备考2025届高考化学一轮复习讲义第九章有机化学基础第2讲有机化合物的结构特点考点2同系物同分异构体

考点2同系物同分异构体1.同系物2.同分异构现象（1）概念化合物具有相同的[3]分子式，但具有不同[4]结构的现象叫同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。（2）类别拓展（1）每个双键碳原子连接两个不同的原子或原子团时才能形成顺反异构，两个相同的原子或原子团位于碳碳双键的同一侧时为顺式结构，如顺－2－丁烯的结构简式为；两个相同的原子或原子团分别位于碳碳双键的两侧时为反式结构，如反－2－丁烯的结构简式为。（2）手性异构属于立体异构中的对映异构。（3）H3C—CH3分子中，由于碳碳σ键的旋转，导致氢原子在空间排布的相对位置不同（但分子构造没变），这种异构现象属于立体异构中的构象异构。（3）有序思维突破有机物同分异构体的书写及数目推断①基本分析次序碳架异构→位置异构→官能团异构②几种常见类型的分析次序a.二元取代的同分异构体提示两个取代基相同，若第一个取代基定位到②号碳原子上时，定位另一个取代基时不能移回到①号碳原子上，避开重复。b.CnH2nO2（n≥2）的酯类同分异构体提示对于芳香酯的同类同分异构体（假定苯环上只有一个侧链）的分析：一是水解后得到脂肪酸，不要遗漏“酚酯”；二是水解后得到芳香酸。c.限定条件下的同分异构体常见限定条件：ⅰ.官能团种类；ⅱ.等效氢的种类（如核磁共振氢谱信息）；ⅲ.苯环上为“几元”取代。一般按如下次序分析：官能团分析→碳架分析→对称性或等效氢原子分析总结（1）等效氢原子：①同一个碳原子上的H；②同一个碳原子所连甲基上的H；③分子中等效碳原子上的H。有n种等效H，一元取代物就有n种。（2）多卤代烃（相同卤素原子）的同分异构体（如烃为CxHy），若m＋n＝y，则该烃的m元取代物数目与n元取代物数目相等。（3）苯环上取代基种类确定，但位置不定的二元、三元取代物的同分异构体。2个取代基有“邻、间、对”三种位置关系3个取代基3个完全相同有“连（）、偏（）、均（）”三种位置关系其中2个相同有6种位置关系（、、）3个完全不同有10种位置关系（、、）1.易错辨析。（1）同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质。（√）（2）CH3CH2OH与CH2OHCH2OH互为同系物。（✕）（3）CH2CH2和在分子组成上相差一个CH2原子团，两者互为同系物。（✕）（4）C4H8与C3H6可能互为同系物。（√）（5）同分异构体的化学性质可能相像。（√）（6）[2024湖南]含有手性碳原子的分子叫作手性分子。（✕）2.[2024上海]最简式相同的有机物（C）A.确定是同系物B.确定是同分异构体C.碳的质量分数确定相等D.燃烧时耗氧量确定相等解析最简式相同的有机物，其官能团可能不同，不互为同系物，如乙醛和环氧乙烷，A错误；最简式相同的有机物，其分子式可能不同，不互为同分异构体，如乙烯和丙烯，B错误；最简式相同的有机物，其碳的质量分数确定相同，C正确；最简式相同的有机物，其分子式可能不同，燃烧时耗氧量不愿定相等，D错误。3.图中所示两种物质互为构造异构体还是立体异构体？它们产生异构的缘由是什么？碳原子间的连接依次、成键类型等都相同，故属于立体异构。产生的缘由是两种物质环上右侧的甲基的空间分布不同。4.戊醇的醇类同分异构体数目确定比戊烷的同分异构体数目多（不考虑立体异构），试基于有机物的“构造”视角说明理由。戊醇的醇类同分异构体是在戊烷的碳链异构的基础上，加上羟基的位置异构。5.有机物甲的分子式为C9H18O2，在酸性条件下水解为乙和丙两种有机物。同温同压下，同质量的乙和丙蒸气所占体积相同，则甲可能的结构有（不考虑立体异构）（C）A.8种 B.14种C.16种 D.18种解析依题意，水解得到的醇分子中有5个碳原子，羧酸中有4个碳原子，以保证醇和羧酸的相对分子质量相等。醇的碳架异构有3种，分析可知羟基的位置异构共有8种，即醇可能有8种。羧酸的碳架有3个碳原子，羧基在上面的位置异构有2种，即羧酸可能有2种，通过组合，酯的可能结构有16种，故选C。6.甲苯苯环上连接一个相对分子质量为43的烷基的有机物共有6种（不含立体异构）。7.[限定条件的同分异构体]M为的一种同分异构体。已知：1molM与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2mol二氧化碳；M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为。研透高考明确方向命题点1同分异构体数目的推断1.[二元取代物的同分异构体][全国Ⅱ高考]分子式为C4H8BrCl的有机物共有（不含立体异构）（C）A.8种 B.10种C.12种 D.14种解析C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2个氢原子被1个溴原子和1个氯原子取代得到的产物。C4H10有正丁烷和异丁烷2种，被溴原子和氯原子取代时，可先确定溴原子的位置，再确定氯原子的位置。正丁烷的碳骨架结构为，溴原子分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，氯原子均有4种位置关系。异丁烷的碳骨架结构为，溴原子分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，氯原子分别有3种和1种位置关系，综上可知，C4H8BrCl共有12种结构，C项正确。命题拓展分子式为C4H8Cl2的有机物共有（不含立体异构）9种。解析C4H8Cl2的碳骨架有两种，即C—C—C—C和。两个氯原子在同一个碳原子上时，碳骨架为C—C—C—C的有2种结构，碳骨架为的有1种结构；两个氯原子在不同碳原子上时，对C—C—C—C而言，有4种结构，对而言，只有2种结构，故分子式为C4H8Cl2的同分异构体有2＋1＋4＋2＝9（种）。2.[酯类的同分异构体][全国Ⅰ高考]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（D）A.15种 B.28种C.32种 D.40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种）、C3H7OH（有2种）、C2H5OH、CH3OH，共8种；水解得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH、CH3CH2COOH、C3H7COOH（有2种），共5种。则这些醇和酸重新组合可形成的酯共有8×5＝40（种）。3.[芳香化合物同分异构体][全国Ⅰ高考]化合物（b）、（d）、（p）的分子式均为C6H6，下列说法正确的是（D）A.b的同分异构体只有d和p两种B.b、d、p的二氯代物均只有三种C.b、d、p均可与酸性高锰酸钾溶液反应D.b、d、p中只有b的全部原子处于同一平面解析苯的同分异构体还有链状不饱和烃，如、等，A项错误；d的二氯代物有6种，结构简式分别为，B项错误；b为苯，不能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应，p是环烷烃，属于饱和烃，不能与酸性高锰酸钾溶液反应，C项错误；只有苯分子中全部原子共平面，d、p中均有饱和碳原子，不能全部原子共平面，D项正确。4.[2024山东]有机物X→Y的异构化反应如图所示，下列说法错误的是（C）A.依据红外光谱可确证X、Y存在不同的官能团B.除氢原子外，X中其他原子可能共平面C.含醛基和碳碳双键且有手性碳原子的Y的同分异构体有4种（不考虑立体异构）D.类比上述反应，的异构化产物可发生银镜反应和加聚反应解析红外光谱可以测定有机物中的化学键和官能团，A正确；1号O和1'号C均连在双键碳原子上，结合单键可以旋转、碳碳双键为平面结构可知，除氢原子外，X中其他原子可能共平面，B正确；Y的分子式为C6H10O，含有醛基和碳碳双键的Y的同分异构体可以看成是—CHO取代C5H10中1个氢原子得到的产物，其中含有手性碳原子的碳骨架结构有、、、、，共5种，C错误；类比题中反应，的异构化产物为，含有醛基、碳碳双键，则可以发生银镜反应和加聚反应，D正确。命题点2限定条件下同分异构体的书写5.[构造异构]（1）[2024全国乙改编]在的同分异构体中，同时满意下列条件的共有13种；①能发生银镜反应；②遇FeCl3溶液显紫色；③含有苯环。其中，核磁共振氢谱显示为五组峰、且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为。（2）[2024新课标卷]在B（）的同分异构体中，同时满意下列条件的共有9种（不考虑立体异构）；①含有手性碳；②含有三个甲基；③含有苯环。其中，核磁共振氢谱显示为6组峰，且峰面积比为3∶3∶3∶2∶2∶1的同分异构体的结构简式为。（3）[2024全国乙改编]在E（）的同分异构体中，同时满意下列条件的总数为10种。a）含有一个苯环和三个甲基；b）与饱和碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳；c）能发生银镜反应，不能发生水解反应。上述同分异构体经银镜反应后酸化，所得产物中，核磁共振氢谱显示有四组氢（氢原子数量比为6∶3∶2∶1）的结构简式为。（4）[全国Ⅰ高考改编]苯胺（）、吡啶（）是重要的有机碱。已知苯胺与甲基吡啶互为芳香同分异构体，则符合下列条件的的同分异构体有6种，其中芳香环上为二取代的结构简式为。①属于六元环芳香化合物②能与金属钠反应③核磁共振氢谱有四组峰，峰面积之比为6∶2∶2∶1解析（1）遇FeCl3溶液显紫色，则苯环上连有—OH，能发生银镜反应，说明分子中含有—CHO。当苯环上连有—OH、—CH2CHO时，二者在苯环上有邻、间、对3种位置关系；当苯环上连有—OH、—CHO、—CH3时，三者在苯环上有10种位置关系。故符合条件的同分异构体一共有13种。其中核磁共振氢谱有五组峰、且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为。（2）依据题中限定条件可知，若苯环上含三个取代基：2个—CH3和1个—CH（CH3）OH时，三者在苯环上有6种位置关系；若苯环上含两个取代基：—CH3和—CH（CH3）OCH3，二者在苯环上有邻、间、对3种位置关系，故符合条件的B的同分异构体有9种。其中核磁共振氢谱有6组峰，且峰面积比为3∶3∶3∶2∶2∶1的同分异构体的结构简式为。（3）①审限定条件，确定官能团：由信息a）知，E的同分异构体中含有一个苯环和三个甲基，由信息b）、c）及E中碳原子、氧原子数目可知E的同分异构体中还含有一个羧基和一个醛基。②写出碳链，组装官能团：先将苯环和三个甲基组装好，再用一个羧基和一个醛基取代苯环上的H原子。苯环上有三个相同的取代基的结构：、、。剩余两个不同的取代基可以用“定一移一法”进行组装。如“定羧基移醛基”（“定醛基移羧基”的状况与下列状况一样）：③确定同分异构体的种类或结构简式：符合题意的同分异构体共有3＋6＋1＝10（种）。上述同分异构体经银镜反应后酸化，所得产物中，核磁共振氢谱显示有四组氢且氢原子数量比为6∶3∶2∶1的结构简式为、。（4）依据题给信息可知，同分异构体中确定含有—OH，由于核磁共振氢谱信息“6∶2∶2∶1”限制可以得出：①若六元环为苯环，构建碳骨架时，必需出现2个对称的甲基，若2个甲基连接在苯环上，—NH2、—OH的位置只能在苯环对位，2个甲基只能位于间位；另外由于—NH2上有2个H，可灵敏地用2个甲基取代—NH2上面的H而不变更甲基的对称特点。符合条件的同分异构体有如下3种：、、。②若六元环为吡啶环，构建碳骨架时，也必需出现2个对称的甲基，另一个碳原子确定不能以甲基的形式出现。在确定—OH的位置时，必需确保2个甲基的对称性不受影响。符合条件的同分异构体有如下3种：、、。所以共有6种。其中，芳香环上为二取代的结构简式为。6.[立体异构][2024湖南]是一种重要的化工原料，其同分异构体中能够发生银镜反应的有5种（考虑立体异构），其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为4∶1∶1的结构简式为。解析①审限定条件，确定官能团：的同分异构体