1、1第 6 课时 题型研究(1)同分异构体的书写、判断与原子共线共面题型一 同分异构体的书写与判断限定条件下，同分异构体的书写与种数判断是每年有机部分命题的必考内容。题型有选择题和填空题两种。在选择题中的命题方式是结合有机物的键线式判断不同物质是否是同分异构体或种数判断；填空题均出现在选修大题中，其命题方式是按照题目限制的要求进行有机物结构的书写或判断同分异构体数目。要求书写的有机物的结构一般具有较强的对称性结构特点，备考复习中应充分注意这一特征。考 法 一 同 分 异 构 体 数 目 的 判 断典例 1 (2016全国卷)分子式为 C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)( )A7 种 B8
2、 种C9 种 D10 种解析 有机物 C4H8Cl2的碳骨架有两种结构：CCCC， 。(1)碳骨架为 CCCC 的同分异构体有(2)碳骨架为 的同分异构体有则 C4H8Cl2的同分异构体共有 9 种。答案 C备考方略 “四法”速判同分异构体数目(1)识记法熟记下列常考的同分异构体模型，有助于考生在考试中实现“秒答” 。只含一种化学环境的氢原子的分子：如甲烷、乙烷、新戊烷(可看作 CH4的四甲基取2代物)、2,2,3,3四甲基丁烷(可看作乙烷的六甲基取代物)、苯、环己烷、C 2H2、C 2H4等分子的一卤代物只有一种。丁烷、丁炔、丙基、丙醇均有 2 种不同结构。戊烷、丁烯、戊炔均有 3 种不同结
3、构。丁基、C 8H10(芳香烃)均有 4 种不同结构。己烷、C 7H8O(含苯环)均有 5 种不同结构。戊基、C 9H12(芳香烃)均有 8 种不同结构。(2)基元法以烃基为基元，该烃基对应烷烃的一元取代物的同分异构体数目与烃基的同分异构体数目相等。(3)换元法此法适用于确定烃的多元取代物的同分异构体数目。如二氯苯(C 6H4Cl2)有 3 种同分异构体，四氯苯也有 3 种同分异构体(将 H 原子与 Cl 原子交换)。(4)等效氢法有机物分子中，位置等同的氢原子叫等效氢原子。同一碳原子上的氢原子等效；同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。有几种等效氢，其一元取
4、代物就有几种。考 法 二 含 苯 环 结 构 同 分 异 构 体 数 目 的 判 断典例 2 分子式为 C8H9Cl 且含有苯环的同分异构体数目为( )A10 种 B12 种C14 种 D18 种解析 分子式为 C8H9Cl 且含有苯环，如果苯环上只有一个取代基，即C 2H4Cl，相当于乙基中的一个氢原子被氯原子取代，有 2 种结构；如果含有两个取代基，则为氯原子和乙基或CH 2Cl 和甲基，在苯环上均有邻、间、对三种位置，共计 6 种；如果含有 3 个取代基，则为氯原子和 2 个甲基，当 2 个甲基位于邻位时，有 2 种结构，当 2 个甲基位于间位时，有 3 种结构，当 2 个甲基位于对位时
5、，有 1 种结构，共计 14 种。答案 C备考方略 含苯环结构同分异构体的判断方法涉及苯环结构的同分异构体判断时，需要根据对称性原则，各类型的对称性归纳如下(图中相同数字的为对称位置)。(1)无取代基和 1 个取代基3无取代基时，苯环上只存在 1 种化学环境的氢原子。有 1 个取代基时，以该取代基所在碳原子与对位碳原子所构成的直线为对称轴，两侧邻位和间位碳原子分别处于对称位置，苯环上共存在 3 种化学环境的氢原子。(2)2 个取代基有 2 个相同取代基时，2 个取代基有邻、间、对 3 种位置关系，其中 2 个取代基处于邻位时，苯环上存在 2 种化学环境的氢原子；2 个取代基处于间位时，苯环上存
6、在 3 种化学环境的氢原子；2 个取代基处于对位时，苯环上存在 1 种化学环境的氢原子。有 2 个不同取代基时，2 个取代基处于邻、间、对位时，苯环上分别有 4 种、4 种、2 种化学环境的氢原子。(3)3 个取代基有 3 个相同取代基时，3 个取代基有连、均、偏 3 种位置关系，苯环上分别有 2 种、1种、3 种化学环境的氢原子。考法三 限定条件下同分异构体的判断与书写典例 3 (1)(2017全国卷)L 是 D( )的同分异构体，可与 FeCl3溶液发生显色反应，1 mol 的 L 可与 2 mol 的 Na2CO3反应，L 共有_种；其中核磁共振氢谱为四组峰，峰面积比为 3221 的结构
7、简式为_、_。(2)(2016全国卷)具有一种官能团的二取代芳香化合物 W 是 E()的同分异构体，0.5 mol W 与足量碳酸氢钠溶液反应生成44 g CO2，W 共有_ 种同分异构体(不含立体异构 )，其中核磁共振氢谱有 3 组峰的同分异构体的结构简式为_。解析 (1) 的分子式为 C7H8O2，由题中信息可知 L 的分子结构中含有 2 个酚羟基和 1 个甲基，当两个酚羟基处于邻位时，苯环上甲基的位置有 2 种；当两个酚羟基处于间位时，苯环上甲基的位置有 3 种；当两个酚羟基处于对位时，苯环上甲基的位置有 1 种，故满足条件的 L 共有 6 种。其中核磁共振氢谱为四组峰，且峰面积比为43
8、221 的结构简式为(2)W 为二取代芳香化合物，是 E 的同分异构体，则苯环上有 2 个取代基，0.5 mol W与足量碳酸氢钠溶液反应生成 44 g CO2，说明 W 分子结构中含有 2 个COOH，而取代基可能有 4 种不同结构，分别为COOH 和CH 2CH2COOH、COOH 和CH(CH 3)COOH、CH 2COOH和CH 2COOH、CH 3和CH(COOH) 2，这些取代基在苯环上都可能存在邻、间、对三种位置，故 W 可能的结构种类为 4312 种，其中核磁共振氢谱有 3 组峰的结构简式为备考方略 限定条件下同分异构体的书写(1)思维流程根据限定条件确定同分异构体中所含官能团
9、。结合所给有机物有序思维：碳链异构官能团位置异构官能团类别异构。确定同分异构体种数或根据性质书写结构简式。(2)注意事项限定范围书写和补写同分异构体，解题时要看清所限范围，分析已知几个同分异构体的结构特点，对比联想找出规律补写，同时注意碳的四价原则和官能团存在位置的要求。芳香族化合物同分异构体a烷基的类别与个数，即碳链异构。b若有 2 个侧链，则存在邻、间、对三种位置异构。具有官能团的有机物一般的书写顺序：碳链异构官能团位置异构官能团类别异构。书写要有序进行，如书写酯类物质的同分异构体时，可采用逐一增加碳原子的方法。如 C8H8O2含苯环的属于酯类的同分异构体为甲酸某酯： (邻、间、对)；乙酸
10、某酯： ；苯甲酸某酯：5综合训练1下列各组有机物的同分异构体种数相同的一组是( )AC 5H12与 C2H6O BC 4H10与 C3H6CC 2H2Cl4与 CH2Cl2 DCH 2O 与 C2H4O2解析：选 B C 5H12有正戊烷、异戊烷、新戊烷三种，C 2H6O 有 CH3CH2OH、CH 3OCH3两种，A 项不符合题意；C 4H10有正丁烷、异丁烷两种，C 3H6有丙烯、环丙烷两种，B 项符合题意；C2H2Cl4有 CHCl2CHCl2、CH 2ClCCl3两种，CH 2Cl2只有一种结构，C 项不符合题意；CH 2O 没有同分异构体，C 2H4O2有 CH3COOH、HCOOC
11、H 3等异构体，D 项不符合题意。2分子式为 C6H10O4，且能与 NaHCO3反应的只含一种官能团的有机物共有(不含立体异构)( )A7 种 B8 种C9 种 D10 种解析：选 C 分子式为 C6H10O4，且能与 NaHCO3反应的只含一种官能团的有机物为己二酸，即 HOOCC4H8COOH，有 HOOCCH2CH2CH2CH2COOH、HOOCCH(CH3)CH2CH2COOH、HOOCCH(CH3)CH(CH3)COOH、HOOCCH(COOH)CH2CH2CH3、HOOCCH2CH(CH3)CH2COOH、共 9 种。3(1)分子式为 C5H8O4能同时满足下列条件的共有_种(不
12、含立体异构)；能与饱和 NaHCO3溶液反应产生气体既能发生银镜反应，又能发生皂化反应其中核磁共振氢谱显示为 3 组峰，且峰面积比为 611 的是_(写结构简式)。(2)符合下列 3 个条件的 的同分异构体有_种。与FeCl3溶液显色；苯环上只有两个取代基；1 mol 该物质最多消耗 3 mol NaOH，其中氢6原子共有五种不同环境的是_(写结构简式)。(3)同时满足下列条件：与 FeCl3溶液发生显色反应；苯环上有两个取代基、含C=O 的 的同分异构体有_种(不包括立体异构)；其中核磁共振氢谱为 4 组峰、能水解的物质的结构简式为_。解析：(1)分子式为 C5H8O4的有机物，能与饱和 N
13、aHCO3溶液反应产生气体，说明分子结构中含有羧基；既能发生银镜反应，又能发生皂化反应，说明含有酯基和醛基，符合条件的结构有共 5 种。其中核磁共振氢谱显示 3 组峰，且峰面积比为 611 的结构为(2)同分异构体符合下列条件：与 FeCl3溶液显色，说明含有酚羟基；苯环上只有两个取代基；1 mol 该物质最多消耗 3 mol NaOH，说明另一个取代基为 RCOO，该取代基为 CH3CH2CH2COO、(CH 3)2CHCOO，这两种取代基都与酚羟基有邻、间、对 3 种位置关系，所以符合条件的同分异构体有 6 种，其中氢原子共有五种不同环境的是(3)同分异构体同时满足下列条件：与 FeCl3
14、溶液发生显色反应；苯环上有两个取代基、含 C=O，苯环上邻、间、对 3 种： ，侧链有同分异构体：COOCH 3、OOCCH3、CH 2COOH、CH 2OOCH、OCH 2CHO、COCH 2OH、CHOHCHO 7 种，故同分异构体有 3721 种；核磁共振氢谱为 4 组峰、能水解的物质，即 4 种化学环境的 H，只有苯环上对位(3 种 H)、侧链上 1 种 H(上述前两种)才符合条件，其结构简式为7和题型二 有机物分子中原子共线、共面问题的判断有机化合物不仅有一定的分子组成，还有一定的空间结构，其性质和结构也是紧密相关的，有机物的空间构型，特别是分子中的原子共直线、共平面问题，是高考常考
15、的内容之一，因此，复习原子共面、共线问题时，可抓住 4 种典型物质(甲烷、乙烯、乙炔、苯)的结构特点，进行知识的组装、迁移应用。复杂分子一般都是由小分子组合而成，虽然高考涉及的分子并不是特别复杂，但由于陌生度高，考生会出现一时的解题障碍，平时训练中要多注意分子的组装与拆解，运用数学上立体几何的相关知识，就可以解决陌生有机物中原子共线、共面问题。重难点拨1四种典型物质的结构模型物质 结构 模型甲烷 正四面体结构，最多有 3 个原子共面乙烯 平面结构，6 个原子位于同一平面苯 平面正六边形结构，12 个原子位于同一平面乙炔 直线形结构，4 个原子位于同一个直线2判断共线、共面问题思考的角度8(1)
16、展开空间构型其他有机物可看作甲烷、乙烯、苯三种典型分子中的氢原子被其他原子或原子团代替后的产物，但这三种分子的空间结构基本不变，如 CH2=CHCl，可看作氯原子代替了原有乙烯分子中氢原子的位置。(2)单键旋转思想典例 下列说法正确的是( )ACH 3CH=CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上Ba( )和 c( )分子中所有碳原子均处于同一平面上C异丙苯( )中碳原子可能都处于同一平面D化合物 (b)、 (d)、 (p)中只有 b 的所有原子处于同一平面解析 A 项，根据乙烯的空间构型可知，CH 3CH=CHCH3分子中的四个碳原子处于同一平面，但不在同一直线上，错误。B 项，用键线式表示
17、有机物结构时，考生最容易忽略饱和碳原子的共面规律，饱和碳原子只能与另外两个相连的原子共平面，故 a 与 c 分子中所有碳原子不可能共平面，错误。C 项，异丙苯分子中有 2 个CH 3，碳原子不可能都处于同一平面，错误。D 项，d、p 分子中都存在饱和碳原子，故只有 b 的所有原子处于同一平面，正确。答案 D综合训练1下列化合物的分子中，所有原子都处于同一平面的有( )A乙烷 B甲苯C氟苯 D丙烯解析：选 C A、B、D 中都含有甲基，有四面体的空间结构，所有原子不可能共面；C项中氟原子代替苯分子中一个氢原子的位置，仍共平面。92结构简式为 的有机物分子中，处于同一平面的碳原子最多有( )A10
18、 个 B9 个C8 个 D6 个解析：选 A 该有机物分子结构中存在 2 个平面，即 ，转动处的碳碳单键，使苯环所在的平面与碳碳双键所在的平面重合时，该有机物分子中处于同一平面的碳原子最多，为 10 个，故 A 项正确。3某款香水中的香氛主要由以下三种化合物构成，下列说法正确的是( )A月桂烯分子中所有原子可能共平面B柠檬醛和香叶醇互为同分异构体C香叶醇能发生加成反应、氧化反应、酯化反应D三种有机物的一氯代物均有 7 种(不考虑立体异构)解析：选 C 月桂烯分子中有饱和碳原子，故不可能所有原子共平面，A 项错误；柠檬醛的分子式为 C10H16O，香叶醇的分子式为 C10H18O，两者分子式不同，因此不互为同分异构体，B 项错误；香叶醇分子中有碳碳双键、羟基，能发生加成反应、氧化反应、酯化反应，C 项正确；月桂烯、香叶醇的一氯代物有 7 种，柠檬醛的一氯代物有 6 种，D 项错误。10
