高中化学讲义提升课时2　限定条件下的同分异构体

提升课时2限定条件下的同分异构体学习目标1.能正确判断限定条件下有机物同分异构体的数目。2.能正确书写和判断常见有机物的同分异构体，写出符合特定条件的同分异构体。提升点限定条件下同分异构体的书写及数目判断1.明确有机物性质、结构与官能团的关系有限定条件的同分异构体的书写，限定条件一般是由性质或结构指向特定官能团的，这就要求学生对结构决定性质，性质反映结构，熟记于心。对考题中常见的性质进行总结如下表。性质或结构官能团酸性条件下可水解为酸和醇R(H)—COO—既能发生银镜反应，又能发生皂化反应(一种官能团)HCOO—能与饱和碳酸氢钠(或碳酸钠)溶液反应放出CO2—COOH核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢，峰面积比为6∶2∶1∶1有两个对称的—CH3能发生银镜反应—CHO能与FeCl3溶液发生显色反应(酚)羟基2.用四种思维方法判断同分异构体(1)取代思想：采用等效氢、对称的方法，适用于一卤代物、醇、醛、羧酸、硝基化合物、氨基等官能团处于端点的一元烃的衍生物或苯环上一个支链同分异构体的找法，如：①一卤代烃：看作是氯原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H11Cl”为例。②醇：看作是—OH原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H12O”为例。(2)变键思想：即将有机物中某个位置化学键进行变化得到新的有机物，适用于烯烃、炔烃、醛、羧酸及羧酸衍生物。①烯烃：单键变双键，要求相邻的两个碳上至少各有1个氢原子，以“C5H10”为例。箭头指的是将单键变成双键新戊烷中间碳原子上无氢原子，不能变成双键②炔烃：单键变三键，要求相邻的两个碳上至少各有2个氢原子，以“C5H8”为例。箭头指的是将单键变成三键异戊烷第2个碳原子只有1个氢原子，两边单键不能变成三键新戊烷中间碳原子上无氢原子，不能变成三键③醛：醛基属于端位基，将烃分子中链端的甲基变成醛基，以“C5H10O”为例。箭头指向是指将链端甲基变成醛基，数甲基个数即可④羧酸：羧基属于端位基，将烃分子中链端的甲基变成羧基，以“C5H10O2”为例。箭头指向是指将链端甲基变成羧基，数甲基个数即可(3)插键思想：在有机物结构式中的某个化学键的位置插入原子而得到新的有机物的结构，适用于醚、酮和酯、酰胺等羧酸衍生物。①醚：醚键可以理解为在C—C单键之间插入氧原子，以“C5H12O”为例。箭头指向是指在C—C单键之间插入氧原子②酯：酯可以理解在左、右两边插入氧原子，可以先找出酮，再插入氧，以“C5H10O2”为例。若在链端，注意只能在一边插入氧原子，另外要注意对称性，此法对含苯环类的非常有效(4)“定X移Y”思想——解决多官能团同分异构体判断①同种官能团：定一移一，以“C3H6Cl2”为例。先找一氯代物，再利用等效氢法，再用氯原子取代一氯代物上的氢原子②不同种官能团：变键优先，取代最后，以“羟基醛(C5H10O2)”为例。先找戊醛，再用羟基取代氢原子3.苯环上的同分异构体下表中列出苯环上的常见的几种取代情况(仅列举1～3取代的情况)，以便遇到相同情况时，做出快速准确地判断。目前高考涉及1～3元取代居多；4元取代考查简单情况；5～6元取代简单情况可了解，复杂的高考范畴不考。另外要注意上述均未考虑取代基本身存在的异构体。取代基数目取代基种类同分异构体种类数结构简式一取代—X1二取代—X—Y(—X)3三取代—X—X—X3—X—X—Y6—X—Y—Z104.限定条件下同分异构体书写及数目判断流程结构要求(邻甲基苯甲酸)①属于芳香化合物②能与银氨溶液反应产生光亮的银镜③能与NaOH溶液反应第一步：确定有机物的类别，找出该有机物常见的类别异构体(可以结合不饱和度)技巧：原题有机物属于羧酸类，与羟基醛、酯互为类别异构体第二步：结合类别异构体和已知限定条件确定基团和官能团(核心步骤)与银氨溶液与NaOH溶液备注注意细节是做题制胜的法宝羧酸×√—羟基醛√苯酚√醇羟基与NaOH溶液不反应，但酚羟基可以酯甲酸酯√√酯与银氨溶液不反应，但甲酸酯可以综上所述，符合本题条件的有两大类：①羟基醛[(酚)—OH，—CHO]；②甲酸酯(—OOCH)第三步：按类别去找，方便快捷不出错①若为羟基醛[(酚)—OH，—CHO]，则还剩余一个碳原子，分两种情况讨论若苯环有两个侧链，此时—CH2—只能和醛基一起，有邻、间、对3种若苯环有三个侧链，则为—OH、—CHO、—CH3，苯环连接三个不同的取代基总共有10种②若为甲酸酯(—OOCH)，则用—OOCH取代甲苯上的氢原子，总共4种第四步：总共17种[注意]若题目中要求书写符合条件的同分异构体的结构简式时，优先考虑分子结构对称的有机物的结构简式，书写完毕再代入给定的条件进一步验证。[例](1)(2022·全国乙卷)在E()的同分异构体中，同时满足下列条件的总数为________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________________________________。(2)(2022·湖北卷)若只考虑氟的位置异构，则化合物F()的同分异构体有____________种。(3)(2021·广东卷)化合物Ⅵ()的芳香族同分异构体中，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NaHCO3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H2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。(4)(2021·全国乙卷)C()的同分异构体中，含有苯环并能发生银镜反应的化合物共有种____________种。答案(1)10、(2)5(3)10(4)10解析(1)由E的结构简式知其分子式为C11H12O3，不饱和度为6；E的同分异构体与饱和NaHCO3溶液反应产生CO2，结合分子式中O原子的个数，说明含1个羧基；能发生银镜反应、不能发生水解反应说明还含1个醛基；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有3种位置；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有6种位置；若3个甲基在苯环上的位置为时，羧基、醛基在苯环上有1种位置；故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4组氢且氢原子数量比为6∶3∶2∶1的结构简式为、。(2)只考虑氟的位置异构，F中氟原子没取代之前只有6种类型氢原子，如图：，取代后有6种一氟代物，除去F本身，应为5种同分异构体，故F有5种同分异构体；(3)化合物Ⅵ的分子式为C10H12O4，能与NaHCO3反应说明含有羧基，能与NaOH反应说明含有酚羟基或羧基或酯基，最多能与2倍物质的量的NaOH反应，说明除一个羧基外还可能含有酚羟基、羧基、酯基其中的一个，能与Na反应的官能团为醇羟基、酚羟基、羧基，能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应，说明一定含有醇羟基，综上该分子一定含有羧基和醇羟基，由于该分子共有4个氧原子，不可能再含有羧基和酯基，则还应含有酚羟基，核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子，说明含有两个甲基取代基，并且高度对称，据此可知共有三个取代基，根据总结的规律，可知有10种同分异构体，具体分析如下：三个取代基分别是—OH、—COOH和，当—OH与—COOH处于对位时，有两种不同的取代位置，即和；当—OH与处于对位时，—COOH有两种不同的取代位置，和；当—COOH与处于对位时，—OH有两种不同的取代位置，即和；当三个取代基处于三个连续碳时，共有三种情况，即、和；当三个取代基处于间位时，共有一种情况，即，综上分析该有机物的同分异构体共有10种。(4)C为，含有苯环且能发生银镜反应的同分异构体为：含有醛基，氟原子，氯原子，即苯环上含有三个不同的取代基，根据总结的规律可知共有10种同分异构体，具体如下：。【题后归纳】限定条件下同分异构体的判断和书写解题步骤步骤1：通过与性质相关的信息，确定主要的官能团；步骤2：结合分子式或结构简式，充分利用不饱和度，分析并确定其他的片段的种类及数目；步骤3：根据取代基数目，类似于搭积木，先分类再循序把各个片段组装起来；步骤4：最后，完成特定条件下特殊结构的书写。具体如下图所示：1.在E()的同分异构体中，同时满足下列条件的结构有________种；①既能发生银镜反应，又能发生水解反应；②属于芳香族化合物；③苯环上只有2个取代基。其中核磁共振氢谱有六组峰，且峰面积之比为3∶3∶2∶2∶1∶1的是____________。答案15解析E的同分异构体符合下列条件：①既能发生银镜反应，又能发生水解反应，说明含有HCOO—；②属于芳香族化合物，说明含有苯环；③苯环上只有2个取代基，如果取代基为HCOO—、CH3CH2CH2—，两个取代基在苯环上有邻、间、对3种位置关系；如果取代基为HCOO—、(CH3)2CH—，两个取代基在苯环上有邻、间、对3种位置关系；如果取代基为HCOOCH2—、CH3CH2—，两个取代基在苯环上有邻、间、对3种位置关系；如果取代基为HCOOCH2CH2—、CH3—，两个取代基在苯环上有邻、间、对3种位置关系；如果取代基为HCOOCH(CH3)—，CH3—，两个取代基在苯环上有邻、间、对3种位置关系，则符合条件的一共有15种；其中核磁共振氢谱有六组峰，且峰面积之比为3∶3∶2∶2∶1∶1的是。2.有机物的同分异构体有多种，同时符合下列两个条件的同分异构体共有______________________种。①与含有相同官能团；②含有一个四元环且环上有一个或两个侧链。写出一个符合上述条件且同分异构体中核磁共振氢谱有五个峰的有机物的结构简式______________________________________。答案7或解析中含有羧基和—SH，要求①与含有相同官能团，则含—COOH、—SH；②含有一个四元环且环上有一个或两个侧链，则环为；故结构中含有环、—COOH、—SH、1个饱和碳；环上有一个或两个侧链，则取代基有以下情况：，1种；—CH2COOH、—SH，有3种(，数字代表—CH2COOH的取代位置)；—CH2SH、—COOH，有3种(，数字代表—COOH的取代位置)；故共7种情况；其中核磁共振氢谱有五个峰的有机物的结构简式为或。3.的一种同分异构体同时满足下列条件，写出该同分异构体的结构简式：____________。①分子中有一个含氮五元环；②核磁共振氢谱显示分子中有5种不同化学环境的氢原子；③红外光谱显示分子中无甲基。答案解析分子中有一个含氮五元环；②核磁共振氢谱显示分子中有5种不同化学环境的氢原子，说明结构对称；③红外光谱显示分子中无甲基。符合条件的的同分异构体的结构简式为。1.已知丙烷的二氯代物有4种，丙烷与有机物M()互为同系物。下列说法错误的是()A.丙烷的六氯代物有4种B.丙烷与互为同分异构体C.有机物M的一氯代物有4种D.有机物M的同分异构体有4种(不含M)答案B解析丙烷的分子式为C3H8，C3H6Cl2和C3H2Cl6的种数必然相同，均为4种，A正确；就是丙烷，两者属于同一种物质，B错误；有机物M中有4种不同化学环境的H原子，，其一氯代物有4种，C正确；M的同分异构体除M外，碳骨架还有4种：C—C—C—C—C—C、、，D正确。2.分子式为C4H7O2Br，且能与碳酸氢钠反应产生气体的有机物可能的同分异构体(不考虑立体异构)数目为()A.3 B.4C.5 D.6答案C解析分子式为C4H7O2Br，且能与碳酸氢钠反应产生气体的有机物，说明含有羧基和溴原子，相当于羧基和溴原子取代丙烷中两个氢原子，共有5种可能的结构：(图中数字为溴原子连接形成碳溴键的位置)，故C符合题意。3.(2023·海口高二期末)分子式是C3H7ON的有机物中属于酰胺的同分异构体有()A.2种 B.3种C.4种 D.5种答案C解析分子式为C3H7ON的有机物中属于酰胺结构简式可能为HCONHCH2CH3、CH3CONHCH3、HCON(CH3)2、CH3CH2CONH2，所以分子式是C3H7ON的有机物中属于酰胺的同分异构体有4种，C正确。4.(1)同时符合下列条件的C9H12O2的同分异构体共有________________种(不考虑立体异构)，其中核磁共振氢谱图表明分子中有5种氢原子的为________________(写一种结构简式)。a.分子中含有苯环且苯环上有三个取代基；b.1mol有机物最多能消耗2molNaOH。(2)芳香化合物X是1－萘酚()的同分异构体，符合下列条件的同分异构体有___________________________________种。①有两个官能团②能发生银镜反应写出其中一种核磁共振氢谱有4组峰的同分异构体的结构简式：______________________________________。(3)G为，二元取代芳香化合物H是G的同分异构体，H满足下列条件：①能发生银镜反应；②酸性条件下水解产物物质的量之比为2∶1；③不与NaHCO3溶液反应。则符合上述条件的H共有____________种(不考虑立体异构，不包含G本身)，其中核磁共振氢谱为五组峰的结构简式为_______________________________________(写出一种即可)。答案(1)12或(2)25(或)(3)11(或)解析(1)同分异构体中：a.分子中含有苯环且苯环上有三个取代基；b.1mol有机物最多能消耗2molNaOH，根据分子式C9H12O2，共有4个不饱和度，说明含有苯环(用去4个不饱和度)，还含有2个酚羟基和一个—CH2CH2CH3或—CH(CH3)2，共有12种结构，其中核磁共振氢谱图表明分子中有5种氢原子的应具有高度对称性，可能为。(2)化合物X是1－萘酚的同分异构体，有两个官能团，能发生银镜反应，说明X分子中含1个苯环、1个—C≡C—、1个—CHO、1个碳原子及若干个氢原子。若苯环上有1个取代基(、—CH2—C≡C—CHO或—C≡C—CH2—CHO)时，有3种；若苯环上有2个取代基(—CH3和—C≡C—CHO、—CHO和—C≡C—CH3、—C≡CH和—CH2—CHO、—CHO和—CH2—C≡CH)时，有12种；若苯环上有3个取代基(—CH3、—C≡CH和—CHO)时，有10种；共25种。核磁共振氢谱中有4组峰的同分异构体的结构简式为、。(3)将已知官能团和基团在苯环上排布：(邻、间、对3种)、(邻、间、对3种)、(邻、间、对3种)、(邻、间、对3种)，除去G自身，符合条件的为4×3－1＝11种。1.物质G是物质A()的同系物，相对分子质量比A多14，符合以下条件的G的同分异构体共有____________种(不考虑立体异构)。①除苯环之外无其他环状结构②与FeCl3溶液反应显紫色③苯环上的氢原子种类有两种其中核磁共振氢谱中有4个吸收峰，且面积比为2∶2∶2∶1的结构简式为_____________________________________________。答案2解析由G的同分异构体比A多一个碳原子，除苯环之外无其他环状结构，与氯化铁溶液反应显紫色可知苯环上有一个羟基，苯环上的氢原子种类有两种说明—OH与另一取代基处于对位，则符合核磁共振氢谱中有4个吸收峰，且面积比为2∶2∶2∶1的结构简式为。2.写出符合下列条件的物质的同分异构体结构简式____________。a.苯环上有两个取代基且为邻位b.含有酯基和—CO—NH—结构c.能发生银镜反应，1mol该物质完全反应可产生4mol单质Ag答案、解析根据所给条件，含有酯基和酰胺基，能发生银镜反应，1mol该物质完全反应可产生4mol单质Ag，含有两个醛基，所以为甲酸酯和甲酸胺，结构分别为和。3.已知T(C7H7NO2)是E()在碱性条件下的水解产物，符合下列条件的T的同分异构体有____________种。①－NH2直接连在苯环上；②能与新制氢氧化铜悬浊液共热产生红色固体。答案13解析T(C7H7NO2)是E()在碱性条件下的水解产物，E在碱性条件下水解生成，则T的结构简式为；由T的同分异构体中—NH2直接连在苯环上，能与新制氢氧化铜悬浊液共热产生红色固体可知，同分异构体中的取代基可能为HCOO—和—NH2，或为—OH、—CHO和—NH2，若取代基为HCOO—和—NH2，取代基在苯环上有邻、间、对共3种结构；若取代基为—OH、—CHO和—NH2，共10种结构；故T的同分异构体共有13种。4.满足下列条件的B()的同分异构体的数目为____________种，其中核磁共振氢谱为两组峰的结构简式为____________。①属于芳香族化合物；②可以发生银镜反应、不与氯化铁发生显色反应；③不考虑O—F直接相连情况。答案6解析B为，满足下列条件的B的同分异构体：①属于芳香族化合物，说明含有苯环；②可以发生银镜反应、不与氯化铁发生显色反应，说明含有醛基、没有酚羟基；③不考虑O—F直接相连情况，苯环含有1个HCOO—，3个氟原子，苯环上2个氢原子有邻、间、对3种位置关系，对应的—OOCH分别有2种、3种、1种位置，故符合条件的同分异构体2＋3＋1＝6种，其中核磁共振氢谱为两组峰的结构简式为。5.G()的一种同分异构体同时满足下列条件，写出该同分异构体的结构简式：______________________________________。①遇FeCl3溶液发生显色反应；②1mol该有机物与足量NaHCO3溶液反应生成2molCO2；③分子中不同化学环境的氢原子个数比是3∶6∶2∶1。答案、解析的同分异构体，满足①遇FeCl3溶液发生显色反应，则含有酚羟基；②1mol该有机物与足量NaHCO3溶液反应生成2molCO2，则含有2个羧基；③分子中不同化学环境的氢原子个数比是3∶6∶2∶1，说明苯环上的取代基具有对称性，其结构简式为：、。6.化合物X是的同分异构体，且能与FeCl3溶液发生显色反应，1molX最多与1molNa发生反应，满足上述条件的X共有____________种。其中满足核磁共振氢谱具有五组峰，峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3，则其结构简式为______________________________________。(写出一种即可)答案16或解析化合物X是的同分异构体，且能与FeCl3溶液发生显色反应，故X含有酚羟基，且1molX最多与1molNa发生反应，说明只有1个酚羟基。若苯环上只有2个取代基，可以是一个酚羟基、一个—CH2OCH3，也可以是一个酚羟基和—OCH2CH3，每种情况都有邻、间、对三种，共有6种；若苯环上只有3个取代基，则是一个酚羟基、一个—OCH3和一个甲基，共有10种不同位置关系，合计共16种；其中满足核磁共振氢谱具有五组峰，峰面积之比为1∶2∶2∶2∶3，则其结构简式为或。7.E()的同分异构体中，满足下列条件的同分异构体(不考虑立体异构)有________种，其中有5种不同化学环境的H，且个数比为2∶2∶1∶1∶1的同分异构体的结构简式是__________________________________。①含氰基(—CN)②属于芳香族化合物③与NaHCO3溶液反应放出气体答案17解析E的分子式为C9H7O2N、其同分异构体(不考虑立体异构)满足下列条件：①含氰基(—CN)；②属于芳香族化合物、则含有1个苯环；③与NaHCO3溶液反应放出气体、则含有—COOH；当苯环有1个侧链时，结构为：；当苯环只有2个侧链时，分别为—CN、—CH2COOH，分别处以邻、间、对位，共有3种；或2个侧链分别为—CH2CN、—COOH，又有3种；当苯环有3个侧链时，分别为—CN、—CH3、—COOH，让其中2个例如—CN、—CH3先处以邻位、再把第三个取代基—COOH取代上去，则有4种结构；—CN、—CH3先处以间位、把第三个取代基—COOH取代上去，有4种结构，—