例谈不饱和度在解答高考有机题中的应用

龚新强

摘要： 有机物分子式和结构式的确定以及同分异构体的书写，一直是高考考查的热点内容。由于不饱和度更能揭示有机物组成和结构的本质特征，所以运用不饱和度分析有机题，比常规方法更快、更全、更准确。文章以近年来的高考真题为例说明了不饱和度在解答有机题中的主要应用。

关键词：不饱和度；有机题；高考解题方法

中图分类号：G633.8 文献标识码：B 文章编号：1006-5962（2013）06-0266-03

有机化学是高考理科综合试题的必考内容。纵观近几年的高考试题，有机化学知识约占化学试卷的20%，考查主要集中在有机物分子式的确定、同分异构体的书写、官能团的推断及性质分析等方面，而且命题者紧跟科技发展的前沿领域，许多结构新颖、用途重要的有机物在高考试卷中集中亮相，让人耳目一新，这也充分体现了化学新课标的理念。与此同时，我们也发现，高考题中涉及的有机物的结构总体趋向于复杂。因此，考生在解决有机题时普通存在费时费力的现象，这对于理科综合宝贵而有限的考试时间来说，是很不利的。笔者在教学中发现不饱和度概念易学易懂，在确定复杂有机物的官能团、分子式、同分异构体时，速度快、无遗漏或错写，与常规方法相比，优势十分明显，具有事半功倍的效果。现作一介绍，希望对大家有帮助。

1 不饱和度的概念

有机物的不饱和度是相对于饱和化合物而言的，是指有机物的缺氢程度，常用字母Ω表示，Ω的数值就是有机物缺氢程度的量化数值。烷烃分子中饱和程度最大，规定其Ω=0，其它有机物分子和同碳数的开链烷烃相比，每少2个H，则Ω就增加1。不难看出，Ω越大，有机物越不饱和。

2 不饱和度的计算

文献中报道的不饱和度计算方法很多，这里只介绍比较切合高中教学实际的两种方法。

2.1 利用分子式计算。

（1）烃：设分子式为CxHy，则计算公式为Ω=2x+2-y2 。例如C2H6的Ω=2x+2-y2=2×2+2-62 =0，C2H4的Ω=2x+2-y2 = 2×2+2-42=1。

（2）烃的含氧衍生物：因氧为2价， C=O与C=C"等效"， 所以在进行不饱和度计算时对于氧原子可以不予理会。设分子式为CxHyOz，则计算公式与烃类相同，即Ω= 2x+2-y2。如C2H4、C2H4O、C2H4O2的Ω均为1。

（3）烃的其它衍生物：将有机物分子式改写成CxHyOm（NH）n的组成形式，计算公式为Ω= 2x+2-y2。

可以看出，虽然各类有机物组成不同，但不饱和度的计算公式都是Ω= 2x+2-y2。实际上，该公式使用范围非常广，几乎适用于所有有机物。因为根据化学键知识，卤素原子-X与H原子是"等效"的，所以该公式也适用于卤代烃，只要将卤原子换成等量的H原子即可。而根据元素周期表中同主族元素的相似性可知，S原子和O原子"等效"、N原子和P原子"等效"、Si原子和C原子"等效"，所以该公式也适用于含硫有机物、含氮有机物、含磷有机物、含硅有机物等等。换言之，通过转化，几乎所有有机物都可以转化为CxHyOm（NH）n的组成形式，都可以用上述公式求出不饱和度。而且因为在计算中忽略了O、S、N、P原子的存在，所以计算Ω非常方便，学生很容易掌握。

例如硝基苯的分子式为C6H5NO2，根据公式，可将硝基苯的组成改写成C6H4O2（NH）1的形式，带入公式，得Ω= 2x+2-y2= 2×6+2-42 =5。

2.2 利用结构简式计算。

如果已知结构简式，那计算不饱和度就更方便。公式如下：

Ω=双键数+三键数×2+环数。

使用上述公式时的几个注意事项：

（1）一个双键Ω=1，一个环Ω=1，一个三键Ω=2。双键包括碳碳、碳氧、碳氮、氮氧、氮氮等各类双键，叁键包括碳碳、碳氮等叁键。

（2）将苯环视作1个环和3个双键。

（3）环数等于将环状分子剪开变成链状分子时需要剪断化学键的最少个数。

例如：硝基苯的结构简式为

，其含有一个环，三个碳碳双键，一个氮氧双键，则其不饱和度Ω=4+1=5。再如，立方烷的结构简式为 ，将其变成链状分子，至少需要剪断5个化学键，故其环数为5，Ω=5。

3 不饱和度在解答有机题中的应用

3.1 书写同分异构体。

根据不饱和度，就可以推测有机物可能含有的官能团或特征结构，从而快速全面的写出其同分异构体。例如Ω=1，则有机物可能含1个双键或1个环。Ω=2则可能含一个三键或2个双键或2个环等。Ω=4则可能含一个苯环，或者1个三键和2个双键等。

例1、（2011高考全国卷第38题）：（限于篇幅，只节选部分试题，下同。）

（5）D（C7H6O2）的同分异构体中含有苯环的还有______种，其中：

① 既能发生银镜反应，又能发生水解反应的是________（写结构简式）

② 能够与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2的是_________（写结构简式）

解析：根据D的分子式C7H6O2，得Ω=5，苯环Ω为4，则侧链Ω=1，可能是1个双键或1个环，同分异构体可写出如下5种：

根据题给其它信息，D的结构应为（III）。则含有苯环的还有4种。既能发生银镜反应，又能水解的是（II），能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2的是（I）。

例2、（2011高考江苏卷第17题）：

敌草胺是一种除草剂。它的合成路线如下：

（3）写出同时满足下列条件的C的一种同分异构体的结构简式：。

①能与金属钠反应放出H2；②是萘（ ）的衍生物，且取代基都在同一个苯环上；③可发生水解反应，其中一种水解产物能发生银镜反应，另一种水解产物分子中有5种不同化学环境的氢。

解析：由于C的组成复杂，所以同分异构体的数目势必很多，若用常规方法书写，思维往往不全面，且随意性大，不易迅速找出符合题意的答案。但利用不饱和度，就可以全面迅速的切入题目要求，找出答案。由C的结构简式得Ω=双键数+三键数×2+环数=6+2=8。因为同分异构体间Ω相同，故C的同分异构体Ω=8，而萘环Ω=7，则侧链Ω必为1，即侧链含有1个双键或1个环，其同分异构体也非常多，但题目要求既能与钠反应又能水解，且水解产物之一能发生银镜反应，另一水解产物氢原子只有5种，所以符合题意的结构必然含醇羟基和甲酸酯结构，且萘环侧链高度对称。根据不饱和度和题意，可迅速写出如下6种同分异构体：

综合题意，满足条件的C的同分异构体的结构必为（V）或（VI）。

可见，根据不饱和度可非常有针对性的推测有机物所有可能的结构特点，从而能快速全面的写出符合要求的同分异构体，而常规的"试写法"往往由于随意性较大、针对性不强，极易出现疏漏和错误。

3.2 判断或书写有机物的分子式。

根据结构式来判断或书写有机物的分子式，是高考中常考的考点，虽然难度不大，而且用常规的计数法就可以确定其分子式，但近年来，高考中涉及的有机物结构大有越来越复杂之势，加之考试时间紧，考生经常会数错某些原子的数目，从而导致失分。如果运用不饱和度，则可快速准确的写出分子式。

例3、（2010高考浙江卷第10题）：

核黄素又称为维生素B2，可促进发育和细胞再生，有利于增进视力，减轻眼睛疲劳。核黄素分子的结构如图所示：

已知：

有关核黄素的下列说法中，不正确的是：

A. 该化合物的分子式为C17H22N4O6

B. 酸性条件下加热水解，有CO2生成

C. 酸性条件下加热水解，所得溶液加碱后有NH3生成

D. 能发生酯化反应

解析：维生素B2结构复杂，直接数氢原子容易出错。可算出Ω=双键数+三键数×2+环数=7+3=10。设其分子组成为CxHyOm（NH）n，从结构简式可数出x=17，带入Ω=2x+2-y2 =10，解得y=16，则其分子组成为C17H16O6（NH）4，即分子式为C17H20N4O6。答案选A。

3.3 推断反应类型。

在有机合成和推断中，如果灵活运用不饱和度，还可推测物质转化过程中发生反应的可能类型，从而获得解题的突破口，降低切题的难度。例如，反应后不饱和度增加，则可能是消去反应或脱氢氧化反应；反应后不饱和度减小，则可能是加成反应。

例4、（2011高考上海卷第29题）：

化合物M是一种治疗心脏病药物的中间体，以A为原料的工业合成路线如下图所示。

根据题意完成下列填空：

（1）写出反应类型。反应① 反应②

（2）写出结构简式。A C

解析：本题属于有机合成和推断能力的考查，路线中多数物质仅已知分子式，且反应条件不具体，所以不容易切入，推断有一定难度。但若运用不饱和度，则可显著降低难度。A显然是苯酚，反应①是甲醛的双键与苯酚发生加成反应，所得化合物（I）的Ω=4，而B的Ω=5，即反应②是不饱和度增加的反应，故该反应是消去反应或者脱氢氧化反应，根据反应物特点及B的分子式，应该为脱氢氧化反应，B的结构应为 。化合物（II）的Ω=6，而化合物C的Ω=5，不饱和度降低，说明发生了加成反应，根据分子组成的变化，C的结构简式为 。

综上，不饱和度可以快速、有针对性的解决有机推断和合成中的许多问题，如果加以熟练和灵活运用，一定能达到事半功倍的效果。