高考之有机化学三同分异构体

高考之有机化学三同分异构体

‎【同分异构体错题展示】‎ ‎1．（2016课标Ⅱ）分子式为C4H8Cl2的有机物共有（不含立体异构）‎ A． 7种B．8种C．9种D．10种 ‎【答案】C ‎2．（2015课标Ⅱ）分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有(不含立体异构) （ ）‎ A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 ‎【答案】B ‎【解析】分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体，这说明该有机物是饱和的一元羧酸，即分子组成为C4H9—COOH，丁基有4种，分别是CH3CH2CH2CH2—、(CH3)2CHCH2—、(CH3)3C—、CH3CH2CH(CH3)—，所以该羧酸也有4种，答案选B。‎ 有关同分异构体解答错误的原因是：‎ ‎⑴　不知道书写同分异构体的步骤 ‎⑵　不知道同分异构体的书写方法;‎ ‎⑶　不会判断有限制条件的情况下同分异构体的书写。‎ ‎【名师点拨】‎ 同分异构体是指分子式相同而结构式不同的物质之间的互称。‎ 关键要把握好以下两点：‎ ‎1. 分子式相同 ‎2. 结构式不同：‎ ‎（1）碳链异构（烷烃、烷烃基的碳链异构）‎ ‎（2）位置异构（官能团的位置异构）‎ ‎（3）官能团异构（官能团的种类异构）‎ 同分异构体的书写步骤一般为： 碳链异构 → 位置异构官→能团异构 ‎ ‎1. 碳链异构 基本方法：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边（烃基不能到端），排布由邻位到间位，再到对位（或同一个碳原子上）。‎ 位置：指的是支链或官能团的位置。‎ 排布：指的是支链或官能团的排布。‎ 例如：己烷（C6H14）的同分异构体的书写方法为：‎ ⑴ ‎ 写出没有支链的主链。 CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3‎ ‎⑵ 写出少一个碳原子的主链，将这个碳原子作为支链，该支链在主链上的位置由心到边，但不能到端。‎ ‎⑶ 写出少两个碳原子的主链，将这两个碳原子作为支链连接在主链上碳原子的邻位、间位或同一个碳原子上。‎ 故己烷（C6H14）的同分异构体的数目有5种。‎ ‎2. 位置异构 ‎⑴　烯炔的异构(碳链的异构和双键或叁键官能团的位置异构)‎ ‎ 方法：先写出所有的碳链异构，再根据碳的四键，在合适位置放双键或叁键官能团。‎ ‎⑵　苯同系物的异构(侧链碳链异构及侧链位置“邻、间、对”的异构) ‎ 例请写出如C9H12属于苯的同系物的所有同分异构体 ‎ 苯的同系物，必有苯环，还有3个碳原子，这3个碳原子可以是一个丙基，丙基有2种；也可以是2个取代基，1个甲基、1个乙基，有邻、间、对3种；也可是3个取代基，这3个甲基可相邻，也可两邻一间，也可3个间位，共有8种。‎ ‎【注意】苯环上有两个取代基时有3种，苯环上连三个相同取代基有3种、连三个不同取代基有10种 ‎3. 类别异构(指有机物分子中的官能团不同或有机物类别不同而造成的异构)。‎ 各类有机物异构体情况见下表：‎ 有机物通式 可能类别 实 例 CnH2n+2‎ 只能是烷烃，异构类别只有碳架异构 CH3CH2CH2CH2CH3，CH3CH(CH3)CH2CH3，C(CH3)4‎ CnH2n 单烯烃、环烷烃 CH2=CHCH2CH3，CH3CH=CHCH3，CH2=C(CH3)2，CH2=CH2，‎ ‎ ‎ CnH2n-2‎ 炔烃、二烯烃 CH CCH2CH3，CH3C CCH3，CH2=CH—CH=CH2‎ CnH2n-6‎ 芳香烃(苯及其同系物)‎ CnH2n+2O 饱和脂肪醇、醚 CH3CH2CH20H，CH3CH(0H)CH3，CH30CH2CH3‎ CnH2nO 醛、酮、环醚、环醇、烯基醇 CH3CH2CH0，CH3COCH3，CH=CHCH20H，‎ ‎，‎ CnH2nO2‎ 羧酸、酯、羟醛、羟基酮 CH3CH2C00H，CH3C00CH3、HC00CH2CH3，HOCH2CH2CH0、CH3CH(OH)CHO，CH3COCH20H CnH2n-6O 酚、芳香 醇、芳香醚 CnH2n+1NO2‎ 硝基烷，氨基酸 CH3CH2N02、H2N—CH2C00H Cn(H2O)m 糖类 C6H12O6：CH2OH(CHOH)4CHO，CH20H(CHOH)3COCH20H C12H22011：蔗糖、麦芽糖 ‎ ⑴　记忆法 ‎ ①　碳原子数目1～5的烷烃异构体数目：甲烷、乙烷、丙烷均无异构体，丁烷有二种异构体，戊烷有三种异构体。‎ ‎②　碳原子数1～5的一价烷基：甲基一种(-CH3)，乙基一种(-CH2-CH3)、丙基二种-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2]，‎ ‎-CH2CH(CH3)2 、-C(CH3)3]]，‎ 戊基八种 ‎ ⑵　基团连接法：将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。‎ ‎ 如：丁基有四种，丁醇(看作丁基与羟基连接而成)也有四种：戊醛、戊酸(分别看作丁基跟醛基、羧基连接物)也分别有四种。‎ ‎ 再如：C9H12的芳香烃(可看作一价苯基跟丙基、二价苯基跟一个甲基和一个乙基、三价苯基跟三个甲基连接而得)共有8种。‎ ‎ ⑶　换位思考法：将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。‎ ‎ 如：乙烷分子中共有6个H原子，若有一个氢原子被C1原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷有多少种?假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H原子，而H原子看成Cl原子，其情况跟一氯乙烷完全相同．故五氯乙烷也有一种结构。同理：二氯乙烷有二种结构，四氯乙烷也有二种结构。‎ ‎ 又如：二氯苯有三种，四氯苯也有三种。‎ ‎ ⑷　等效氢原子法(又称对称法)：分子中等效氢原子有如下情况：‎ ‎ ①　分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效。‎ ‎ ②　同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效。‎ 如新戊烷(可以看作四个甲基取代了甲烷分子中的四个氢原子而得)，其四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个H原子是等效的。‎ ‎ ③　分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时．物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个H原子是等效的。‎ ‎ 利用等效氢原子关系，可以很容易判断出有机物的一元取代物异构体数目。其方法是先观察分子中互不等效的氢原子有多少种，则一元取代物的结构就有多少种。如新戊烷(2,2,3,3-四甲基丁烷)的一氯代物只有一种；丙烷的一氯代物有2种，(CH3-CH2-CH3)中两个甲基上的6个H原子等效，亚甲基上的二个氢原子等效，分子中共2种不等效H原子)。‎ 例．（2014课标Ⅰ）下列化合物中同分异构体数目最少的是( )‎ A．戊烷 B．戊醇 C．戊烯 D．乙酸乙酯 ‎【答案】A ‎【解析】判断化合物的同分异构体数目的多少，首先要掌握各类物质的分子式通式和该物质的分子式、同分异构体的概念；然后再加以应用。在书写同分异构体时要按照一定的规律和顺序进行，即先写同类的、再写不同类型的。同类的同分异构体进行书写时，碳链由长到短，支链由整到散。位置由边到中间 等。对于烃的衍生物，分析清楚每一种碳链结构中的H原子的类型，把取代基取代该种H原子就得到相应的种类的同碳链结构的异构体。等等这样既不会重写，也不会漏写，就可以完整准确得快速找到各种化合物的同分异构体的种类数。最后根据种类数目的多少得到该题目的答案。A．戊烷有三种同分异构体，它们是CH3CH2CH2CH2CH3; ;；B、饱和一元醇的分子式通式是CnH2n+2O,可看作是烷烃分子中的H原子被羟基（—OH）取代的产物。戊醇中共有8种同分异构体，它们是把戊烷的三种同分异构体中的不同种类的H原子取代为—OH得到的。CH3CH2CH2CH2CH3有3种H原子；;有4种H原子，有1种H原子。因此戊醇的同分异构体的种类是3+4+1=8类；C、戊烯的同分异构体有共有9种。同类的有5种，包括：CH2=CHCH2CH2CH3 ; CH3CH=CHCH2CH3 ;; ; ; 由于烯烃与环烷烃的分子式通式都是CnH2n.因此环烷烃类的同分异构体还有4种：;;;.因此一共含有的同分异构体种类是：5+4=9种。D、乙酸乙酯的分子式是C4H8O2,符合通式CnH2nO2的物质常见的有饱和一元羧酸和饱和一元酯。饱和一元羧酸类的同分异构体有2种：CH3CH2CH2COOH；，同分异构体6种。饱和一元酯类的有4种：HCOOCH2CH2CH3；；CH3COOCH2CH3 ; CH3CH2COOCH3 ;故其同分异构体种数是2+4=6。可见同分异构体数目最少的是戊烷。选项为A。‎ ‎【深度探究】‎ 一.确定符合某分子式且又具有某些结构特点、性质或含有某种官能团等限制条件的同分异构体。‎ 例1.在C3H9N中，N原子以三个单链与其他原子相连接，它具有的同分异构体数目为( )。‎ A．1 B．2 C．3 D．4‎ ‎【答案】D ‎【解析】从题给信息可知：N原子以3个单链与其他原子相连，而3个碳原子的碳链只有一种排列方式，如果把C3H9N中的N看作为-NH2，则可以得到CH3CH2CH2NH2和两种同分异构体，结合题给信息可推断出和两种异构体。‎ 例2.通常，烷烃可以由相应的烯烃经催化加氢得到。但是，有一种烷烃A，分子式C9H20，它却不能由任何C9H18的烯烃催化加氢得到。而另有A的三个同分异构体B1、B2，、B3,却分别可由而且只能由1种自己相应的烯烃催化加氢得到。请在下面填入A、B1、B2、B3的结构简式 A1______________，Bl：_____________，B2______________，B3：_____________ 。‎ ‎【答案】A：(CH3)3CCH2C（CH3）3‎ B1：（CH3）3C-C（CH3）2-CH2CH3‎ B2：（CH3CH2）4C B3：（CH3）2CHC（CH3）2CH（CH3）2‎ ‎.‎ 二.给予某种信息，根据信息迁移确定同分异构体的结构数目或结构简式。‎ 例3 有机物A的碳架结构如下图所示。已知立方烷(C8H8)与互为同分异构体，请写出与有机物A互为同分异构体、且属于醛类的结构简式：‎ ‎(1)________ 、(2)________、(3)______、(4)_________ 。‎ 解析：根据题给信息，C8H8与互为同分异构体，得出立方烷可与带有苯环的有机物互为同分异构体，由于题目要求，A的同分异构体的结构简式中必须含有醛基(-CHO)，运用“残基”思维，即C8H8O去掉一个—CHO，再去掉一个一C6H5，尚余—CH2—(残基)，便可写出C8H8O属于醛基的同分异构体的结构简式。‎ ‎【巩固训练】‎ ‎1．（2016浙江）下列说法正确的是 A．的一溴代物和的一溴代物都有4种（不考虑立体异构）‎ B．CH3CH=CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上 C．按系统命名法，化合物的名称是2,3,4-三甲基-2-乙基戊烷 D．与都是α-氨基酸且互为同系物 ‎2．（2016天津）下列对氨基酸和蛋白质的描述正确的是( ) ‎ A．蛋白质水解的最终产物是氨基酸 B．氨基酸和蛋白质遇重金属离子均会变性 C．α－氨基丙酸与α－氨基苯丙酸混合物脱水成肽，只生成2种二肽 D．氨基酸溶于过量氢氧化钠溶液中生成的离子，在电场作用下向负极移动 ‎3．（2014课标Ⅱ）四联苯的一氯代物有 A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 ‎4．（2015海南）分子式为C4H10O并能与金属钠反应放出氢气的有机物有（不含立体异构）（ ）‎ A．3种 B． 4种 C． 5种 D．6种 ‎5.3-甲基戊烷的一氯代产物有（不考虑立体异构）（ ）‎ ‎ A.3种 B.4种 C.5种 D.6种 ‎6.分子式为 C3H6Cl2的同分异构体共有(不考虑立体异构)( ) ‎ ‎ A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 ‎7.分子式为C5H11Cl的同分异构体共有（不考虑立体异构）( )‎ ‎ A． 6种 B．7种 C． 8种 D．9种.‎ ‎8.分子式为C5H12O且可与金属钠反应放出氢气的有机化合物有(不考虑立体异构) ‎ ‎ A．5种 B．6种 C．7种 D．8种 ‎9.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 ‎ A、15种      B、28种 C、32种      D、40种 ‎10.下列各组物质互为同分异构体的一组是( )。‎ A．乙醇和乙醚 B．淀粉和纤维素 C．硝基乙烷和氨基乙酸 D．乙酸和乙酸酐 ‎11.已知二氯苯的同分异构体有三种，从而可推知四氯苯的同分异构体的数目是( )。‎ A．2 B．3 C．4 D．5‎ 答案；‎ ‎1. 【答案】A ‎【解析】试题分析：A．甲苯有4种氢原子，分别是甲基上的氢和苯环邻、间、对上的氢，2-甲基丁烷也有4种氢原子，它们的一溴代物都有4种，A项正确；B．乙烯是平面形分子，键角为120°，甲基取代乙烯碳碳双键两侧上的氢原子，所以四个碳原子一定不在同一直线上，B项错误；C．按照系统命名法，选择最长的碳链为主链，该分子名称是2,3,4,4-四甲基己烷，C项错误；D．这两个有机物分子结构不相似，不能互为同系物，D项错误；答案选A。‎ ‎2. 【答案】A ‎【解析】A．蛋白质是各种氨基酸通过缩聚反应生成的高分子化合物，水解的最终产物是氨基酸，正确；B．氨基酸不具有生物活性，遇重金属离子反应不属于变性，错误；C．α－氨基丙酸与α－氨基苯丙酸混合物脱水成肽，可以生成4种二肽(α－氨基丙酸与α－氨基苯丙酸可以生成两种、α－氨基丙酸与α－氨基丙酸可生成1种、α－氨基苯丙酸与α－氨基苯丙酸可生成1种)，错误；D．氨基酸溶于过量氢氧化钠溶液中生成酸根离子，带负电荷，在电场作用下向正极移动，错误，故选A。‎ ‎3. 【答案】C ‎4. 【答案】B ‎【解析】分子式是C4H10O并能与金属Na发生反应放出氢气的物质是醇类，C4H10O可以看作是C4H10的分子中的一个H原子被羟基-OH取代，C4H10有CH3CH2CH2CH3、(CH3) 2CHCH3两种不同的结构，前者有2种不同的H原子，后者也有2种不同的H原子，它们分别被羟基取代，就得到一种醇，因此符合该性质的醇的种类是4种，选B。‎ ‎5. 【答案】B ‎【解析】3-甲基戊烷的结构简式为CH3CH2CH（CH3）CH2CH3，分子结构中有4种氢原子，故一氯代产物有4种 ‎6. 【答案】B ‎ ‎【解析】两个氯原子在一个碳原子上有两种，两个氯可以在相邻的两个碳原子上有一种，两个氯原子也可在两头的两个碳原子上，共有4种。‎ ‎7. 【答案】C ‎【解析】C5H11Cl是在戊烷的一氯取代物，戊烷有三种，戊基有8种，C5H11Cl同分异构体共有8种。‎ ‎8. 【答案】B ‎【解析】分子式为C5H12O的有机物能与金属钠反应，属于醇，是醇羟基取代了戊烷中的氢原子，戊基有8种，所以分子式为C5H12O且可与金属钠反应放出氢气的有机化合物有8种。‎ ‎9. 【答案】D ‎【解析】分子式为C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，属于饱和一元酯，若为甲酸和丁醇酯化，丁醇有4种；若为乙酸和丙醇酯化，丙醇有2种；若为丙酸和乙醇酯化，丙酸有1种；若为丁酸和甲醇酯化，丁酸有2种；故羧酸共有5种，醇共有8种。这些醇和酸重新组合可形成的酯共有 40种。‎ ‎10. 【答案】C ‎【解析】 A、D选项分子式不相同，淀粉和纤维素(C6H10O5)n中n值不同，硝基乙烷和氨基乙酸分子式相同，结构不同。‎ ‎11. 【答案】B ‎【解析】二氯苯苯环上有两个氯原子和四个氢原子，而四氯苯上有四个氯原子和两个氢原子，所以同分异构体数目应相同。‎