高三化学一轮复习讲义 58　第一篇　第五部分　专题9　第45讲　有机化合物的空间结构(能力课)

第45讲有机化合物的空间结构(能力课)1．掌握有机化合物中共线与共面原子个数的判断。2．掌握有机化合物同分异构体的书写与判断。有机化合物的共线、共面分析1．理解五种基本模型(1)分子中碳原子若以四个单键与其他原子相连，则所有原子一定不能共平面，如CH3Cl、甲烷分子中最多有3个原子处在一个平面上。(2)含有，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CH2CHCl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，如溴苯()中所有原子也仍然共平面。含有的对角线一定有4个原子共线。(4)含有—C≡C—，至少4个原子一定共线，乙炔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≡C—Br中所有原子仍然共线。(5)含有结构，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COCl2中所有原子仍然共平面。2．把握三种组合(1)直线形结构与平面形结构连接。如苯乙炔：，所有原子共平面。(2)平面形结构与平面形结构连接。如苯乙烯：，分子中共平面原子至少12个，最多16个。(3)平面形结构与四面体形结构连接。如果甲基与平面结构通过单键相连，则由于单键的旋转性，甲基的一个氢原子可能暂时处于这个平面上。3．注意多种限制条件(1)要注意碳碳单键可以旋转，而碳碳双键、三键不能旋转，如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。如分子中所有原子一定共面。(2)注意题目要求中“可能”“一定”“最多”“至少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。如分子中所有原子可能共平面，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。(2023·南通模拟)化合物Z是合成某种抗结核候选药物的重要中间体，可由下列反应制得。下列有关说法正确的是()A．X在过量NaOH溶液中加热，所得的有机物中含手性碳原子B．Y分子中碳原子的杂化类型有两种C．分子中，所有原子一定共平面D．Z在铜催化作用下加热，生成的有机物能发生银镜反应快速判断共线、共面问题(1)结构中出现任何1个饱和碳原子，则分子中所有原子不可能共面。(2)结构中出现任何1个碳碳双键，则分子中至少有6个原子共面。(3)结构中出现任何1个碳碳三键，则分子中至少有4个原子共线。(4)结构中出现任何1个苯环，则分子中至少有12个原子共面。1．(2024·桂林模拟)化合物Y是某种药物的中间体，可通过如下转化合成。下列说法正确的是()A．X分子中的所有碳原子在同一平面上B．Y分子中碳原子的轨道杂化方式有2种，分别为sp2杂化和sp3杂化C．可以用银氨溶液检验Y中是否含有XD．Y可以发生加成、取代、氧化反应2．化工原料Z是X与HI反应的主产物，X→Z的反应机理如图：下列说法正确的是()A．X分子中所有碳原子位于同一平面上B．Y与Z中碳原子杂化轨道类型相同C．X与Z分子中均含有1个手性碳原子D．X与HI反应有副产物CH3CH2CH2CH2I产生同分异构体的书写与数目的确定1．同分异构体的分类(1)碳链异构根据“减碳”法确定碳链异构如：①C1、C2、C3烷烃各有一种。②C4、C5、C6烷烃分别有2、3、5种。(2)位置异构(3)官能团异构如：①CnH2n(n≥3)：烯烃和环烷烃。②CnH2n－2(n≥4)：二烯烃和炔烃。③CnH2n＋2O(n≥2)：饱和一元醇和饱和一元醚。④CnH2n－6O(n>6)：芳香醇、芳香醚与酚。⑤CnH2nO(n≥3)：饱和一元醛、烯醇、环氧烷、饱和一元酮。⑥CnH2nO2(n≥2)：饱和一元羧酸、饱和一元羧酸与饱和一元醇形成的酯等。⑦CnH2n＋1O2N(n≥2)：氨基酸、硝基烷。⑧Cn(H2O)m：单糖或二糖。(4)立体异构其中：X1与Y1、X2与Y2不相同，X1与X2可以相同，Y1与Y2可以相同。②对映异构：如，其中X、Y、Z、W各不相同。2．同分异构体数目的确定技巧(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。如的一氯代烷有3种。②烷基种数法：烷基有几种，一元取代产物就有几种。如—CH3、—C2H5各有1种，—C3H7有2种)，—C4H如C4H10O的醇有4种，C5H10O2的羧酸有4种。(2)替代法如二氯苯C6H4Cl2的同分异构体有3种，四氯苯(C6H2Cl4)的同分异构体也有3种(将Cl替代H)。(3)芳香族化合物同分异构体数目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—X、—X、—Y3个取代基，其结构有6种。④若苯环上连有—X、—Y、—Z3个不同的取代基，其结构有10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。如的苯环上氢原子被—C4H9取代所形成的结构有12种。(5)组合法A—(m种)与B—(n种)连接形成A—B结构有m×n种。如C5H10O2的酯：HCOO—与C4H9—形成的酯有1×4＝4种；CH3COO—与C3H7—形成的酯有1×2＝2种；C2H5COO—与C2H5—形成的酯有1×1＝1种；C3H7COO—与CH3—形成的酯有2×1＝2种，共9种。3．二元取代物的书写与数目确定二元取代物的书写可采用“定一移一”法，即可固定一个取代基的位置，再移动另一个取代基的位置可以确定同分异构体的数目。如：的二氯代物有12种：(2022·辽宁卷，T19节选)化合物I(C10H14O)的同分异构体满足以下条件的有________________种(不考虑立体异构)。ⅰ．含苯环且苯环上只有一个取代基ⅱ．红外光谱无醚键吸收峰其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的结构简式为________________________________(任写一种)。第一步：根据限定条件确定结构含有碎片基团ⅰ．含苯环且苯环上只有一个取代基即。ⅱ．红外光谱无醚键吸收峰，分子式为C10H14O可确定含有—OH。第二步：将碎片基团组装成同分异构体该有机物的碳链结构有四种：(1、2、3、4均表示羟基的连接位置)，所以满足条件的化合物I的同分异构体共有12种。其中，苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子，且个数比为6∶2∶1的同分异构体应含有两个等效的甲基，则其结构简式为。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，也可以是烃基(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。——同分异构体数目的确定1．环辛烯衍生物A与四嗪B的生物正交反应过程为(—Ph为苯基)。下列说法错误的是()A．A中有一个手性碳，双键为顺式构型B．B中杂环上四个氮原子共平面C．C的结构简式为D．D中苯环上的一氯代物有6种2．一种2-甲基色酮内酯(Y)可通过下列反应合成，下列说法正确的是()A．一定条件下，X可以发生加成、缩聚、消去、氧化反应B．X、Y分子中所有碳原子均可能处于同一平面C．1molX最多能与含4molBr2的浓溴水发生反应D．Y与H2完全加成，产物分子中含有6个手性碳原子3．化合物Y是一种药物中间体，其合成路线中的一步反应如下图，下列说法正确的是()A．X与互为顺反异构体B．X与在一定条件下反应有副产物生成C．1molY最多消耗H2和最多消耗NaOH的物质的量之比为3∶1D．Y分子中含有1个手性碳原子——有限定条件的同分异构体书写与数目4．符合下列条件的B(C8H8O2)的同分异构体有________________种。①含有酚羟基；②能发生银镜反应；③含有五种化学环境的氢。5．(2024·江苏海安高级中学12月月考)写出同时满足下列条件的的一种同分异构体的结构简式：___________________________________________________________________________________________。①能发生水解反应；②遇FeCl3溶液显紫色；③含有苯环；④1H核磁共振谱显示为四组峰，且峰面积比为9∶6∶2∶1。6．(2024·江苏苏州市名校大联考)写出同时满足下列条件的的一种同分异构体X的结构简式：________________________________________________________________________________________________________________________________________。①分子中含有手性碳原子，且1molX与浓溴水反应，可消耗3molBr2；②酸性条件下水解产物中属于芳香族化合物的分子1H核磁共振谱只有两组峰。1．(2023·山东卷，T7)抗生素克拉维酸的结构简式如图所示，下列关于克拉维酸的说法错误的是()A．存在顺反异构B．含有5种官能团C．可形成分子内氢键和分子间氢键D．1mol该物质最多可与1molNaOH反应2．(2023·江苏卷，T9)化合物Z是合成药物非奈利酮的重要中间体，其合成路线如下：下列说法正确的是()A．X不能与FeCl3溶液发生显色反应B．Y中的含氧官能团分别是酯基、羧基C．1molZ最多能与3molH2发生加成反应D．X、Y、Z可用饱和NaHCO3溶液和2%银氨溶液进行鉴别3．(2022·湖南卷，T19节选)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________________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_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。4．(2023·湖北卷，T17)碳骨架的构建是有机合成的重要任务之一。某同学从基础化工原料乙烯出发，针对二酮H设计了如下合成路线：回答下列问题：(1)由A→B的反应中，乙烯的碳碳________________(填“π”或“σ”)键断裂。(2)D的同分异构体中，与其具有相同官能团的有________________种(不考虑对映异构)，其中核磁共振氢谱有三组峰，峰面积之比为9∶2∶1的结构简式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)E与足量酸性KMnO4溶液反应生成的有机物的名称为________________、________________。(4)G的结构简式为____________________________________________________________________________