2020届一轮复习新课改省份专版9-6题型研究（1）同分异构体的书写、判断与原子共线共面学案

2020届一轮复习新课改省份专版9-6题型研究（1）同分异构体的书写、判断与原子共线共面学案

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。‎ ‎[典例1]　(2016·全国卷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 ‎[解析]　有机物C4H8Cl2的碳骨架有两种结构： ‎ C—C—C—C，。‎ ‎(1)碳骨架为C—C—C—C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”。‎ ‎①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、C2H2、C2H4等分子的一卤代物只有一种。‎ ‎②丁烷、丁炔、丙基、丙醇均有2种不同结构。‎ ‎③戊烷、丁烯、戊炔均有3种不同结构。‎ ‎④丁基、C8H10(芳香烃)均有4种不同结构。‎ ‎⑤己烷、C7H8O(含苯环)均有5种不同结构。‎ ‎⑥戊基、C9H12(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(C6H4Cl2)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，其一元取代物就有几种。‎ ‎[典例2]　分子式为C8H9Cl且含有苯环的同分异构体数目为(　　)‎ A．10种 B．12种 C．14种 D．18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—C2H4Cl，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—CH2Cl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，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 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Ⅱ)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3∶2∶2∶1的结构简式为________、________。‎ ‎(2)(2016·全国卷Ⅰ)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3∶2∶2∶‎ ‎1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—CH2CH2COOH、—COOH和—CH(CH3)COOH、—CH2COOH和—CH2COOH、—CH3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4×3＝12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 ‎①根据限定条件确定同分异构体中所含官能团。‎ ‎②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。‎ ‎③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。‎ ‎①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。‎ ‎②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)；乙酸某酯：；苯甲酸某酯：‎ ‎[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(　　)‎ A．C5H12与C2H6O B．C4H10与C3H6‎ C．C2H2Cl4与CH2Cl2 D．CH2O与C2H4O2‎ 解析：选B　C5H12有正戊烷、异戊烷、新戊烷三种，C2H6O有CH3CH2OH、CH3OCH3两种，A项不符合题意；C4H10有正丁烷、异丁烷两种，C3H6有丙烯、环丙烷两种，B项符合题意；C2H2Cl4有CHCl2CHCl2、CH2ClCCl3两种，CH2Cl2只有一种结构，C项不符合题意；CH2O没有同分异构体，C2H4O2有CH3COOH、HCOOCH3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)(　　)‎ A．7种 B．8种 C．9种 D．10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HOOC—C4H8—COOH，‎ 有HOOCCH2CH2CH2CH2COOH、‎ HOOCCH(CH3)CH2CH2COOH、‎ HOOCCH(CH3)CH(CH3)COOH、‎ HOOCCH(COOH)CH2CH2CH3、‎ HOOCCH2CH(CH3)CH2COOH、‎ 共9种。‎ ‎3．(1)符合下列3个条件的的同分异构体有________种。①与FeCl3溶液显色；②苯环上只有两个取代基；③1 mol该物质最多消耗3 mol NaOH，其中氢原子共有五种不同环境的是______________(写结构简式)。‎ ‎(2)同时满足下列条件：①与FeCl3溶液发生显色反应；②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)同分异构体符合下列条件：‎ ‎①与FeCl3溶液显色，说明含有酚羟基；②苯环上只有两个取代基；③1 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—、(CH3)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 ‎(2)同分异构体同时满足下列条件：①与FeCl3溶液发生显色反应；②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：—COOCH3、—OOCCH3、—CH2COOH、—CH2OOCH、—OCH2CHO、—COCH2OH、—CHOHCHO 7种，故同分异构体有3×7＝21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 ‎(1)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(　　)‎ A．CH3CH===CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上 B．a()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，CH3CH===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—CH3，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。‎ ‎2．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(　　)‎ A．10个 B．9个 C．8个 D．6个 解析：选A　该有机物分子结构中存在2个平面，即，转动①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。‎