2023版高三一轮总复习化学鲁科版教案：第8章 第46讲 同分异构体与共面、共线问题分析(能力课)

第46讲同分异构体与共面、共线问

题分析(能力课)

电复习目标

1.了解同分异构体的书写和数目的确定。

2.掌握限定条件下的同分异构体的书写规律与方法。

3.掌握有机物分子中共线、共面原子数目的分析。

考点一同分异构体的书写与数目的确定

・突破鲤g_______________________

1.同分异构体的书写

⑴同分异构体的分类与书写顺序

碳链异构----＞官能团位置异构-----＞官能团类别异构

c—c—c—C与C—＜—c—C与

「r,、ICH3cH/)H与

CH式)CH,

CCCC—C—OH

⑵几种异类异构体

①C"H2"(〃23)：烯燃和环烷燃。

②C,H2,L2(〃24)：二烯燃和焕；

③C“H2"+2O522)：饱和一元醇和饱和一元酸。

④C"H2"O(〃23)：饱和一元醛、烯醇和环氧烷、饱和一元酮。

⑤C"H2"O2(〃，2)：饱和一元竣酸、饱和一元较酸与饱和一元醇形成的酯等。

⑥C“H2"+IC)2N(〃N2)：氨基酸、硝基烷。

⑶芳香族化合物异构体书写

①若苯环上连有2个取代基，其结构有邻、间、对3种。

②若苯环上连有3个相同的取代基，其结构有3种。

③若苯环上连有一X、一X、一Y3个取代基，其结构有6种。

④若苯环上连有一X、一Y、一Z3个不同的取代基，其结构有10种。

2.同分异构体数目的确定

（1）一元取代产物数目的判断

①等效氢原子法：连在同一碳原子上的氢原子等效；连在同一碳原子上的

甲基上的氢原子等效；处于对称位置的氢原子等效。

如CH：,一CH—CH—CH—CH的一氯代烷有3种。

CH：iCH3

②烷基种数法：烷基有几种，一元取代产物就有几种。如一CH3、一C2H5

各有1种，一C3H7有2种，一C4H9有4种。

如C4H10O的醇有4种，C5HIO02的较酸有4种。

（2）替代法

如二氯苯C6H4a2的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种（将

C1替代H）o

⑶二元取代（或多元取代）产物数目的判断

定一移一（或定二移一）法：对于二元取代物同分异构体数目的判断，可固定

一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。

如0HHO的二氯代物有12种。

（4）叠加相乘法

先考虑取代基的种数，后考虑位置异构的种数，相乘即得同分异构体的总

数目。分情况讨论时，各种情况结果相加即得同分异构体的总数目。

CH:t

如d的苯环上氢原子被一C4H9取代所形成的结构有12种。

⑸组合法

A—（m种）与B—（n种）连接形成A—B结构有mXn种

如C5H10O2的酯：HCOO—与C4HL形成的酯有1义4=4种；CH3COO—

与C3H7—形成的酯有1X2=2种；

C2H5COO—与C2H5—形成的酯有1义1=1种；

C3H7COO—与C%—形成的酯有2义1=2种，共9种。

【典例1】2一甲基丁烷（|）的二氯代物有（不考虑立体异构）（）

A.3种B.9种

C.10种D.6种

C［当两个氯原子取代同一个碳原子上的氢原子时，有

(CH3)2CHCH2cHeL、(CH3)2CHCC12cH3、CHC12cH(CH3)CH2cH3,共3种；

当两个氟原子取代两个碳原子上的氢原子时有(CH3)2CHCHC1CH20、

(CH3)2CC1CH2CH2C1、CH2C1CH(CH3)CH2CH2C1、(CH3)2CC1CHC1CH3、

CH2C1CH(CH3)CHC1CH3^CH2clec1(CH3)CH2cH3、(CH2CD2cHeH2cH3,共

7种，所以共有3+7=10种。］

【典例2】(2021•全国甲卷，T36节选)化合物B

(的同分异构体中能同时满足下列条件的有(填

HO

标号)。

a.含苯环的醛、酮

b.不含过氧键(一O—O—)

c.核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3：2：2：1

A.2个B.3个

C.4个D.5个

［审题指导］

(1)根据要求进行官能团拆分：

化合物B(/O^CSSH)中含有苯环、峻基和羟基，同分异构体中能同

HO

时满足下列条件：含苯环的醛、酮，则把斐基(一COOH)拆分成一CHO和一OH；

核磁共振氢谱显示四组峰，说明有四种不同化学环境的氢原子，峰面积比为

3：2：2：1,说明这四种氢原子的个数比是3：2：2：1,不含过氧键

(—0—0—),说明有机物分子中两个氧原子不能直接以单键形式相连。

(2)根据要求进行碳骨架或者局部支链拼接

根据化合物B的结构简式QCcSSH,把其中的侧链—CH2coOH

HO

()

拆分成一CHz—、—CHO和一OH的形式，或者拆分成||和一OH的形

式。

⑶搭建或组装同分异构体

同分异构体要求苯环上有四种氢原子，峰面积比为3：2：2：1,苯环上有

六个位置可以放置官能团或支链，现在要求有四种氢原子，说明苯环上有两个

对称点，苯环是平面正六边形，则构建一个对称轴。，按照要求可以写出如

HO（）OHO

下符合题意的结构：^y-C-CH;，。一C-CH；i.

HO（）H

HO（）OHO

H、——C—H,故有4种。

HOOH

［答案］C

I思维模型I

限定条件下的同分异构体书写技巧

（1）确定碎片：明确书写什么物质的同分异构体，该物质的组成情况怎么样,

解读限制条件，从性质联想结构，将物质分裂成一个个碎片，碎片可以是官能

团，也可是煌基（尤其是官能团之外的饱和碳原子）。

（2）组装分子：要关注分子的结构特点，包括几何特征和化学特征。几何特

征是指所组装的分子是空间结构还是平面结构，有无对称性；化学特征包括等

效氢原子。

训|练.三__________________

.题点。同分异构体数目的确定

1.下列有机物的种类（不含立体异构）数目判断错误的是（）

选项有机物同分异构体数目

A分子式为C5HIO02的酯10

B分子式为CsHio,能使滨的四氯化碳溶液褪色5

C分子式为C4H8。2,含有一COOH2

D分子式为C8H10的芳香燃4

［答案1A

2.（2021•泰安月考）有机物,I匚有多种同分异构体结构，其中含有

苯环且属于酯类的有（）

A.2种B.3种

C.4种D.6种

D［由题目要求可知该有机物的同分异构体中应具有酯基和苯环，和苯环

相连的取代基可以是一CH3和一OOCH,存在邻位取代、间位取代、对位取代

三种，一CH2OOCH或一OOCCH3或一COOCH3,共六种。］

3.已知金刚烷的键线式结构如图所示。请回答：

(D金刚烷的分子式为o©

(2)金刚烷的一氯代物有种。

⑶金刚烷的二氯代物有种。

［答案］(l)CioHi6(2)2(3)6

【题点❷］限定条件下的同分异构体的书写与数目的确定

()

4.(2020•全国n卷，T36节选)化合物C(1)的同分异构体中能同时满足

以下三个条件的有个(不考虑立体异构体)。

①含有两个甲基；②含有酮锻基(但不含C==C==O)；③不含有环状结构

(a)4(b)6

(c)8(d)10

其中，含有手性碳原子(注：连有四个不同的原子或基团的碳原子)的化合物

的结构简式为O

()

［解析］C为I,有2个不饱和度，含酮魏基但不含环状结构，则分子

中含一个碳碳双键，一个酮萩基，外加2个甲基，符合条件的有8种，如下：

CH3cH=CHCOCH2cH3、CH3CH=CHCH2COCH3>

CH3CH2CH=CHCOCH3>CH2==CHCH(CH3)COCH3>

CH2=C(C2H5)COCH3.CH2=C(CH3)COCH2cH3、

CH2=C(CH3)CH2coeH3、CH2=CHCOCH(CH3)2>其中，含有手性碳原子

o

)o

的为CH2=CHCH(CH3)COCH3(

o

V

［答案］CCH2=CHCH(CH3)COCH3(

5.已知G的结构简式为同时满足下列条件的G的同分异构

体数目为种(不考虑立体异构)，写出其中的一种结构简式为

________________________________O

①核磁共振氢谱为3组峰；

②能使漠的四氯化碳溶液褪色；

③1mol该同分异构体与足量饱和NaHCCh溶液反应产生88g气体。

［解析］①说明满足条件的同分异构体的结构具有高度对称性；②说明含有

碳碳双键；③说明分子结构中含有2个较基，则满足条件的G的所有同分异构

CH,—C'OOH

体为HOOC—CH—CH=CH—CH—COOH和CH=C。

22'\

CH,—C'OOH

［答案］2HOOC—CH2—CH=CH—CH2—COOH>

CH.,—COOH

/

CH2=C(任写一种)

CH,—COOH

考点二有机物分子中原子共线与共面分析

突破鹦工__________________

1.五种基本模型

(1)分子中碳原子若以四条单键与其他原子相连(含有四面体结构碳原子)，则

所有原子一定不能共平面，如CH3Ck甲烷分子中所有原子一定不共平面，最

多有3个原子处在一个平面上。

(2)含有'CT/,至少6个原子一定共平面，乙烯分子中所有原子一定共

/\

平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，如CH2==CHC1所得有机物中所

有原子仍然共平面。

(3)含有至少12个原子一定共平面，苯分子中所有原子一定共平面，

若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机物中所有原子也仍然共平面，

如漠苯(1］厂母)。含有。的对角线一定有4个原子共线，若用其他原子代替

对角线上的任何氢原子，所得有机物苯环对角线上所有原子也仍然共线。即位

于苯环上的12个原子共平面，位于对角线位置上的4个原子共直线。

(4)含有一C三C—,至少4个原子一定共线，乙焕分子中所有原子一定共线,

若用其他原子代替其中的任何氢原子，如H—C三C—Br所得有机物中所有原子

仍然共线。

()

(5)含有一!,一结构，至少4个原子一定共平面，甲醛分子中所有原子一定

共平面，若用其他原子代替其中的任何氢原子，如COCL所得有机物中所有原

子仍然共平面。

2.分析共线、共面应注意的问题

⑴要注意碳碳单键可以旋转，而碳碳双键、三键不能旋转，如

QT(H=CH分子中苯的平面和乙烯的平面由连接的碳碳单键可能旋转到同

一平面上，也可能旋转后不在同一平面上。若平面间被多个点固定，则不能旋

转，一定共平面。如OQQ分子中所有原子一定共面。

⑵注意题目要求是“可能""一定''"最多"''最少”"所有原子碳

原子”等限制条件。如［JrCH=CH分子中所有原子可能共平面，I：］—CH

分子中所有碳原子一定共平面而所有原子一定不能共平面。

【典例】(2020•天津等级考，T9)关于

H;C

g_C_CH的说法正确的是()

A.分子中有3种杂化轨道类型的碳原子

B.分子中共平面的原子数目最多为14

C.分子中的苯环由单双键交替组成

D.与CL发生取代反应生成两种产物

［审题指导］

第1步：挖掘题干信息，确定结构特点

该有机物含有甲基、茉环和乙族基。

第2步：判断有机物共面、共线问题的分析技巧

(1)看清要求

题目要求是“碳原子”还是“所有原子”，“一定""可能''“最

多”“共线”“共面”等)。

(2)选准主体

①凡出现碳碳双键结构形成的原子共面问题，以乙烯的结构为主体，

②凡出现碳碳三键结构形式的原子共线问题，以乙族的结构为主体，

③凡出现苯环结构形式的原子共面问题，以苯的结构为主体。

(3)准确判断

碳碳单键及碳的四键原则是造成有机物原子不在同一平面的主要原因，其

具体判断方法如下：

①结构中每出现一个饱和碳原子，则整个分子不再共面

②结构中每出现一个碳碳双键，至少有6个原子共面

③结构中每出现一个碳碳三键，至少有4个原子共线

④结构中每出现一个苯环，至少有12个原子共面

注意：单键可以旋转、双键和三键不能旋转。

A[A项，分子中有一CH3(sp3)、O(sp2)、

—C=CH(sp),正确；B项，分子中共平面的原子数目最多为15,错误；C

项，苯环不是单双键交替组成，错误；D项，有机物中存在6种不同化学环境的

氢原子，所以取代反应生成的产物不止两种，错误。]

I思维模型I

有机物原子共面、共线的解题思路

(1)“等位代换不变”原则。基本结构上的氢原子，无论被什么原子替代，

所处空间结构维持原状。

(2)单链可以沿键轴旋转，双键和三键不能沿键轴旋转。若平面间靠单链相

连，所连平面可以绕键轴旋转，可能旋转到同一平面上也可能旋转后不在同一

平面上。

(3)若平面间被多个点固定，且不是单链，则不能旋转，一定共平面。

(4)拆分原则。可把复杂的构型拆分为几个简单构型，再分析单链旋转时可

能的情况。

训练

1.某有机物结构简式为

CH—CH—C=C—C'H=('H

|关于该有机物的空间构型的说

CH3

法中正确的是()

A.该分子中所有的碳原子均可能处于同一平面上

B.该分子中一定共面的碳原子数至少为8个

C.该分子中至少有9个碳原子处于同一条直线上

D.该分子中可能处于同一平面的原子总数最多为16个

B［将此有机物中部分碳原子按如图所示编号，

23

V

C-C—CH=C'H,

8,其中1、2、3、8号这4个碳原子不

可能在同一平面上，故A错误；该分子中，碳碳三键中的3、4号碳原子与碳碳

双键中的5、6号碳原子一定在同一平面上，与3号碳原子相连的2号碳原子一

定在这个平面内，与6号碳原子相连的苯环上的碳原子以及7号碳原子一定在

同一平面内，故在同一平面内的碳原子数最少是8个，故B正确；乙烘中所有

原子共直线，故最多有4个碳原子在同一条直线上，故C错误；2、3、4、5、6、

7号碳原子以及苯环上所有的原子都可能在同一平面内，故可能处于同一平面的

原子数大于16个，故D错误。］

2.如图所示的转化是合成抗组胺药物的中间过程之一，下列说法正确的是

()

A.L的分子式为C13H11O

B.M能发生消去反应

C.N中所有原子可能处于同一平面

D.L、M、N均能与Na反应生成H2

B［根据L的结构简式可知，L的分子式为Ci3Hl2。，A错误；化合物M

中有羟基和碳卤键，与羟基（或卤原子）相连的C的相邻C上有H,可以发生消

oLi

去反应，B正确；化合物N中有sp3杂化的C,（图中箭头所指：0r心），

这些C在空间形成以C为中心的四面体结构，故所有原子不可能处于同一平面，

C错误；L和M中含有羟基，可以与Na反应生成H2,但N中的官能团只有碳

卤键和醒键，均不能与Na反应，D错误。］

oo/H

3.（2021•温州高三二模）有关C/N?）。的说法不正确的是（）

n

A.分子中至少有8个碳原子共平面

B.分子中含1个手性碳原子

C.酸性条件下加热水解有CO2生成

D.与足量NaOH溶液完全反应后生成的钠盐有2种

C［苯环上的6个碳原子，以及与苯环直接相连的2个碳原子一定共面，

单键可以旋转，所以其余碳原子不一定共面，即分子中至少有8个碳原子共平

面，A正确；连接四个不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子，该分子中只有

六元环中连接五元环中氮原子的碳原子为手性碳原子，B正确；该分子中含有酰

胺键，可以水解，但水解产物中没有碳酸，即不会有CO2生成，C错误；酰胺

键可以水解产生竣基，竣基可以和NaOH反应，该物质与足量NaOH溶液完全

P°AONa

反应后生成（工；懦:、J两种钠盐，D正确。］

4.请把下列物质中一定共面的碳原子数分别填在横线上。

（）

II

CHCCH个，CH3c三CH个，

真题验收•新题预测瑞铲。口

真题。验收

1.（2021•河北选择性考试，T»苯并降冰片烯是一种重要的药彳、个

物合成中间体，结构简式如图。关于该化合物，下列说法正确的

是（）

A.是苯的同系物

B.分子中最多8个碳原子共平面

C.一氯代物有6种（不考虑立体异构）

D.分子中含有4个碳碳双键

B［苯并降冰片烯与苯在组成上不是相差若干个CH2原子团，结构上也不

相似，故二者不互为同系物，A错误；由题给苯并降冰片烯的结构简式可知，苯

环上的6个碳原子与苯环相连的2个碳原子共平面，则该分子中最多8个碳原

子共平面，B正确；苯并降冰片烯的结构对称，其分子中含有5种不同化学环境

的氢原子，则其一氯代物有5种，C错误；苯环中含有的碳碳键是介于碳碳单键

和碳碳双键之间特殊的共价键，故1个苯并降冰片烯分子中含有1个碳碳双键,

D错误。］

2.（双选）（2021•山东等级考，「2）立体异构包括顺反异构、对映异构等。有

机物M（2一甲基一2一丁醇）存在如图转化关系，下列说法错误的是（）

△

A.N分子可能存在顺反异构

B.L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子

C.M的同分异构体中，能被氧化为酮的醇有4种

D.L的同分异构体中，含两种化学环境氢的只有1种

OH

I

AC[M（C..H—CH）在浓硫酸作催化剂并加热条件下发生消去反应生

CH；

成C：H—或H；C—CH=C—CH,N与HC1发生加成反应生成L,L能

CH;CH;

Cl

I

发生水解反应生成M,则L的结构简式为CH—C—CH：,。CH—C=CH

CH,CH3

H；C—CH—C—CH都不存在顺反异构，故A错误；手性碳原子是指与四个各

CH3

不相同原子或原子团相连的碳原子,L的同分异构体结构及手性碳原子（用*标记）

°,任一同分异构体中最多含有1个手性碳原子，故B正确；当与羟基相

连的碳原子上只有1个氢原子时，醇发生催化氧化反应生成酮，羟基取代戊烷

同分异构体中含有2个氢原子的碳原子上的1个氢原子即满足条件，满足条件

OHOH

的结构有J।「，共3种，故C错误；连接在同一碳原子上

OH

的氢原子等效，连接在同一碳原子上的甲基等效，由B项可知，L的同分异构

体中，含有两种化学环境的氢原子的结构为.3,故D正确。]

O

3.（2021•广东选择性考试，T21节选）天然产物W（卜乌）的芳香族同分异

H,C

构体中，同时满足如下条件的有种，写出其中任意一种的结构

简式：__________________________________________________________________

条件：a）能与NaHCCh反应；b）最多能与2倍物质的量的NaOH反应；c）能与3

倍物质的量的Na发生放出出的反应；d）核磁共振氢谱确定分子中有6个化学

环境相同的氢原子；e）不含手性碳原子（手性碳原子是指连有4个不同的原子或

原子团的饱和碳原子）。

［解析］该同分异构体为芳香族化合物，说明含有苯环；该同分异构体能与

NaHCCh反应，说明含有一COOH;该同分异构体最多能与2倍物质的量的

NaOH反应，能与3倍物质的量的Na反应，根据VI分子中含有4个氧原子，说

明除含有1个较基外，还含有1个酚羟基、1个醇羟基；核磁共振氢谱确定有6

个化学环境相同的氢原子，说明含有两个对称的甲基；不含有手性碳原子，则

C11

该取代基只能为一C一（）H,所以该同分异构体含有3种取代基，分别为

CH

CH3

-C—()H、—COOH.酚羟基,采用“定二移一法”，一C一（）H有以下几种

CHCH

COOHCOOHCOOH

位置：OH4°,故共有10种同分异构体。

O

2、K

OH

CHOH

［答案］10H()—C

CH3COOH

新题。预测

艾司洛尔⑴是预防和治疗手术期心动过速的一种药物，一种合成路线如图。

OOCCHJ

CH,COOHw伽①NaOH/HjO、△丙二酸

07HtO

毗咬、荒胺雷尼镇/△