专题突破 常见有机物同分异构体的书写教学设计 2021-2022学年高二化学上学期鲁科版（2019）选择性必修3

专题突破常见有机物同分异构体的书写1.同分异构体的书写与数目判断技巧(1)烃基连接法:甲基、乙基均有1种,丙基有2种,丁基有4种。如:丁醇有4种,C4H9Cl有4种。(2)换元法:如C2H5Cl与C2HCl5均有1种。(3)等效氢法:有机物分子中有多少种等效氢原子,其一元取代物就有多少种,从而确定同分异构体的数目。分子中等效氢原子有如下情况:①分子中同一碳原子上的氢原子等效。②同一个碳原子上的甲基上的氢原子等效。③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时)上的氢原子是等效的。(4)定一移一法:分析二元取代物的方法,先固定一个取代基的位置,再移动另一取代基的位置,从而可确定同分异构体的数目。如分析C3H6Cl2的同分异构体,先固定其中一个Cl的位置,再移动另外一个Cl。2.芳香族化合物同分异构体数目的确定(1)若取代基在苯环上的位置一定,但取代基种类不确定,同分异构体数目的多少是由取代基的种数决定的,此时分析的重点是苯环上的取代基,如C6H5—C4H9,因为丁基有四种不同的结构,故该烃有四种同分异构体。(2)若取代基种类一定,但位置不确定时,可按下述方法处理:当苯环上只有两个取代基时,取代基在苯环上的位置有邻、间、对三种;当有三个取代基时,这三个取代基有“连、偏、均”三种位置关系(如、、,R表示取代基,可以相同或不同)。3.酯类同分异构体的确定将酯分成RCOO—和—R'两部分,再按上述方法确定R—和R'—的同分异构体数目,二者数目相乘即得每类酯的同分异构体数目,最后求总数。如C4H8O2属于酯的同分异构体数目的思考程序如下:HCOOC3H7(丙基2种)1×2=2种CH3COOC2H5(甲基1种,乙基1种)1×1=1种C2H5COOCH3(乙基1种,甲基1种)1×1=1种同分异构体共有4种。【典例1】(2019·全国卷Ⅱ)分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)()A.8种B.10种C.12种D.14种【变式】(1)若将题目中的Br原子改为H原子,有机物共有几种(不含立体异构)?(2)若将题目中的Br原子改为Cl原子,有机物共有几种(不含立体异构)?【典例2】(2021·天水高二检测)有机物X的蒸气相对氢气的密度为51,X中碳、氢、氧的质量之比为30∶5∶16,它属于酯类的同分异构体有m种,属于羧酸的同分异构体有n种(不考虑立体异构),则n、m分别是 ()A.8、7B.9、4C.4、9D.6、10【变式】(1)若此有机物X能与NaOH溶液反应,则有机物X共有几种?(2)若此有机物X在酸性条件下发生水解反应生成B和C,在相同温度和压强下,等质量的B和C的蒸气所占体积相同,则X的结构可能有几种?【题组过关训练】1.(双选)(2021·衡水高二检测)某有机物A的分子式为C4H8O2,下列有关分析正确的是 ()A.若A遇稀硫酸能生成两种有机物,则A的结构有4种B.若A遇NaHCO3溶液有气体生成,则A的结构有4种C.若A分子中有两个连在不同碳原子上的羟基,则A的结构有5种D.若A有特殊香味且不溶于水,则A的结构有4种2种,故B错误;若A分子中有两个连在不同碳原子上的羟基,烯醇不稳定,则A的结构有、、、、、、、、9种,故C错误;若A有特殊香味且不溶于水,说明该物质中含有酯基,由A分析,同分异构体有4种,故D正确。2.(2021·泉州高二检测)分子式为C9H10O2,能与NaHCO3溶液反应放出CO2,且苯环上一氯代物有两种的有机物有(不考虑立体异构) ()A.3种B.4种C.5种D.6种3.芳香族化合物A与互为同分异构体,A苯环上的一氯代物只有一种结构,则A可能的结构有 ()A.5种B.6种C.7种D.8种4.(2021·深圳高二检测)(1)符合下列3个条件的的同分异构体有________种。①与FeCl3溶液发生显色反应;②苯环上只有两个取代基;③1mol该物质最多消耗3molNaOH,其中氢原子共有五种不同环境的是________________(写结构简式)。

(2)同时满足下列条件:①与FeCl3溶液发生显色反应;②苯环上有两个取代基、含的的同分异构体有________种(不包括立体异构);其中核磁共振氢谱为4组峰、能水解的物质的结构简式为________。

答案解析【典例1】(2019·全国卷Ⅱ)分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)()A.8种B.10种C.12种D.14种【解析】选C。C4H8BrCl的同分异构体共有12种,如下:(1)碳链:C—C—C—C①Br、Cl处于同一碳原子上(2种):、;②Br、Cl处于相邻碳原子上(3种):、、;③Br、Cl处于间位碳原子上(3种):、、;(2)碳链:①Br、Cl处于同一碳原子上(1种):;②Br、Cl处于相邻碳原子上(2种):、;③Br、Cl处于间位碳原子上(1种):。【变式】(1)若将题目中的Br原子改为H原子,有机物共有几种(不含立体异构)?提示:4种。将题目中的Br原子改为H原子,即有机物的分子式为C4H9Cl,而C4H9—有4种结构,因此C4H9Cl有4种。(2)若将题目中的Br原子改为Cl原子,有机物共有几种(不含立体异构)?提示:9种。C4H8Cl2的同分异构体可以采取“定一移一”法,如下图所示:,由图可知C4H8Cl2共有9种同分异构体。【规律总结】(1)烷烃从丁烷开始出现同分异构现象。(2)常见物质的同分异构体数目:①甲烷、乙烷、新戊烷、2,2,3,3-四甲基丁烷,一卤代物只有一种。②烃基:甲基、乙基的结构只有一种;丙基(—C3H7)的结构有两种,即正丙基、异丙基;丁基(—C4H9)的结构有4种,戊基(—C5H11)的结构有8种。【典例2】(2021·天水高二检测)有机物X的蒸气相对氢气的密度为51,X中碳、氢、氧的质量之比为30∶5∶16,它属于酯类的同分异构体有m种,属于羧酸的同分异构体有n种(不考虑立体异构),则n、m分别是 ()A.8、7B.9、4C.4、9D.6、10【解析】选C。有机物X的蒸气相对氢气的密度为51,则该有机物的相对分子质量为102,X中碳、氢、氧的质量之比为30∶5∶16,则分子中含有C、H、O三种原子的个数之比是eq\f(30,12)∶eq\f(5,1)∶eq\f(16,16)=5∶10∶2,因此结合相对分子质量可知,该有机物的分子式为C5H10O2。如果其属于酯类,可能为甲酸和丁醇酯化,丁醇有4种,可形成4种酯;可能为乙酸和丙醇酯化,丙醇有2种,可形成2种酯;可能为丙酸和乙醇酯化,丙酸有1种,可形成1种酯;可能为丁酸和甲醇酯化,丁酸有2种,可形成2种酯,所以有9种酯;如果属于饱和一元酸,其同分异构体等于丁基的种类,共有4种,答案选C。【变式】(1)若此有机物X能与NaOH溶液反应,则有机物X共有几种?提示:13种。能与氢氧化钠溶液反应的有机物可以是羧酸也可以是酯类,因此根据题目的解析得知属于羧酸的有4种,属于酯类物质的有9种,故共有13种。(2)若此有机物X在酸性条件下发生水解反应生成B和C,在相同温度和压强下,等质量的B和C的蒸气所占体积相同,则X的结构可能有几种?提示:2种。有机物X的分子式为C5H10O2,在酸性条件下发生水解反应生成B和C,则X为饱和一元酯;在相同温度和压强下,等质量的B和C的蒸气所占体积相同,则B和C的相对分子质量相等,说明X是由分子中含有3个碳原子的饱和一元醇和含有2个碳原子的饱和一元羧酸形成的;分子中含有3个碳原子的饱和一元醇有2种(1-丙醇和2-丙醇),分子中含有2个碳原子的饱和一元羧酸只有1种(乙酸),所以X的结构可能有2种。【规律总结】分子中的碳原子数为n(n>1)的饱和一元醇与碳原子数为(n-1)的饱和一元羧酸的相对分子质量相等。【题组过关训练】1.(双选)(2021·衡水高二检测)某有机物A的分子式为C4H8O2,下列有关分析正确的是 ()A.若A遇稀硫酸能生成两种有机物,则A的结构有4种B.若A遇NaHCO3溶液有气体生成,则A的结构有4种C.若A分子中有两个连在不同碳原子上的羟基,则A的结构有5种D.若A有特殊香味且不溶于水,则A的结构有4种【解析】选A、D。该分子中不饱和度=QUOTE4×2+2-82eq\f(4×2＋2－8,2)=1,说明该分子中可能含有一个碳碳双键或碳氧双键。若A在稀硫酸催化下加热进行反应能生成两种有机物,说明A是酯,可能是甲酸丙酯、甲酸异丙酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯,所以同分异构体有4种,故A正确;能和碳酸氢钠反应生成气体,说明含有羧基,可能是丁酸、2-甲基丙酸,同分异构体有2种,故B错误;若A分子中有两个连在不同碳原子上的羟基,烯醇不稳定,则A的结构有、、、、、、、、9种,故C错误;若A有特殊香味且不溶于水,说明该物质中含有酯基,由A分析,同分异构体有4种,故D正确。2.(2021·泉州高二检测)分子式为C9H10O2,能与NaHCO3溶液反应放出CO2,且苯环上一氯代物有两种的有机物有(不考虑立体异构) ()A.3种B.4种C.5种D.6种【解析】选B。能与NaHCO3溶液反应放出CO2气体,说明分子中含有羧基。苯环上的一氯代物有两种,说明苯环上至少含有2个取代基。如果含有2个取代基,则可以是—CH2CH3和—COOH,或—CH3和—CH2COOH,且位置只能是对位;如果含有3个取代基,则应该是2个甲基、1个羧基,其结构简式可以是或,所以共计是4种。3.芳香族化合物A与互为同分异构体,A苯环上的一氯代物只有一种结构,则A可能的结构有 ()A.5种B.6种C.7种D.8种【解析】选C。根据题意知,苯环上只有1种氢原子,则苯环上的取代基具有高度对称性,符合条件的结构有、、、、、、,共7种,故本题选C。4.(2021·深圳高二检测)(1)符合下列3个条件的的同分异构体有________种。①与FeCl3溶液发生显色反应;②苯环上只有两个取代基;③1mol该物质最多消耗3molNaOH,其中氢原子共有五种不同环境的是________________(写结构简式)。

(2)同时满足下列条件:①与FeCl3溶液发生显色反应;②苯环上有两个取代基、含的的同分异构体有________种(不包括立体异构);其中核磁共振氢谱为4组峰、能水解的物质的结构简式为________。

【解析】(1)同分异构体符合下列条件:①与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基;②苯环上只有两个取代基;③1mol该物质最多消耗3molNaOH,说明另一个取代基为,该取代基为CH3CH2CH2COO—、(CH3)2CHCOO—,这两种取代基都与酚羟基有邻、间、对3种位置