有机化学基础+判断同分异构体的五种常用方法和有机分子结构的测定

判断同分异构体的五种常用方法和有机分子结构的测定 一 确定同分异构体数目的五种常用方法 1 等效氢法 在确定同分异构体之前 要先找出对称面 判断 等效氢 从而确定同分异 构体数目 有机物的一取代物数目的确定 实质上是看处于不同位置的氢原子 数目 可用 等效氢法 判断 判断 等效氢 的三条原则是 1 同一碳原子上的氢原子是等效的 如 CH4 中的 4 个氢原子等同 2 同一碳原子上所连的甲基是等效的 如 C CH3 4 中的 4 个甲基上的 12 个氢原 子等同 3 处于对称位置上的氢原子是等效的 如 CH3CH3 中的 6 个氢原子等同 乙烯 分子中的 4 个 H 等同 苯分子中的 6 个氢等同 CH3C CH3 2C CH3 2CH3 上的 18 个氢原子等同 典例导悟 1 下列有机物一氯取代物的同分异构体数目相等的是 A 和 B 和 C 和 D 和 2 换位思考法 将有机物分子中的不同原子或基团进行换位思考 如乙烷分子中共有 6 个 H 原子 若有一个氢原子被 Cl 原子取代所得一氯乙烷只有一种结构 那么五氯乙 烷有多少种 假设把五氯乙烷分子中的 Cl 看作 H 原子 而 H 原子看成 Cl 原子 其情况跟一氯代烷完全相同 故五氯乙烷也有一种结构 同理 二氯乙烷有两 种结构 则四氯乙烷也有两种结构 典例导悟 2 已知化学式为 C12H12 的物质其结构简式为 该环上 的二溴代物有 9 种同分异构体 由此推断该环上的四溴代物的同分异构体数目 有 A 4 种 B 9 种 C 12 种 D 6 种 3 基团位移法 该方法比等效氢法更直观 该方法的特点是 对给定的有机物先将碳键展 开 然后确定该有机物具有的基团并将该基团在碳链的不同位置进行移动 得 到不同的有机物 需要注意的是 移动基团时要避免重复 此方法适合烯 炔 醇 醛 酮等的分析 典例导悟 3 分子式为 C5H10 的链状烯烃 可能的结构有 A 3 种 B 4 种 C 5 种 D 6 种 4 基团连接法 将有机物看作由基团连接而成 由基团的异构体数目可推断有机物的异构 体数目 如丁基有四种 丁醇 看作丁基与羟基连接而成 也有四种 戊醛 戊酸 分别看作丁基跟醛基 羧基的连接物 也分别有四种 典例导悟 4 烷基取代苯可以被酸性 KMnO4 溶液氧化 生成 但若烷基 R 中直接与苯环相连的碳原子上没有 C H 键 则不 容易被氧化得到 现有分子式为 C11H16 的一烷基取代苯 已知 它可以被氧化成为的异构体有 7 种 其中 3 种是 请写出其他 4 种的结构简式 5 轴线移动法 对于多个苯环并在一起的稠环芳香烃 要确定两者是否为同分异构体 可 以画一根轴线 再通过平移或翻转来判断是否互为同分异构体 典例导悟 5 萘分子的结构式可以表示为或 两者是 等同的 苯并 a 芘是强致癌物质 存在于烟囱灰 煤焦油 燃烧烟草的烟雾和内 燃机的尾气中 它的分子由五个苯环并合而成 其结构式可表示为 或 式 这两者也是等同的 现有结构式 A D 其中 1 跟 式等同的结构式是 2 跟 式是同分异构体的是 二 有机分子结构的确定 1 有机化合物分子式的确定 1 确定有机物分子式的一般途径 2 确定有机物分子式的方法 实验式法 由各元素的质量分数 求各元素的原子个数之比 实验式 相对分 子质量 求分子式 物质的量关系法 由密度或其他条件 求摩尔质量 求 1 mol 分子中所含各 元素原子的物质的量 求分子式 3 燃烧通式法 利用通式和相对分子质量求分子式 CxHy x O2 xCO2 H2O y 4 y 2 CxHyOz x O2 xCO2 H2O y 4 z 2 y 2 由于 x y z 相对独立 借助通式进行计算 解出 x y z 最后求出分子式 4 利用各类有机物的分子式通式和相对分子质量确定 类别通式相对分子质量 烷烃CnH2n 2Mr 14n 2 n 1 环烷烃 烯烃CnH2nMr 14n 烯烃 n 2 环烷烃 n 3 二烯烃 炔烃CnH2n 2Mr 14n 2 炔烃 n 2 苯及苯的同系物CnH2n 6Mr 14n 6 n 6 饱和醇CnH2n 2OxMr 14n 2 16x 饱和一元醛CnH2nOMr 14n 16 饱和一元羧酸及酯CnH2nO2Mr 14n 32 2 有机物分子结构的确定 1 确定分子结构的步骤 有机物分子结构的测定 过去常用有机化合物的化学性质确定分子中所含的官 能团 再确定其所在的位置 现代化学测定有机化合物的结构可用现代化的物 理方法 如核磁共振氢谱和红外光谱等 确定有机化合物分子结构的一般步骤 为 2 根据有机物的官能团进行鉴别 被鉴别或被 检验的物质 试剂与方法现象与结论 饱和烃与不饱和烃 加入溴水或酸性 KMnO4 溶 液 褪色的是不饱和烃 苯与苯的同系物加酸性 KMnO4 溶液褪色的是苯的同系物 卤代烃中卤原子 加碱溶液加热 加稀 HNO3 中和碱 再加硝酸银 白色沉淀说明是氯代烃 浅黄色沉淀说明是溴代烃 黄色沉淀说明是碘代烃 醇 加入活泼金属钠 应先排除其 他酸性基团的影响 如羧基 酚羟基等 加乙酸 浓 H2SO4 共热 有气体放出 有水果香味 物质生成 醛 加入银氨溶液或加入新制的 氢氧化铜悬浊液 试管底部会出现光亮的银 溶液中出现红色沉淀 羧酸 加紫色石蕊试液 加 Na2CO3 溶液 显红色 有无色无味的气 体逸出 酯闻气味 加稀 NaOH 溶液 有水果香味 检验水解产 物 酚类加 FeCl3 溶液或浓溴水 溶液显紫色或生成白色沉 淀 淀粉碘单质 同时加水 变蓝 蛋白质灼烧有烧焦羽毛的气味 典例导悟 6 1 06 g 某有机物 A 完全燃烧 得到 1 792 L 标准状况 CO2 和 0 90 g H2O 该有机物相对于氧气的密度为 3 31 1 该有机物的相对分子质量为 分子式为 2 该有机物有如下性质 能使酸性高锰酸钾溶液褪色 不能与溴水发生反应 它发生硝化反应引入 1 个硝基时 产物只有 1 种硝 基化合物 写出该有机物可能的结构简式 1 2011 课标全国卷 8 分子式为 C5H11Cl 的同分异构体共有 不考虑立体异构 A 6 种 B 7 种 C 8 种 D 9 种 2 2011 北京理综 28 常用作风信子等香清的定香剂 D 以及可用作安全玻璃夹 层的高分子化合物 PVB 的合成路线如下 醛与二元醇 如 乙二醇 可生成环状缩醛 1 A 的核磁共振氢谱有两种峰 A 的 2 A 与合 成 B 的化学方程式是 3 C 为反式结构 由 B 还原得到 C 的结构式是 4 E 能使 Br2 的 CCl4 溶液褪色 N 由 A 经反应 合成 a 的反应试剂和条件是 b 的反应类型是 c 的化学方程式是 5 PVAc 由一种单体经加聚反应得到 该单体的结构简式是 6 碱性条件下 PVAc 完全水解的化学方程式是 3 2011 浙江理综 29 白藜芦醇属二苯乙烯类多酚化合物 具有抗氧化 抗癌 和预防心血管疾病的作用 某课题组提出了如下合成路线 已知 根据以上信息回答下列问题 1 白藜芦醇的分子式是 2 C D 的反应类型是 E F 的反应类型是 3 化合物 A 不与 FeCl3 溶液发生显色反应 能与 NaHCO3 反应放出 CO2 推测其 核磁共振氢谱 1H NMR 中显示有 种不同化学环境的氢原子 其个数比为 4 写出 A B 反应的化学方程式 5 写出化合物 D E 的结构简式 D E 6 化合物有多种同分异构体 写出符合下列条件的所有同 分异构体的结构简式 能发生银镜反应 含苯环且苯环上只有两种不同化学环境的氢原子 重要的有机化合物 一 重要的有机化合物 二 典例导悟 1 B 首先判断对称面 和 无对称面 和 有镜面对称 只需看其中一 半即可 然后 看是否有连在同一碳原子上的甲基 中有两个甲基连在同一 个碳原子上 六个氢原子等效 中也有两个甲基连在同一碳原子上 加上镜 面对称 应有十二个氢原子等效 最后用箭头确定不同的氢原子可知 有 7 种 同分异构体 和 都只有 4 种同分异构体 有 8 种同分异构体 2 B 该烃的分子中苯环上的氢原子有 6 个可被取代 被二溴取代后 剩下 4 个氢原子 二溴代物同分异构体与四个氢原子的异构是等效的 四个氢原子异 构体与四溴代物异构体是等效的 所以 四溴代物的同分异构体数目与二溴代 物同分异构体数目是相同的 3 C 先写出碳链 共有以下 3 种 4 解析 由题意可知 该苯的同系物的各同分异构体的苯环上都只有一个侧链 在写其同分异构体时 可以把苯环看作是 C5H12 的一个取代基 这样只要写出 C5H12 的同分异构体 此题就可解决了 5 1 A D 2 B 解析 首先要看出 C 式中右上边的环不是苯环 因有一个碳原子连有 2 个氢原 子 其次在连在一条线上的 3 个苯环画一条轴线 如下图 再移动或翻转便可 看出 A D 与 式等同 为同一物质 B 与 式结构不同 另两 个苯环分别在轴线的两侧 故为同分异构体 6 1 106 C8H10 2 解析 本题结合有机物的不饱和度和化学性质考查有机物结构简式的确定 1 该有机物中碳元素的质量为 12 g mol 0 96 g 氢元素的质量 1 792 L 22 4 L mol 2 g mol 0 1 g 因此该有机物只含 C H 两种元素 N C N H 0 90 g 18 g mol 8 10 其实验式为 C8H10 该有机物相对于氧气的密度为 3 31 0 96 12 0 1 1 则其相对分子质量为 32 3 31 106 故其分子式为 C8H10 2 C8H10 的不饱和度 4 由于不能与溴水发生反应 则不可能 2 8 2 10 2 含双键或三键 根据能发生硝化反应 其分子中含有苯环 产物只有 1 种硝基 化合物 则只能为 专题集训区 1 C 分子式为 C5H12 的烷烃有正戊烷 异戊烷和新戊烷三种同分异构体 其 中正戊烷的一氯代物有 CH3CH2CH2CH2CH2Cl CH3CH2CH2CHClCH3 CH3CH2CHClCH2CH3 3 种同分异构体 异戊烷的一氯代物有 CH3 2CHCH2CH2Cl CH3 2CHCHClCH3 CH3 2CClCH2CH3 CH2ClCH CH3 CH2CH3 4 种 同分异构体 新戊烷的一氯代物只有一种 为 CH3 3CCH2Cl 总共有 8 种 C 正 确 2 1 乙醛 2 CH3CHO H2O 稀NaOH 3 4 a 稀 NaOH 加热 b 加成 还原 反应 c 2CH3 CH2 3OH O22CH3 CH2 2CHO 2H2O Cu 5 CH3COOCH CH2 解析 1 由 A 的分子式 C2H4O 及核磁共振氢谱有两种峰可知 A 为乙醛 2 结合信息可知 A 到 B 需要的条件为稀氢氧化钠 加热 与信息中的条件一致 得出反应 4 由 PVB 的结构可知 A 到 E 增长了碳链 同时 E 还可使溴的四氯化碳溶液褪色 同时可知 E 中存在碳碳双键 则 E 为 CH3CH CHCHO F 为 CH3CH2CH2CH2OH N 为 CH3CH2CH2CHO 所以 的反应试剂和条件是稀 NaOH 加热 的反应类型是加成反应 的化学方程式是 2CH3 CH2 3OH O22CH3 CH2 2CHO 2H2O Cu 5 由 M 的结构 CH3COOH 和 PVA 的结构可以推出 PVAc 的单体是 CH3COOCH CH2 6 碱性条件下 PVAc 完全水解的化学方程式是 3 1 C14H12O3 2 取代反应 消去反应 3 4 1 1 2 6 4 解析 1 由白藜芦醇的结构简式可得出分子式 C14H12O3 2 根据 C 和 D 的分子式判断由 C 到 D 少了一个 OH 多了一个 Br 因此是发生 了取代反应 由信息 RCH2BrRCH2CH OH R 可见 D 到 E E Li R CHO H2O 中存在 OH 在浓硫酸加热时可发生消去 并且 F 较 E 分子内少了 2 个 H 和 1 个 O 因此可判断反