高二化学有机化合物的同分异构现象人教实验版知识精讲VIP

高二化学高二化学有机化合物的同分异构现象有机化合物的同分异构现象人教实验版人教实验版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 有机化合物的同分异构现象 1. 了解同分异构现象，理解同分异构体产生的原因。 2. 掌握同分异构体的书写和判断方法。 二. 重点、难点 1. 同分异构体的分类。 2. 同分异构体的判断和书写。 三. 教学过程 复习 1、同系物定义：结构相似，在分子组成上相差一个或多个 CH2原子团的物质互称同系 物。同系物的物理性质具有规律性的变化；同系物的化学性质相似，这是我们学习和掌握 有机物性质的依据。 练习练习在同一系列中，所有同系物都具有（ ） A. 相同的相对分子质量 B. 相同的物理性质 C. 相似的化学性质 D. 相同的最简式 2、同系物的特征： 同系物必须是同类有机物。 同系物必须结构相似，即组成元素相同，官能团种类、个数及连接方式相同，分子 组成通式相同。 组成上相差 CH2的整数倍，整数不为 0。 具有相同通式的有机物除烷烃外，不能以通式相同的作为确定是不是同系物的充分 条件。 如乙烯与环丙烷都符合“CnH2n”通式，组成上也相差“CH2”原子团，但不是同 一类物质，不是同系物。 （一）同分异构现象和同分异构体的定义 1、同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但结构不同，因而产生了性质上的差异， 这种现象叫同分异构现象。 2、同分异构体：具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 练习练习 （1）以下各组属于同分异构体的是 （2）对复杂的有机物的结构，可以“键线式”简化表示。如有机物 CH2=CHCHO 可以简写成。则与键线式为的物质互为同分异构体的是（ ） 小结小结要判断两种结构简式是否互为同分异构体，首先要看分子式是否相等，然后 看结构是否不同。 3、同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同物质。同类同分异构体之间化学性质基 本相同，物理性质因结构不同而不同。 练习练习 下列化合物中沸点最低的是（ ） A. CH3（CH2）4CH3B. CH3（CH2）3CH3 C. CH3CH2CH（CH3）2D. （CH3）2C（CH3）2 4、同系物、同位素、同分异构体、同素异形体比较： 同系物同位素同分异构体同素异形体 研究范围化合物原子化合物单质 相同(似)点结构相似质子数相同分子式相同元素种类相同 不同点组成相差 CH2原子团中子数不同结构不同组成、结构性质不同 练习练习 下列各组物质 O2和 O3 H2、D2、T2 12C 和和 14C CH3CH2CH2CH3 和 (CH3)2CH2CH3 乙烷和丁烷 CH3CH2CH2CH(C2H5)CH3 和 CH3CH2CH2CH(CH3)C2H5 互为同系物的是_， 互为同分异构体的是_， 互为同位素的是_， 互为同素异形体的是_， 是同一物质的是_。 （二）同分异构体的种类 有机物产生同分异构体的本质在于原子的排列顺序不同，在中学阶段主要指下列三种 情况： 1、碳链异构：由于碳原子的连接次序不同而引起的异构现象。如： CH3 CH2 CH2 CH3和 （直链和支链） 2、官能团位置异构：由于官能团的位置不同而引起的异构现象。如： CH2=CHCH2CH3和 CH3CH=CHCH3 3、官能团异类异构：由于官能团的不同而引起的异构现象。如： 单烯烃和环烷烃，分子式通式 CnH2n (n3) CH3CH = CH2 和 单炔烃和二烯烃，分子式通式 CnH2n2 (n4) CH3CH2CCH 和 CH2=CHCH=CH2 苯及苯的同系物和多烯，分子式通式 CnH2n6 (n6) 和 CH2=CHCH=CHCHCH=CH2 饱和一元醇和醚、分子式通式 CnH2n+2O (n2) CH3CH2OH 和 CH3OCH3 饱和一元醛、酮和烯醇，分子式通式 CnH2nO (n3) CH3 CH2 CHO 和 和 CH2=CHCH2OH 3 | 3 CH O CCH 饱和一元羧酸和酯及羟基醛，分子式通式 CnH2nO2 和 和 一元酚、芳醇、芳醚。分子式通式 CnH2n6 (n6) 和、和 （三）同分异构体的书写 1、烷烃同分异构体的书写：烷烃只有碳链异构，书写时要注意写全而不要写重复，一般 可按下列规则书写：主链由长到短，支链由整到散，支链由心到边。 练习练习 写出 C5H12所有同分异构体的结构简式。 （1）先写出最长的碳链：CCCCC 正戊烷 （2）然后拿下一个碳原子，使其成为取代基，根据分子对称性将取代基先连在中心碳 原子上，并依次移动至一端倒数第二个碳原子上，不能加在头和尾上（即 1、4 号碳原子）： （） C | CC 12 CC 34 CC 43 C | CC 21 （3）然后再写少两个碳原子的直链： 把剩下的两个碳原子当作一个支链（一个乙基）加在主链上： （即）与上式相同。名称为异戊 4C | 3C | CCC 21 C | CCCC 4321 烷 再把两个碳原子分成两个支链加在主链上，既可连在一个碳原子上，也可连在两个 碳原子上： 新戊烷。 C | CCC | C 最后根据 C 原子化合价四价的原则，把碳原子的剩余价键用氢原子补上。戊烷有三种 同分异构体。 2、烯烃、炔烃同分异构体的书写：先写出相应的烷烃的碳链异构，结合对称等效，同碳 同基等效，以及形成双键相邻两个碳原子上至少连有一个氢原子、形成三键相邻两个碳原 子上至少连有两个氢原子等因素，在不同的位置放上双键（双键异构） 。当碳原子大于 3 时， 还有环烷烃（类别异构） 。在书写含官能团的同分异构体时，通常可按碳链异构官能团位 置异构官能团异类异构的顺序书写，也可按其它顺序书写，但不管按哪种顺序书写，都 应注意有序思考，防止漏写或重写。 练习练习写出 C5H10所有属于烯烃的同分异构体的结构简式。 （1）先写出相应烷烃的碳链异构的不同碳链： （2）结合对称等效，同碳同基等效，以及 C 原子化合价四价的原则（形成双键相邻 两个碳原子上至少连有一个氢原子、在不同的位置放上双键）分别在各种不同的碳链上考 虑双键的位置异构。写出位置异构： 小结小结在确定同分异构体之前，要先找出对称轴（或面） ，判断等效氢，从而确定同 分异构体数目。对于碳链异构和官能团的位置异构，都重在把握结构的对称性，采用“对称 轴”法确定。有了对称轴之后，只需考虑分子结构中对称轴一侧的支链或官能团的取代位置， 不能超越对称轴至另一侧，但可以在对称轴的轴线的当前位置上。 （3）最后根据各个碳原子都应满足四价，碳原子剩余的价键全部与氢原子相结合，写 出烯烃同分异构体的结构简式。 （4） 总总结结写出异构体结构简式时一般应按下列步骤有序写出： （1）根据分子式先确定可能的官能团异构有几类； （2）在每一类异构中先确定不同的碳链异构； （3）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，写出有 序思维不会混乱。 （4）写出时还要注意避免出现重复或遗漏的现象，还应注意遵循碳原子价数为4， 氧原子价数为 2，氢原子价数为 1 的原则。 3、一元取代物同分异构体的书写： 一元取代物质是指烃分子中氢原子被其它原子或原子团取代后，分子中只含有一个官 能团（碳碳双键或三键除外）的有机物，如一氯代物、一元醇、一元醛、一元羧酸等。判 断烃的一元取代物同分异构体的数目的关键在于找出“等效氢原子”的数目。 “等效氢原子” 是指： 同一碳原子上的氢原子是等效的。如甲烷中的 4 个氢原子等同。 同一碳原子所连相同烃基上的氢原子是等效的。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。 处于对称位置上的氢原子是等效的。如乙烷中的 6 个氢原子等同，2,2,3,3四甲基 丁烷上的 24 个氢原子等同，苯环上的 6 个氢原子等同。 练习练习 进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是（ D ） A. (CH3)2CHCH2CH2CH3 B. (CH3CH2)2CHCH3 C. (CH3)2CHCH (CH3)2 D. (CH3)3CCH2CH3 首先要能快速的把这种缩写的结构简式改写成展开的结构简式，甚至可以写成碳架结 构，然后根据对称性确定其一氯代物异构体数目。不同的异构体的沸点肯定不同。 CCCC C 12345 C 1 A. 2 B. CCC C 123 4 C C 121 C. CCCC C 12 C 11 D. 32 CCCC C 1 C 1 1 （相同的数字代表等效位置） 例题例题式量为 43 的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子，所得芳香烃产物的数目为（ ） A. 3B. 4C. 5D. 6 小结小结1、苯的同系物的同分异构体书写或判断：苯环上连有一个侧链时，考虑侧链的碳 干异构；苯环上连有两个或两个以上的侧链时，既要考虑侧链的碳干异构还要考虑侧链在 苯环上的位置异构。如C8H10的同分异构体有四种： 一个侧链： 两个侧链： 2、苯的一氯代物只有一种（环上的氢原子具有等效性） ，苯的二氯代物有三种（位置异 构） 。 苯的同系物的一氯代物判断要区分清楚是环上的取代还是侧链上的取代还是所有的取 代。 【典型例题典型例题】 例 1. 下列各组物质中，两者互为同分异构体的是： CuSO43H2O 和 CuSO45H2O NH4CNO 和 CO(NH2)2 C2H5NO2和 NH2CH2COOHPu(H2O)4Cl3和Pu(H2O)2Cl22H2OCl A. B. C. D. 分析：分析：同分异构体是分子式相同，但结构不同。CuSO43H2O 和 CuSO45H2O 组成就不 同，肯定不能称为同分异构体；NH4CNO 和 CO(NH2)2分子式相同，但前者是盐，而后者 是尿素，是有机物，结构肯定不同，互为同分异构体；C2H5NO2和 NH2CH2COOH，一个 是硝基化合物，一个是氨基酸，分子式又相同，互为异类异构；Pu(H2O)4Cl3和 Pu(H2O)2Cl22H2OCl 后者中有两分子的水为结晶水而前者没有，所以结构不同，互为 同分异构体。正确选项为 B。 例 2. 进行一氯取代后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是 A. (CH3)2CHCH2CH2CH3 B. (CH3CH2)2CHCH3 C. (CH3)2CHCH(CH3)2 D. (CH3)3CCH2CH3 分析：分析：首先要能快速的把这种缩写的结构简式改写成展开的结构简式，甚至可以写成 碳架结构，然后根据对称性确定其一氯代物异构体数目。不同的异构体的沸点肯定不同。 正确选项为 D。 例 3. 已知丁基共有四种，不必试写，立即可断定分子式为 C5H10O 的醛应有几种 A. 3 种 B. 4 种 C. 5 种 D. 6 种 分析：分析：分子式为 C5H10O 的醛可以看作是丁基上连接一个醛基所得，而丁基只有四种， 所以选 B。 例 4. 甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是： （ ） A. CH3Cl 不存在同分异构体B. CH2Cl2不存在同分异构体 C. CHCl3不存在同分异构体D. CH4中四个价键的键长和键角都相等 分析：分析：甲烷不论是正四面体结构，还是平面正方形结构，CH3Cl、CHCl3都无同分异构 体，故选项 A、C 的理由不充分。若甲烷是平面正方形结构，CH2Cl2存在两种同分异构体： 而实际 CH2Cl2不存在同分异构体，因此假设不合理。若甲烷是正四面体结构，此时 CH2Cl2不存在同分异构体，故选项 B 是正确的。选项 D 也是错误的，因为甲烷不论是正 四面体结构，还是平面正方形结构，CH4中四个价键的键长和键角都相等，故理由不充分。 例 5. 下列分子中的 14 个 C 原子可能处于同一平面的是（ ） 分析：分析：A 中，如下图所示，带星号的这个碳原子与和它所直接相连 1、2、3 这三个碳 原子成三角锥形；B 中苯环两两共边，所以所有原子共面；C 中两个甲基分别和两个苯环 直接相连，苯环间以单键相连，所以所有碳原子有可能共面，有九个碳原子一定共面，但 一定还要注意并不是指所有原子，甲基上的氢原子最多只有一个和碳原子共面；D 中的情 况和 A 中是极其相似的，也是带星号的这个碳原子与和它所直接相连 1、2、3 这三个碳原 子成三角锥形；E 中带星号的这个碳原子与和它所直接相连 1、2、3、4 这四个碳原子构成 了类似甲烷的四面体结构；综上所述，B、C 分子中的 14 个 C 原子有可能处于同一平面， A、D、E 分子中的 14 个 C 原子不可能全部都处于同一平面。答案为：答案为：B、C 例 6. 含有一个叁键的炔烃，氢化后的产物结构简式为：CH3CH2CH(CH3CH2) CH2CH(CH3)CH2CH3，此炔烃可能有的结构简式有（ ） A. 1 种B. 2 种C. 3 种D. 4 种 分析：分析：氢化后的烷烃结构简式为： CH3 CH2 CH CH2 CH CH2 CH3 CH2 CH3 CH3 炔烃的 1 个叁键加氢成烷烃要加 2 个 H2分子，因此加氢后的碳原子上至少应有 2 个氢 原子，符合此要求的只有CH2CH3才可，但由于左端的两个CH2CH3地位相同，因此原 炔烃只能有 2 种，故正确答案为 B。 例 7. 人们使用四百万只象鼻虫和它们的 215 磅粪物，历经 30 多年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 分析：分析：本题看似复杂，其实只要写出四种信息素的分子式，问题即迎刃而解，因四种 信息素的结构各不相同，只要分子式相同的即互为同分异构。答案为答案为 C。 【模拟试题模拟试题】 1. 下列各化学式中，只表示一种纯净物的是（ ） A. C B. C3H8 C. C2H4O D. C3H6 2. 下列各组物质中互为同分异构体的是（ ） A. 1H 与 2H B. O2与 O3 C. 乙烯与丙烯D. 正丁烷与异丁烷 3. 烃的一种同分异构体只能生成一种一氯化物，该烃的结构简式（分子式）可能是： 4. 含有一 个叁键的炔烃，氢化后的产物结构简式为： CH3CH2CH(CH3CH2)CH2CH(CH3)CH2CH3，此炔烃可能有的结构简式有 A. 1 种B. 2 种C. 3 种D. 4 种 5. 分子式为 C3H6C12的有机物，发生一元氯代反应后，可生成 2 种同分异构体，则原 C3H6C12应是（ ） A. 1，3二氯丙烷B. 1，1二氯丙烷 C. 1，2二氯丙烷D. 2，2二氯丙烷 6. 在 C6H14的各种同分异构体中，所含甲基数目和它的一氯取代物的数目与下列叙述相 符的是（ ） A. 2 个CH3，能生成 4 种一氯代物 B. 3 个CH3，能生成 4 种一氯代物 C. 3 个CH3，能生成 5 种一氯代物 D. 4 个CH3，能生成 4 种一氯代物 7. 分子式为的醛的结构有（ ）C HO 510 A. 2 种B. 3 种C. 4 种D. 5 种 8. 一氯取代物的同分异构体有 2 种，二氯取代物的同分异构体有 4 种的烷烃是（ ） A. 乙烷B. 丙烷C. 正丁烷D. 环丁烷 9. 某苯的同系物分子式为 C8H10。若苯环上的氢原子被卤原子取代，生成的一卤代物有 三种异构体，则该苯的同系物可能有（ ） A. 4 B. 3C. 2D. 1 10. 下列各对物质中属于同分异构体的是（ ） A. C 与CB. O2与 O3 12 6 13 6 C. 与D. 与 3 H CH | | CHOH 3 3 H H | | 3 CHCCH 32 CH | 3 CHCHHCCH 3 3 CH CH | | 3 CHCCH 3 3 11. 苏丹红一号（sudan ）是一种偶氮染料，不能作为食品添加剂使用。