高考化学一轮复习 讲义大单元五　第十五章　第61讲　限定条件下有机物的同分异构体（广东版）

第61讲限定条件下有机物的同分异构体[复习目标]1.培养运用碳架异构、官能团异构、位置异构构造分子的能力。2.通过一定条件下同分异构体的书写培养学生有序思维的能力，进一步促进证据推理核心素养的形成。1.不饱和度及应用(1)根据有机物分子式计算不饱和度(Ω)对于有机物CxHyOz，Ω=2x+2-y2=(2)特别提醒计算不饱和度时，有机物分子中卤素原子(—X)以及—NO2、—NH2等都视为H原子。2.同分异构体书写的常见限制条件(1)性质条件限定条件官能团或结构特征与金属钠反应放出H2含羟基或羧基(醇、酚或羧酸)能发生银镜反应或与新制Cu(OH)2反应生成砖红色沉淀含醛基结构(醛、甲酸、甲酸某酯或葡萄糖等)与NaOH溶液反应含酚羟基、羧基、酯基、卤素原子、酰胺基等与NaHCO3或Na2CO3反应放出CO2含羧基遇FeCl3溶液显紫色或与浓溴水反应产生白色沉淀含酚羟基能发生水解反应含酯基、酰胺基或卤素原子等卤代烃或醇发生消去反应含β⁃H原子(2)核磁共振氢谱比值中常考数字含义解读9、6或3分别暗示有三个、两个、一个等效—CH34暗示有两个对称的“—CH2—”，或苯环有四个对称位置各连一个氢原子2意味着有一个—CH2—(或—NH2)或苯环具有对称结构且对称位置上的两个氢原子(在对称位置有2个H、2个—OH或2个—CHO或2个—COOH等)为等效氢1意味着有机物含有一个“氢原子数为1的基团”，如—OH、—COOH、—CHO、HCOO—、等，或苯环上非对称位置的一个氢原子3.限定条件下同分异构体书写的一般思路一、取代基在链状碳骨架上的组装例1属于羧酸的同分异构体有种(不考虑立体异构)。[思路分析](1)确定基团或官能团由题意可知，所求同分异构体属于羧酸类，故该分子结构中含有1个—Br和1个羧基，还有1个—C4H9。(2)碎片组装该同分异构体属于链状类，可先看成C4H9—COOH，运用“取代法”，先找丁基个数，再根据“等效氢法”找出一溴代物的种类：(数字代表Br原子的位置，后同)、、、，共12种。答案12熟记几种常考的碳架异构的数目(不考虑立体异构)烷烃基异构体数目—CH31—C2H51—C3H72—C4H94—C5H118[变式训练]1.(2025·广州高三阶段练习)已知：。E→F反应所用的化合物X的分子式为C5H10O，该化合物能发生银镜反应，写出其结构简式：，化合物X的含有碳氧双键()的同分异构体(不包括X、不考虑立体异构)数目为，其中核磁共振氢谱中有两组峰的为(写结构简式)。答案CH3CH2CH2CH2CHO6CH3CH2COCH2CH3、(CH3)3CCHO解析通过E→F可知，X的碳骨架为直链形，又能发生银镜反应说明X含有醛基，故X为CH3CH2CH2CH2CHO；X的同分异构体可含有醛基或酮羰基，其若含有醛基：R—CHO，R—有CH3CH(CH3)CH2—、CH3CH2CH(CH3)—、(CH3)3C—，共三种；其若含有酮羰基：R1—CO—R2，有CH3COCH2CH2CH3、CH3CH2COCH2CH3、CH3COCH(CH3)2，共三种；故X的同分异构体有6种；其中有两种等效氢的为CH3CH2COCH2CH3，(CH3)3CCHO。2.(2025·阳江高三阶段练习)化合物Ⅴ为Ⅲ()的同分异构体，能够发生银镜反应，在核磁共振氢谱图上只有3组峰，峰面积之比为2∶2∶1，Ⅴ的结构简式为，其名称为。答案BrCH2CH2CHO3⁃溴丙醛解析化合物Ⅴ为Ⅲ()的同分异构体，能够发生银镜反应，说明含有醛基，在核磁共振氢谱图上只有3组峰，峰面积之比为2∶2∶1，说明含有三种不同化学环境的氢原子，且氢原子的个数之比为2∶2∶1，符合上述条件的结构简式为BrCH2CH2CHO，其名称为3⁃溴丙醛。3.(2025·深圳高三阶段练习)催化剂F的分子式为C5H9NO2，M是F的同分异构体，写出一种同时满足下列条件的M的结构简式：。①无环状结构，含有氨基；②能发生银镜反应；③核磁共振氢谱峰面积之比为3∶2∶2∶2。答案(或)解析M的分子式为C5H9NO2，不饱和度为2，根据题给条件②能发生银镜反应说明有—CHO或—OOCH，再结合①M无环状结构说明M中含有两个—CHO或一个—OOCH、一个碳碳双键，且有—NH2，再结合③核磁共振氢谱峰面积之比为3∶2∶2∶2可知M的结构简式为或。4.[2024·安徽，18(5)]的同分异构体中，同时满足下列条件的有种(不考虑立体异构)，写出其中一种同分异构体的结构简式：。①含有手性碳②含有2个碳碳三键③不含甲基答案4、、、(任写一种)解析根据题目所给条件，同分异构体中含有2个碳碳三键，说明结构中不含苯环，结构中不含甲基，说明三键在碳链的两端，同分异构体中又含有手性碳原子，因此，可能的结构有：、、、，共4种。二、取代基在苯环上的组装例2满足以下条件的(A)的同分异构体共有种(不考虑立体异构)。①能与FeCl3溶液发生显色反应；②能使酸性高锰酸钾溶液褪色；③环上连有三个侧链，且含氧原子的不含碳原子，含碳原子的不含氧原子。写出其中一种核磁共振氢谱峰面积之比为1∶2∶2∶9的同分异构体的结构简式：。[思路分析]第一步：确定取代基A的同分异构体能与FeCl3溶液发生显色反应，则其含有酚羟基，即含有苯环且苯环上连有—OH，能使酸性高锰酸钾溶液褪色；环上连有三个侧链，且含氧原子的不含碳原子，含碳原子的不含氧原子，结合A的分子式(C10H14O2)可知三个侧链为两个—OH、一个—C4H9。第二步：利用“定二移一法”确定同分异构体数目其中—C4H9有4种结构，故共有4×6=24种同分异构体。第三步：依据核磁共振氢谱，判断分子对称性，书写结构简式同分异构体中核磁共振氢谱峰面积之比为1∶2∶2∶9，分子中有9个等效氢原子，即有3个等效—CH3，含有4种不同化学环境的氢原子，即或。答案24(或)苯环上不同类型及数目取代基的同分异构体数目判断：苯环上取代基个数和类型同分异构体数目2A、A3A、B33A、A、A3A、A、B6A、B、C10[变式训练]5.[2024·广东，20(2)节选]将3D打印制备的固载铜离子陶瓷催化材料，用于化学催化和生物催化一体化技术，以实现化合物Ⅲ的绿色合成，示意图如图(反应条件略)。化合物Ⅱ的某同分异构体含有苯环，在核磁共振氢谱图上只有4组峰，且能够发生银镜反应，其结构简式为。答案解析化合物Ⅱ的某同分异构体含有苯环，在核磁共振氢谱图上只有4组峰，且能够发生银镜反应，即有4种等效氢且含有醛基，符合条件的结构简式为。6.(2025·汕头高三一模)芳香族化合物F是C()的同分异构体，能发生加聚反应，滴入FeCl3溶液呈紫色，其核磁共振氢谱显示有五种不同化学环境的氢原子，且峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1，请写出一种符合条件的结构简式：。答案(或)解析C的结构简式为，芳香族化合物F为C的同分异构体，能发生加聚反应，说明结构中含有碳碳双键，滴入FeCl3溶液呈紫色，说明结构中含有酚羟基，核磁共振氢谱显示有五种不同化学环境的氢原子，且峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1，符合条件的结构为或。7.(2025·江门高三一模)写出同时满足下列条件的AHPA()的一种同分异构体的结构简式：。①含苯环且苯环上只有一个取代基；②红外光谱显示含氧官能团只有—OH和—CONH2；③核磁共振氢谱显示有6组峰，峰面积比为4∶2∶2∶2∶2∶1。答案解析AHPA的结构简式为，同分异构体中满足上述条件的化合物，结构中没有甲基，—CONH2为端基，有两个对称的—OH，符合条件的同分异构体为。8.(2025·佛山高三上一模)Ⅳ()的某同分异构体含有苯环和硝基，核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积比为3∶3∶1，其同分异构体有、、(写结构简式)。答案解析Ⅳ的某同分异构体含有苯环和硝基，核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积比为3∶3∶1，说明含有3种不同化学环境的氢原子且氢原子个数之比为3∶3∶1，结构对称，其同分异构体有、、。9.[2021·广东，21(5)]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(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)。答案10解析化合物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，说明除含一个羧基外还可能含有酚羟基、羧基、酯基中的一个，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，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，即和；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上时，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芳香族同分异构体共有10种。三、含其他环状结构的同分异构体例3[2024·江西，18(7)]E()的消去产物(C6H10O2)的同分异构体中，同时满足下列条件a、b和c的可能结构有种(立体异构中只考虑顺反异构)；写出只满足下列条件a和c，不满足条件b的结构简式：(不考虑立体异构)。a.能与饱和碳酸氢钠溶液反应产生CO2；b.红外光谱中有碳碳双键特征吸收峰；c.核磁共振氢谱峰面积比例为3∶3∶2∶1∶1。[思路分析](1)读题干——确定元素及不饱和度：C—6个，H—10个，O—2个，Ω=2。(2)解读限制条件，确定“碎片”：—COOH、、2个—CH3、1个饱和C。核磁共振氢谱图峰面积之比(氢原子个数比)3∶3不相同的2个—CH32—CH2或11个—COOH1或(3)有序组装，确定结构(依据等效氢判断)满足条件a、b和c的可能结构有9种。满足条件a和c，不满足条件b：不含碳碳双键，应含有1个—COOH、2个不相同的—CH3和1个三元碳环，故结构简式为。答案9[变式训练]10.[2024·浙江6月选考，21(6)]写出4种同时符合下列条件的化合物B(CH3COCH2CH2COOCH3)的同分异构体的结构简式：。①分子中有2种不同化学环境的氢原子；②有甲氧基(—OCH3)，无三元环。答案、、、(其他符合条件的结构也可)解析B为CH3COCH2CH2COOCH3，同分异构体中有2种不同化学环境的氢原子，说明其结构高度对称，有甲氧基(—OCH3)，无三元环，符合条件的结构简式为、、、等。11.[2023·浙江1月选考，21(6)]写出3种同时符合下列条件的化合物C()的同分异构体的结构简式：。①分子中只含一个环，且为六元环；②1H⁃NMR谱和IR谱检测表明：分子中共有2种不同化学环境的氢原子，无氮氮键，有乙酰基()。答案(任写3种即可)解析化合物C的同分异构体：①分子中只含一个环，且为六元环；②1H⁃NMR谱和IR谱检测表明：分子中共有2种不同化学环境的氢原子，无氮氮键，有乙酰基()，除乙酰基外只有一种氢，则六元