、多卤代注意变换方法注意：判断因取代基位置不同而形成的同分异构体时可采用“对称轴”法。即在被取代的主体结构中，划对称轴，取代烃只能在对称轴的一侧，或是在对称轴上而不能越过对称轴(针对一元取代物而言)。因此，邻、间、对二甲苯苯环上的一元取代物分别有2、3、1种。(二）、烃的衍生物同分异构体的书写（记住几种常见烃基异构体）【例1】C5H11OH的同分异构体有 种在烃和含氧衍生物的分子式中必然含有这样的信息：该有机物的饱和程度。因此分析分子中C、H的数量关系，便可推知其分子中是否有双键、叁键等不饱和结构。【例2】C4H10O2的结构特征分析：分子中4个碳原子结合10个氢原子，这是饱和的，所以在其分子中不可能有双键、叁键以及环状结构，而只能是原子间以单键连接的链状结构。即C4H10O2可为二元醇、醚等物质。【例3】C3H6O的结构特征分析：分子中C3H6告诉我们该分子具有不饱和结构：含1个双键(可以是C=C也可是C=O)或者1个环状结构。小结：通常情况下书写异构体结构简式时应根据分子式先确定可能的官能团异构有几类，然后在每一类异构中先确定不同的碳链异构，再在每一条碳链上考虑官能团的位置异构有几种，这样考虑思路清晰，书写有序，思维不会混乱。要防止书写时出现重复或遗漏等情况。书写同分异构体结构简式时还必须要遵循碳原子价数为4，氧原子价数为2，氢原子价数为1的原则。同分异构体训练题一、选择题1、已知丁基有4种，不必试写，立即可断定化学式为C5H10O的醛有（ ） A、3种B、4种C、5种D、6种 提示 戊醛（C5H10O）是由丁基（C4H9）和醛基（CHO）构成，即C4H9CHO， 2、某物质化学式为C5H10O2，其水溶液pH小于7，其可能的结构有（ ） A、4种B、5种C、6种D、7种3、化学式为C5H12O的醇，其中能氧化成醛的有（ ） A、3种B、4种C、5种D、6种4、具有相同分子式的几种一溴代烷，其水解后的产物在红热的铜丝催化下，最多可被氧化成4种不同的醛。该一溴代物的分子式可能是（ ） A、C3H7BrB、C4H9BrC、C5H11BrD、C6H13Br 提示 水解生成的醇被氧化成醛，说明羧基所连碳原子上至少有2个氢原子，即RCH2OH。又知生成的醛有4种，则烃基R自身的结构有4种，R应为丁基（C4H9）即原来的一溴代烷为C4H9CH2Br，选C。催化剂5、H2、CO和烯烃在催化剂作用下生成醛的反应叫烯烃的醛化反应。由乙烯制取丙醛的反应为： CH2=CH2 + H2 + CO CH3CH2CHO 则化学式为C4H8的烯烃进行醛化反应，得到的醛的同分异构体数可能有（ ）催化剂 A、2种B、3种C、4种D、5种提示 C4H8 + CO + H2 C4H9CHO，巧选C。6、分子里含碳原子数不超过10的所有烷烃中，一卤代物只有一种结构的烷烃共有A2种B3种C4种D10种7、当有机物分子中的一个碳原子所连四个原子或原子团均不相同时，此碳原子就是“手性碳原子”，具有手性碳原子的物质往往具有旋光性，存在对映异构体，如 等，下列化合物中存在对映异构体的是 （ ）A B C甲酸 DC6H5CH（OH）CH3 8、下列有机物的一氯取代物的同分异构体数目相等的是（ ）A、 B、 C、 D、分析：9、对复杂的有机物的结构，可以用键线式简化表示。如：有机物CH2=CHCHO，可简化写成 。则与键线式为 的物质互为同分异构体的是 ；与其互为同分异构体的芳香族化合物有5种分析 ：中有7个C，8个H，1个O，与其分子式相同而结构不同只有D。答案：D。属于同分异构中的官能团异构现象。10、蒽 的一氯取代物其同分异构体的种类有（ ） A、 2种 B、 3种 C、 4种 D、 5种分析：由蒽的结构简式可知，蒽分子中有三种不同的碳原子： Cl分别取代1， 2，3位的氢原子，就形成三种同分异构体故选B。11、有机物甲的分子式为C11H14O2，在酸性条件下水解生成乙和丙，丙遇FeCl3溶液显紫色。丙的式量比乙大20。甲的结构有：A、3种B、4种C、5种D、6种12、有一种AB2C2型分子，在该分子中以A为中心原子，下列关于它的分子构型和有关同分异构体的各种说法正确的是（ ）A.假如为平面四边形，则有两种同分异构体；B.假如为四面体，则有二种同分异构体；C.假如为平面四边形，则无同分异构体；D.假如为四面体，则无同分异构体。 分析：该分子如果分子结构是平面的则会有两种同分异构体：如分子结构为四面体结构，而A原子位于四面体的中心，那么AB键与AC键都相邻，则无同分异构体。13、知 和 互为同分异构体，则化学式C3H5C1的链状同分异构体有A、3种 B、4种 C、5种 D、6种分析：这是一道信息题，在中学阶段没有学过这类同分异构体。因此，解题时紧扣信息给出的实质：含双键的碳原子上分别有两个不同的取代基，才可能有同分异构体。C3H5C1含有一个双键，故可确定其碳骨架为CC = C，则它的一氯代物有三种：。从a、b、c的结构简式可知，仅c式中含双键的碳原子上分别有两个不同的取代基，则c有同分异构体：，。故答案选B。14、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，在相同的温度和压强下，同质量的乙和丙的蒸气所占体积相同，则甲的可能结构有：A、8种B、14种C、16种D、18种15、2，3-苯基丙烷的3个苯基可以分布在环丙烷平面的上下，因此有如下2个异构体： （ 是苯基，环用键线表示，C、H原子都未画出）据此，可判断1，2，3，4，5-五氯环戊烷（假定五个碳原子也处于同一平面上）的异构体数是 （ ）A4 B5 C6 D7答案：A。（表示氯原子在环平面上）16、某苯的同系物的分子式为C11H16，经测定，分子中除苯环外不再含其他环状结构，分子中还有2 个CH3，2个CH2和1个CH，则该分子中由碳链异构所形成的同分异构体共有（ ）A. 3种B. 4种C. 5种D. 6种17、由C6H5、C6H4、CH2、OH四种原子团一起组成属于酚类物质的种类有（ ）。A. 1种B. 2种C. 3种 D. 4种18、某有机物甲经氧化后得到乙（C2H3O2Cl），而甲经水解可得到丙。1mol丙和2mol乙反应可得到一种含氯的酯（C6H8O4Cl2）。以此推断甲的结构简式为ABCDHOCH2CH2OH19、分子式为C10H16的某烃的结构简式为：还可以简写为，下列有机物中，与上述有机物互为同分异构体的是（看饱和度）ABCD二、填空题20、某有机物的分子式为C7H16，当主链有5个碳原子时，应有哪几种同分异构体？分析：主链上有5个碳原子，支链可能是CH2CH3，也可能是CH3，则分类论。支链为CH2CH3，只可能种结构：则结构简式为CH(CH2CH3)2。支链为两个CH3时，若两个CH3在同一个碳原子上，则可能有两种结构：,若两个CH3在不同的碳原子上，则也有两种结构：，。结构简式分别为：CH3CH2C(CH3)2CH2CH3、(CH3)3CCH2CH2CH3、(CH3)2CHCH(CH3)CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH(CH3)2。21、萘( )的二溴代物共有多少种同分异构体？分析：由萘的结构简式可知： 萘上8个氢原子可分为两大类：1、4、5、8位上的氢原子为a氢原子，2、3、6、7位上的氢原子为氢原子。故它的一溴代物可分为两种情况：a：， b： 。接下来就分类讨论a、b各有多少种同分构体。a有7种同分异构体，如图：b究竟有几种同分异体呢？一定要注意避免同分异体的重复计算。1、4、5、8位置上的同分异构体已包括在a中了，不能重复计算，故b只有3 种同分异构体。如图： 所以，本题的答案为10种同分异构体。22、组成为C5H10O2的一元羧酸与组成为C4H10O的一元醇发生酯化反应，生成的酯可能有16种。23、含有组成为CH4O和C3H8O的有机物的混合物，在浓H2SO4存在下进行脱水反应的醚有多少种。答案：6种24、某羧酸A（分子式为C5H10O2），可以由醇B氧化得到，A和B可以生成酯C（相对分子质量为172），符合这些条件的酯只有4种，请写出这4种酯的结构简式。|CH3|CH3 答：CH3CH2CH2CH2COOCH2CH2CH2CH2CH3、CH3CHCH2COOCH2CH2CHCH3、CH3|CH3| |CH3|CH3|CH3|CH3 CH3CH2CHCOOCH2CHCH2CH3、CH3CCOOCH2CCH3 25、C11H16苯的同系物中, 只含有一个支链, 且支链上含有两个“CH3”的结构有四种, 写出其结构简式. 答案： 四种结构简式为:26、烷基取代苯 R可以被KMnO4的酸性溶液氧化生成COOH，但若烷基R中直接与苯环连接的碳原子上没有CH键，则不易被氧化得到 |CH3COOH。现有分子式是C11H16的一烷基取代苯，已知它可以被氧化为 COOH的异构体共有7种，其中的3种是： CH2CH2CH2CH2CH3、 CHCH2CH2CH3、|CH3 CH2CHCH2CH3，请写出其它4种结构简式 、 、 、 。 |CH3提示 本题实质上应用的是C5H11有8种结构，其中CCH2CH3不符合题意，故CH3|CH3|CH3|CH3|CH3|CH3答案为：CH2CCH3、CHCHCH3、CHCH2CH2、|CH3CH2CH2CHCH327、液晶是一类新型材料。MBBA是一种研究得较多的液晶化合物。它可以看作是由醛A和胺B去水缩合的产物。 CH3O CH=N CH2CH2CH2CH3MBBA CH3O CHO醛A CH3CH2CH2CH2 NH2胺B 对位上有C4H9的苯胺可能有4个异构体，它们是： 、 、 、 。CH3|答：CH3CH2CH2CH2 NH2、CH3CH2CH NH2、CH3|CH3|CH3CH3CNH2、CH3CHCH2 NH228、乙酸苯甲酯对花香和果香的香韵具有提升作用，故常用于化妆品工业和食品工业，乙酸苯甲酯可以用下面的设计方案合成. (1) 写出A、C的结构简式： A：_，C：_. (2) D有很多同分异构体，含有酯基和一取代苯结构的同分异构体有五个，其中三个的结构简式是： 请写出另外两个同分异构体的结构简式： _和_.答案：（1） CH3 ； CH2OH（2）CH3CH2COO；HCOOCHCH329、请认真阅读如下材料材料一：瑞典皇家科学院将2001年诺贝尔化学奖授予美国科学家诺尔斯、夏普莱斯和日本科学家野衣良治，以表彰他们在催化氢化和手性催化氧化反应领域所作出的贡献。材料二：有机物中，有一类化合物的分子式相同，原子联结方式和次序也相同（即结构式相同），但原子在空间的排列方式不同，因而具有象实物和镜像一样两种结构，显然非常相似，但不能叠合，这种异构现象叫对映异构。这一对对映异构体之间的关系就像人的左手和右手一样，故这类化合物的分子叫手性分子。材料三：在有机物分子中，若某个碳原子联结着四个不同的原子或原子团，这种碳原子叫做手性碳原子或 称碳原子。含有手性碳原子的分子一般是手性分子，手性分子就可能存在对映异构体。试回答下列问题：（1）下列分子中，不含手性碳原子的是 C |CH3|OHA、CH3CH2CHCH=CH2B、CH3CHCH2CH3|NH2|CH3C、CH3CHCH2CH3D、CH3CHCOOH|CH2OH（2）化学式为CH3COOCH2CHCHO的分子属于手性分子。设计不同的实验方法使该化合物分子变成无手性的物质 |CH2OH|CH2OH答：CHO催化加氢； 催化氧化； 与CH3COOH酯化；CH3COOCH2水解10.3um激光30、美籍埃及人泽维尔用激光闪烁照相机拍摄到化学反应中化学键的断裂和形成过程，因而获得1999年诺贝尔化学奖。激光用途很多，例如波长为10.3um的红外激光能切断B(CH3)3分子中的一个BC键，使之与HBr发生取代反应：B(CH3)3 + HBr B(CH3)2Br + CH49.6um激光而利用9.6um的红外激光却能切断两个BC键，并与HBr发生二元取代反应。（1）试写出二元取代反应的化学方程式 B(CH3)3 + 2HBr B(CH3)Br2 + 2CH4。CH3（2）现用5.6g B(CH3)3和9.72g HBr正好完全反应，则生成物中除了甲烷，其它两种产物的物质的量之比为 B(CH3)2Br：B(CH3)Br2 = 4：1。甲 CH2 C CH2 C CH3CH CH + CH CH CH C CH CH231、在一定条件下某些不饱和烃分子可以进行自身加成反应，例如：CH3CH3 CH3C = CH2CCH3CH3CH3CH3 CH2=C CH3CH3有机物甲的结构式如图所示，它是由不饱和烃乙的两个分子在一定条件下得到的，在此加成中除生成甲外，还得到另一种产量更多的有机物丙，其中最长碳链仍为5个碳原子，丙是甲的同分异构体。请写出：乙的结构式 丙的结构式 32重氮甲烷CH2N N在有机物合成中有着重要应用，它的分子中碳原子和氮原子之间的共用电子对是由氮原子一方提供的。（1）重氮甲烷的电子式是 CH2N N（2）重氮甲烷在受热或光照时，容易分解放出N2，同时生成一个极活泼的缺电子的基团碳烯（CH2）则碳烯的电子式是 （3）碳烯很容易以它的一对未成键电子与不饱和的烯、炔发生加成形成三元环状化合