同系物和同分异构1

1、 同系物及同分异构体【学习目标】1了解有机化合物数目众多和异构现象普遍存在的本质原因，能准确判断同分异构体及其种类的多少。2能根据分子式正确书写出同分异构体，熟练掌握同分异构体的书写技巧【知识规律总结】【设问】1中学阶段我们已学习过的涉及“同”字的概念主要有哪几个？2同学们能否设计一个表格或方案将这几个概念所涉及的有关内容进行比较？请同学们思考并设计。 一、同系物、同分异构体的概念化学中的“四同”比较概念同位素同素异形体同系物同分异构体研究范围原子单质化合物化合物限制条件质子数相同，中子数不同。同一元素形成的不同种单质结构相似，分子组成相差若干CH2原子团分子式相同，结构不同物理性质物理性质不

2、同物理性质不同物理性质递变物理性质不同化学性质化学性质相同化学性质相同化学性质相似化学性质相似或不同例1下列各对物质中属于同分异构体的是（ ）A612C与613C BO2与O3 【解析】根据定义，易判断：A之间为同位素；B之间为同素异形体；C之间为同一物质；D之间为同分异构体，D为答案。讨论题：1同系物是否必须符合同一通式？举例说明。2通式相同组成上相差若干个CH2原子团是否一定是同系物？3CH3CH2Br与CH3CH2CH2Cl都是卤代烃，且结构相差一个CH2原子团是否是同系物？为什么？4CH3CH2CH3和 ，前者无支链，后者有支链能否互称同系物？5请你概括总结判断同系物的要点。讨论、：1

3、同系物必符合同一通式。如：CH3CHO和CH3COOH，前者符合CnH2nO的通式，后者符合CnH2nO2的通式，故它们不是同系物。2通式相同不一定是同系物，必须是同一类物质。例如：CH2=CH2与 虽都符合CnH2n通式，但它们分别属于烯烃和环烷烃结构不相似，不是同系物。3同系物组成元素相同。例如：CH3CH2Br与CH3CH2CH2Cl虽都符合CnH2n+1；X的通式，C、H原子数又相差一个CH2原子团，同属卤代烃，但因原子不同，即组成元素不同，故不是同系物。4同系物结构相似但不一定完全相同。例如：CH3CH2CH3和 ，虽前者无支链而后者有支链，结构不尽相同，但两者碳原子均以单键结合成链

4、状，结构相似，属于同系物。5二、 同系物的判断规律1 一差（分子组成差一个或若干个CH2）2 二同（同通式，同结构）3 三注意（1） 必为同一类物质（2） 结构相似（有相似的原子连接方式或相同的官能团种类和数目）（3） 同系物间物理性质不同化学性质相同因此，具有相同通式的有机物除烷烃外都不能确定是不是同系物。三 、同分异构体1.同分异构体的种类(1)碳链异构(2)官能团位置异构(3)类别异构(官能团异构)有机物分子通式与其可能的类别如下表所示：2.同分异构体的书写规律书写时，要尽量把主链写直，不要写得歪扭七八的，以免干扰自己的视觉；思维一定要有序，可按下列顺序考虑：(1)主链由长到短，支链由整

5、到散，位置由心到边，排列邻、间、对。(2)按照碳链异构位置异构官能团异构的顺序书写，也可按官能团异构碳链异构位置异构的顺序书写，不管按哪种方法书写都必须防止漏写和重写。(书写烯烃同分异构体时要注意是否包括“顺反异构”)(3)若遇到苯环上有三个取代基时，可先定两个的位置关系是邻或间或对，然后再对第三个取代基依次进行定位，同时要注意哪些是与前面重复的。四 、同分异构体的书写方法1 降碳对称法：（适用于碳链异构）1） 将分子写成直链，2） 从直链上去掉一个碳原子，当成甲基，依次连在剩余碳链中心对称线的一侧的各个碳原子上，3） 再从主链上去掉一个碳，可形成乙基，或两个甲基，依次连在剩余碳链中心对称线的

6、一侧的各个碳原子上。（注意：两个甲基有栾位，邻位，和间位三种位置关系）2、取代法（适用于醇，卤代烃异构）先写碳链异构，后位置异构，如书写分子式C4H10O的醇的同分异构体，可写丁烷的碳链异构，然后用羟基取代氢原子，依次写出四种醇的结构（位置异构）3、插入法（适用于烯烃、炔烃、醚，酯等）先根据给定的碳原子数，写出烷烃的碳链异构题，再将官能团插入碳链中。五 、分异构体数目的判断方法1 同分异构体的判断方法1.记忆法：记住已掌握的常见的异构体数。例如：(1)凡只含一个碳原子的分子均无同分异构；甲烷、乙烷、 新戊烷（看作CH4的四甲基取代物）、2,2,3,3四甲基丁烷（看作乙烷的六甲基取代物）、苯、环

7、己烷、 乙炔、 乙烯等分子一卤代物只有一种;(2)丁烷、丁炔、丙基、丙醇有2种；(3)戊烷、戊炔有3种；(4)丁基、丁烯(包括顺反异构)、C8H10(芳香烃)有4种；(5)己烷、C7H8O(含苯环)有5种；(6)C8H8O2的芳香酯有6种；(7)戊基、C9H12(芳香烃)有8种。2 基元法 例如：丁基有4种，丁醇、丁醛都有4种；3 替代（元）法 例如：C6H4Cl2有3种,C6H2Cl4有3种(将H替代Cl)；4 对称法（又称等效氢法） 判断方法如下：（1） 同一C 原子上的氢原子是等效的；（2） 同一C 原子所连甲基上的氢原子是等效的；(3)处于镜面对称位置上的氢原子是等效的(相当于平面成像

8、时物与像的关系)。5 定一议二一元取代物数目等于H的种类数；二元取代物数目可按“定一移一，定过不移”判断（对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定异构取代基的位置，再移动另一个取代基，以确定同分异构体的数目）【经典题型】 题型一：确定异构体的数目 例1(2013·新课标全国卷)分子式为C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有() A15种 B28种 C32种 D40种解析分子式为C5H10O2的酯可能是HCOOC4H9、CH3COOC3H7、C2H5COOC2H5、C3H7COOCH3，其水解得到的醇分别是C4H9OH(有4

9、种)、C3H7OH(有2种)、C2H5OH、CH3OH，水解得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH、CH3CH2COOH、C3H7COOH(有2种)。C4H9OH与上述酸形成的酯有4444×220种；C3H7OH与上述酸形成的酯有2222×210种；C2H5OH、CH3OH与上述酸形成的酯都是1111×25种，以上共有40种。答案D酯类物质同分异构体的书写方法书写酯类物质的同分异构体时，可采用逐一增加碳原子的方法。如C8H8O2含苯环的属于酯类的同分异构体为甲酸某酯：，、(邻、间、对)乙酸某酯： 苯甲酸某酯： 演练1(2013·大纲全国卷)某单官能团有

10、机化合物，只含碳、氢、氧三种元素，相对分子质量为58，完全燃烧时产生等物质的量的CO2和H2O。它可能的结构共有(不考虑立体异构)()A4种B5种 C6种 D7种解析：选B由于该有机物完全燃烧时产生等物质的量的CO2和H2O，所以分子中C和H的原子个数比为12，再结合该分子的相对分子质量可得其分子式为C3H6O。又由于是单官能团有机化合物，所以它可能的结构有：CH3CH2CHO、CH3COCH3、，共5种，B项正确。 演练2 某烃的一种同分异构只能生成1种一氯代物，该烃的分子式可以是（ ） AC3H8 BC4H10 CC5H12 DC6H14解析：分析 C3H8 、C4H10、C6H14各种结

11、构，生成的一氯代物不只1种。从CH4、C2H6的一氯代物只有1种，得出正确答案为C。 题型二：列举同分异构的结构例3 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去水缩合的产物问：（1）对位上有一个C4H9的苯胺可能有4个同分异构体，它们是_、_、_、_。（2）醛A的异构体甚多。其中属于酯类化合物，而且结构式中有苯环结构的同分异构体就有6个，它们是_、_、_、_、_、_。解析 ：（1）无类别异构、位置异构之虑，只有C4H9的碳架异构；（2）题中有两个条件：属于酯类化合物且结构中含有苯环，不涉及类别异构。通过有序的思维来列举同分异构体可以确保快速、准确。可以

12、按类别异构到碳链异构再到官能团或取代基位置异构的顺序进行有序的列举，同时要充分利用“对称性”防漏剔增答案：（1） ， ， （2） ， ， ， 题型三：限定条件下同分异构体的书写 限定范围书写和补写，解题时要看清所限范围，分析已知几个同分异构体的结构特点，对比联想找出规律补写，同时注意碳的四价原则和官能团存在位置的要求。(1)具有官能团的有机物。一般的书写顺序：碳链异构官能团位置异构官能团类别异构。(2)芳香族化合物同分异构体。烷基的类别与个数，即碳链异构。若有2个侧链，则存在邻、间、对三种位置异构。例3(2012·浙江高考)写出同时满足下列条件的D(C4H6O2)的所有同分异构体的结

13、构简式(不考虑立体异构)_ 。a属于酯类 b能发生银镜反应解析：有酯结构且具有醛基的物质应该是甲酸酯，因此可得D有：、题型四：测试同分异构体的变通策略 例 4 已知萘的n溴代物和m溴代物的种数相等，则n与m（n不等于m）的关系是 A n+m=6 B n+m=4 C n+m=8 D 无法确定 解析： 解题过程中要避免犯策略性错误，就要见机而行，变“正面强攻”为“侧翼出击”，转换思维角度和思维方向。正确思路是：从萘的分子式C10H8出发，从分子中取代a个H（C10H8-a Bra）与取代8-a个H(C10HaBr8-a)的同分异构体的种数相等，故n+m=a+(8-a)=8,选C。 解答本题的策略在

14、于“等价”变通，如CHCl3与CH3Cl、CH2=CHCl与CCl2=CHCl、C9H19OH（醇类）与C9H19Cl等等同分异构体的种数相等。解题思维策略对完成条件向结果转化和实现解题起着关键性的作用。策略性错误主要是指解题方向上的偏差，造成思维受阻或解题过程中走了弯路。对于高考来说，费时费事，即便做对了，也有策略性错误。 题型五：由加成产物确定不饱和有机物异构体数 例 5 某有机物与H2按1：1物质的量比加成后生成的产物结构为： CH3 CH3CHCH2CHCCH2CH3 OH CH3 OH 则该有机物可能的结构有（ ）种（羟基与碳碳双双键的结构不稳定）。解析 ：某有机物与H2按1：1物质

15、的量比加成说明原来的有机物为烯烃，又由C的四价原则，双键位置的情况有3种，再考虑酮的存在情况。答案是4种。 该题的特点是：已知某不饱和有机物加成后产物结构，确定原不饱和有机物的同分异构体的种数。解此类题的关键是：抓住加成反应的特点即反应前后碳链结构不变，确定不饱和键（双键、叁键）的可能位置，进而得到有机物的结构及种数。例6 已知 和 互为同分异构体（称作“顺反异构体”），则化学式为C3H5Cl的链状的同分异构体共有（）A3种B4种 C5种D6种答案B解析： ， 例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

16、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 DC6H5CHOCH3 解析、：A无手性碳原子；B有手性碳原子 存在对映异构体。C无手性碳原子；D有手性碳原子 存在对映异构体。答案：B、D2014年全国各地高考题中同分异构题集锦1.（2014新课标理综）下列化合物中同分异构体数目最少的是(  )A戊烷  B戊醇    C戊烯     D乙酸乙酯2.（2014新课标2）8、四联苯的一氯代物有(  ) A、3种 B、4种 C、5种 D、6种3.（ 2014

17、山东）11苹果酸的结构简式为HOOCCH(OH)CH2COOH，下列说法正确的是 (  )A苹果酸中能发生酯化反应的官能团有2种 B1mol苹果酸可与3mol NaOH发生中和反应 C1mol苹果酸与足量金属Na反应生成生成1mol H2 DHOOCCH2CH(OH)COOH与苹果酸互为同分异构体4. （ 2014福建）下列关于乙醇的说法不正确的是(  ) A可用纤维素的水解产物制取 B.可由乙烯通过加成反应制取C与乙醛互为同分异构体 D.通过取代反应可制取乙酸乙酯5（ 2014广东）生活中处处有化学。下列说法正确的是(  )A制饭勺

18、、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金B做衣服的棉和麻均与淀粉互为同分异构体C煎炸食物的花生油和牛油都是可皂化的饱和酯类D磨豆浆的大豆富含蛋白质，豆浆煮沸后蛋白质变成了氨基酸6.（ 2014天津）对下图两种化合物的结构或性质描述正确的是(  )A不是同分异构体B分子中共平面的碳原了数相同C均能与溴水反应D可用红外光谱区分，但不能用核磁共振氢谱区分7. （ 2014浙江）下列说法正确的是(  )A乳酸薄荷醇酯( )仅能发生水解、氧化、消去反应B乙醛和丙烯醛( )不是同系物，它们与氢气充分反应后的产物也不是同系物C淀粉和纤维素在酸催化下完全水解后的产物都是葡萄糖DC

19、H3COOCH2CH3与CH3CH2COOCH3互为同分异构体，1HNMR谱显示两者均有三种不同的氢原子且三种氢原子的比例相同，故不能用1HNMR来鉴别答案1 A 试题分析：A戊烷有三种同分异构体；B、戊醇中共有8种同分异构体；C、戊烯的同分异构体有共有9种。D、乙酸乙酯的同分异构体6种。可见同分异构体数目最少的是戊烷。选项为A。2 C解析推断有机物一氯代物的种数需要找中心对称轴，四联苯是具有两条对称轴的物质，即，在其中的一部分上有几种不同的氢原子(包括对称轴上的氢原子)，就有几种一氯代物，四联苯有5种不同的氢原子，故有5种一氯代物。 3 A试题分析：A、苹果酸中能发生酯化反应的官能团为羧基和

20、羟基，为2种，正确；B、苹果酸分子含有2个羧基，所以1mol苹果酸可与2mol NaOH发生中和反应，错误；C、羧基和羟基都可以与Na反应生成氢气，所以1mol苹果酸与足量金属Na反应生成生成1.5mol H2，错误；D、HOOCCH2CH(OH)COOH与苹果酸为同一种物质，错误。选项为A4 C5 A试题分析：A、不锈钢主要是铁、碳合金，正确；B、棉、麻、淀粉都属于多糖，是高分子化合物，其分子的聚合度不同，所以不能互为同分异构体，错误；C、花生油是液态油，其成分主要是不饱和酯，而牛油是固态油，其成分主要是饱和酯，错误；D、豆浆加热煮沸属于蛋白质的变性而不是发生了水解反应生成氨基酸，错误，答案

21、选A。6 C试题分析：A、二者分子式都是C10H14O相同，而结构不同，所以二者是同分异构体，错误；B、第一种物质含有苯环，8个C原子共面，第二种物质含有碳碳双键，7个C原子共面，错误；C、第一种物质含有酚羟基，可与溴水发生取代反应，第二种物质含有碳碳双键，可与溴水发生加成反应，正确；D、两种有机物H原子位置不同，可用核磁共振氢谱区分，错误。7 C试题分析：乳酸薄荷醇酯，有酯键可水解，含有-OH，可以氧化和消去。淀粉和纤维素在酸催化下完全水解后的产物不一定是最终产物，故不一定是葡萄糖。CH3COOCH2CH3与CH3CH2COOCH3互为同分异构体，1HNMR谱显示两者均有三种不同的氢原子且三

22、种氢原子的比例相同，但在1HNMR中的位置不同，可用来鉴别它们。【随堂作业】1下列化学式中，只表示一种纯净物的是（ ） AC BC3H8 CC2H4O DC3H6 2当今化学界关注的热点之一的C60，它可以看成是金刚石的 （ ）A同素异形体 B同分异构体 C同位素 D同系物 3某烃的一种同分异构体只能生成一氯代物，该烃的分子式可以是（ ）AC3H8BC4H10 CC5H12DC6H144下列叙述中，不正确的是（ ）A金刚石和石墨互为同素异形体 BO2和O3互为同位素C油酸和丙烯酸是同系物 D氨基乙酸和硝基乙烷互为同分异构体5下列各组物质中既不是同分异构体又不是同素异形体、同系物或同位素的是 （

23、）AHCOOC2H5 CH3CH2COOH B CO2、O3 DH、D、T6某烷烃一个分子中含有9个碳原子，其一氯代物只有两种，这种烷烃的名称是 （）A正壬烷 B2，6-二甲基庚烷C2，2，4，4-四甲基戊烷 D2，3，4-三甲基己烷7已知有机物A的结构为 ，可发生硝化反应，则产生的硝基化合物可能有 （ ） A4种 B5种 C6种 D7种8有机物A的结构简式为 ，它的同分异构体中属于芳香族化合物的结构共有 （ ）A2种 B3种 C5种 D6种9下列各组化合物中，属于同分异构体的是（）A苯和环己烷 B乙醇和乙醚C硝基乙烷和氨基乙酸 D丙醛和丙醇10化学式为C4H9NO2的化合物的同分异构体中，属

24、于氨基酸的有A3种 B4种 C5种 D6种11 下列各对物质：葡萄糖，甘油；蔗糖，麦芽糖；淀粉，纤维素；氨基乙酸，硝基乙烷；苯甲醇，2甲基苯酚。其中互为同分异构体的是（ ）A BCD12相对分子质量为100的烷烃，主链上有5个碳原子的同分异构体有（ ）。A3种 B4种 C5种 D6种13通常，烷烃可以由相应的烯烃经催化加氢得到。但是，有一种烷烃A，分子式C9H20，它却不能由任何C9H18的烯烃催化加氢得到。而另有A的三个同分异构体B1、B2、B3，却分别可由而且只能由1种自己相应的烯烃催化加氢得到。A、B1、B2、B3的结构简式如下（请填空）A： ； B1 ； B2 ； B3 ；答案1B2A

25、3C4B5B 6C7B8C9BC10C11.D12.C13A、 CH3 CH3| |CH3CCH2CCH3| | CH3 CH3 B1、 CH3 CH3| |CH3CCCH2CH3| | CH3 CH3B2、 CH2CH3 | CH3CH2CCH2CH3| CH2CH3 B2、 CH3 CH3 CH3| | |CH3CHCCHCH3 | CH31下列各组物质中互为同分异构体的是 （ ）A1H与2H BO2与O3 C乙烯与丙烯 D正丁烷与异丁烷2. 下列各组物质中一定互为同系物的是 （ ）ACH4、C3H8 B C2H4、C3H6 C C2H2、C6H6 D C2H2、C6H63下列各组物质中，

26、互为同系物的是 （ ） A OH与 CH3 BHCOOCH3 与CH3COOH C CH=CH2 与CH3CH=CH2 DC6H5OH与C6H5CH2OH 4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 可以简写成 。则与键线式为 的物质互为同分异构体的是 （ ） A OCH2CH3 B CHOC COOH DHO CH35速效感冒冲剂的主要成分之一为“对乙酰氨基酚”，其结构简式如下所示，有关它的叙述不正确的是 （ ） CH3CONH OHA能溶于热水 B在人体内能水解 C1mol对乙酰氨基酚与溴水反应时最多消耗Br24molD与对硝基乙苯互为同系物2009专题同

27、 分 异 构 体 【典型例题】例 下列化学式所表示的化合物中，具有两种或两种以上同分异构体的有（）ACH2O2 BCH2Cl2 CC7H8O DC2H5NO2例 分子式为C3H6O3的物质有多种同分异构体，请写出符合下列要求的各种同分异构体的结构简式。说明：不考虑同一碳原子上连两个羟基；乙炔、苯等分子中同类原子化学环境相同，丙烷、丁烷等分子中同类原子化学环境有两种。 （1）甲分子中没有甲基，且1 mol甲与足量金属Na反应生成1mol H2，若甲还能与NaHCO3溶液反应，则甲的结构简式为 ；若甲还能发生银镜反应，则甲的结构简式为 。 （2）乙分子中所有同类原子的化学环境相同，且不与金属Na反

28、应，则乙结构简式为： 。 （3）丙分子中碳与氧分别有两种化学环境，氢的化学环境相同，且丙与金属Na不反应，则丙结构简式为 。答案：（1）HOCH2CH2COOH、CH2OHCH2（OH）CHO（2） CH2O / O CH2 /CH2O （3）CH3OCOOCH3【课堂练习】1 下列各对物质：葡萄糖，甘油；蔗糖，麦芽糖；淀粉，纤维素；氨基乙酸，硝基乙烷；苯甲醇，2甲基苯酚。其中互为同分异构体的是（ ）A BCD2下列有机物的一氯取代物的同分异构体数目相等的是 （ ）(1)(2)(3)(4)A(1)(2) (2)(3) (3)(4) (2)(4)【课后习题】1 有一环状化合物C8H8，它不能使溴的CCl4溶液褪色；它的分子中碳环上的1个氢原子被氯取代后的有机生成物只有一种。这种环状化合物可能是 (C)2相对分子质量为100的烷烃，主链上有5个碳原子的同分异构体有（ ）。A3种 B4种 C5种 D6种3由