介绍一种迅速判断多原子羧酸和酯的同分异构体数目的技巧

刘忠毅+郭新宇

1.技巧的由来

在一节同分异构体专题训练课上，笔者让学生书写CnH2nO2中具有“COO”结构的同分异构体，从n=2练起，当学生写到n=4时开始出错，当n=5时就没有全写对的了。笔者组织学生理顺思路，利用化学中的加减法和代换法，将C5H10O2具有“COO”结构的同分异构体书写在黑板上见表1。表1

情况名称C5H10O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”的醇的同分异构体数目C5H10O2的同分异构体数目1戊酸5540042丁酸甲酯542112 3丙酸乙酯531212 4乙酸丙酯521322 5甲酸丁酯511444 通过学生观察，得出同分异构体总数（14种），这时有学生说：“老师我发现这些同分异构体数目有对称性：第1种情况和第5种情况同分异构体数目都是4，第2种情况和第4种情况同分异构体数目都是2，第3种情况同分异构体数目是2，5组数据呈中心对称”笔者接着问：C6H12O2具有“COO”结构的有序的同分异构体数目是否也具有对称性呢？经过练习，C6H12O2具有“COO”结构的有序的同分异构体数目也具有对称性。经过思考、讨论，学生们得出技巧：如果判断多原子羧酸和酯的同分异构体数目，利用有序同分异构体数目的对称性，只需要判断前几种情况就行了，这样就会为解这类题赢得了一些时间。

2.技巧是什么

该技巧就是利用化学中的加减法和代换法书写有序排列的同分异构体，并利用有序排列的同分异构体数目的对称性，减少一半其他同分异构体的书写，快速判断同分异构体总数的方法。

化学中的加减法就是将数字赋予化学意义的一种方法，用数字代表含有该数字数目的一类分子、原子、质子、电子、共价键等。

如果用等式（4=4+0，4=3+1，4=2+2，4=1+3）代表C4H8O2具有“COO”结构的同分异构体，将数字赋予化学意义：等式左边的4代表分子中的碳原子数总数，等式右边第1位数代表的是酸或成酯的酸中的碳原子数，等式右边第2位数代表的是成酯的醇中的碳原子数，它们分别代表丁酸、丙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸丙酯。

代换法即卤素等原子或原子团取代烃分子中氢原子的可能情况的快速判断方法。

以芳香族化合物C10H14苯环上有四个支链的同分异构体数目判断为例，分析：除去苯环上的6个碳原子数，4个支链只能都是甲基，4个甲基分布在苯环上的可能情况和苯环上两个空位情况是等效的，苯环上两个空位有邻位、间位、对位3种情况，所以四甲基苯的同分异构体数目也是3种，即本题利用了空位代替占位的方法。

3.使用技巧的方法

（1）首先列表分析有几种情况，情况数量和分子中碳原子数相同。

（2）利用化学中的加减法写出正确有序的情况分析表：先写出与分子式含有相同碳原子数的酸，再依次写酯的名称，成酯的酸中碳原子数呈递减排列，成酯的醇中碳原子数呈递增排列，成酯的酸和醇提供的碳原子数相加等于该分子中的碳原子数总数。

（3）利用代换法快速判断酸和醇的同分异构体数目：利用羧基取代相应烷烃（CnH2n+2）中的氢原子，得到含碳原子数（n+1）个的成酯的羧酸同分异构体数目，利用羟基取代相应烷烃（CnH2n+2）中的氢原子，得到含碳原子数n个成酯的醇同分异构体数目。

（4）酯的同分异构体数目：等于成酯的酸分子同分异构体数和形成同种酯的醇的同分异构体数的乘积。

该技巧判断CnH2nO2具有“COO”结构的同分异构体数目的优点为： ①n是奇数时分析到前（n+12）种情况，将前（n-12）种同分异构体数目扩大2倍，再加上第（n+12）种情况的同分异构体数目，得到同分异构体总数。②n是偶数时我们只需要判断其中的前n2种情况，将前n2种同分异构体数目扩大2倍得到同分异构体总数。

例1快速判断C7H14O2具有“COO”结构的同分异构体数目。

答案：62种。

解析应该有7种情况，我们只需要分析前（7+12=4）种情况，将前3种情况扩大2倍，再加上第4种情况，即为总同分异构体数目62种，见表2。

表2

情况名称C7H14O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”的醇的同分异构体数目C7H14O2的同分异构体数目1庚酸77170017 2己酸甲酯768118 3戊酸乙酯754214 4丁酸丙酯742324例2（2013年全国新课标Ⅰ卷·12题）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

分析列出表3,酸的同分异构体有5种, 醇的同分异构体有8种, 重新组合可形成的酯共有40种。表3情况名称C5H10O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”醇同分异构体数目1丁酸甲酯542112丙酸乙酯53121 3乙酸丙酯52132 4甲酸丁酯51144 酸或醇同分异构体合计 5 8例3(2009年11月黑龙江省一摸)判断乙烷的所有氯代产物总数。

分析化学中的加减法:乙烷中有6个氢原子，等式左边的数字代表可以被取代的氢原子数，等式右边第一位数代表剩余的氢原子数，等式右边第二位数代表被取代的氢原子数，有如下等式关系：6=5+1;6=4+2;6=3+3;6=2+4;6=1+5；利用代换法：一氯代乙烷和五氯代乙烷、二氯代乙烷和四氯代乙烷同分异构体数目一样多，全氯代产物即六氯代乙烷只有1种，只需要分析一氯代乙烷、二氯代乙烷和三氯代乙烷即可，节省了时间；一氯代乙烷只有1种，二氯代乙烷有2种（1+1、2+0分别代表1，2-二氯代乙烷和1，1-二氯代乙烷），三氯代乙烷有2种（3+0、1+2分别代表1，1，1-三氯代乙烷和1，1，2-三氯代乙烷），共有同分异构体数目1×2+2×2+2+1=9种。答案：9种

(收稿日期：2014-03-15)

1.技巧的由来

在一节同分异构体专题训练课上，笔者让学生书写CnH2nO2中具有“COO”结构的同分异构体，从n=2练起，当学生写到n=4时开始出错，当n=5时就没有全写对的了。笔者组织学生理顺思路，利用化学中的加减法和代换法，将C5H10O2具有“COO”结构的同分异构体书写在黑板上见表1。表1

情况名称C5H10O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”的醇的同分异构体数目C5H10O2的同分异构体数目1戊酸5540042丁酸甲酯542112 3丙酸乙酯531212 4乙酸丙酯521322 5甲酸丁酯511444 通过学生观察，得出同分异构体总数（14种），这时有学生说：“老师我发现这些同分异构体数目有对称性：第1种情况和第5种情况同分异构体数目都是4，第2种情况和第4种情况同分异构体数目都是2，第3种情况同分异构体数目是2，5组数据呈中心对称”笔者接着问：C6H12O2具有“COO”结构的有序的同分异构体数目是否也具有对称性呢？经过练习，C6H12O2具有“COO”结构的有序的同分异构体数目也具有对称性。经过思考、讨论，学生们得出技巧：如果判断多原子羧酸和酯的同分异构体数目，利用有序同分异构体数目的对称性，只需要判断前几种情况就行了，这样就会为解这类题赢得了一些时间。

2.技巧是什么

该技巧就是利用化学中的加减法和代换法书写有序排列的同分异构体，并利用有序排列的同分异构体数目的对称性，减少一半其他同分异构体的书写，快速判断同分异构体总数的方法。

化学中的加减法就是将数字赋予化学意义的一种方法，用数字代表含有该数字数目的一类分子、原子、质子、电子、共价键等。

如果用等式（4=4+0，4=3+1，4=2+2，4=1+3）代表C4H8O2具有“COO”结构的同分异构体，将数字赋予化学意义：等式左边的4代表分子中的碳原子数总数，等式右边第1位数代表的是酸或成酯的酸中的碳原子数，等式右边第2位数代表的是成酯的醇中的碳原子数，它们分别代表丁酸、丙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸丙酯。

代换法即卤素等原子或原子团取代烃分子中氢原子的可能情况的快速判断方法。

以芳香族化合物C10H14苯环上有四个支链的同分异构体数目判断为例，分析：除去苯环上的6个碳原子数，4个支链只能都是甲基，4个甲基分布在苯环上的可能情况和苯环上两个空位情况是等效的，苯环上两个空位有邻位、间位、对位3种情况，所以四甲基苯的同分异构体数目也是3种，即本题利用了空位代替占位的方法。

3.使用技巧的方法

（1）首先列表分析有几种情况，情况数量和分子中碳原子数相同。

（2）利用化学中的加减法写出正确有序的情况分析表：先写出与分子式含有相同碳原子数的酸，再依次写酯的名称，成酯的酸中碳原子数呈递减排列，成酯的醇中碳原子数呈递增排列，成酯的酸和醇提供的碳原子数相加等于该分子中的碳原子数总数。

（3）利用代换法快速判断酸和醇的同分异构体数目：利用羧基取代相应烷烃（CnH2n+2）中的氢原子，得到含碳原子数（n+1）个的成酯的羧酸同分异构体数目，利用羟基取代相应烷烃（CnH2n+2）中的氢原子，得到含碳原子数n个成酯的醇同分异构体数目。

（4）酯的同分异构体数目：等于成酯的酸分子同分异构体数和形成同种酯的醇的同分异构体数的乘积。

该技巧判断CnH2nO2具有“COO”结构的同分异构体数目的优点为： ①n是奇数时分析到前（n+12）种情况，将前（n-12）种同分异构体数目扩大2倍，再加上第（n+12）种情况的同分异构体数目，得到同分异构体总数。②n是偶数时我们只需要判断其中的前n2种情况，将前n2种同分异构体数目扩大2倍得到同分异构体总数。

例1快速判断C7H14O2具有“COO”结构的同分异构体数目。

答案：62种。

解析应该有7种情况，我们只需要分析前（7+12=4）种情况，将前3种情况扩大2倍，再加上第4种情况，即为总同分异构体数目62种，见表2。

表2

情况名称C7H14O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”的醇的同分异构体数目C7H14O2的同分异构体数目1庚酸77170017 2己酸甲酯768118 3戊酸乙酯754214 4丁酸丙酯742324例2（2013年全国新课标Ⅰ卷·12题）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

分析列出表3,酸的同分异构体有5种, 醇的同分异构体有8种, 重新组合可形成的酯共有40种。表3情况名称C5H10O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”醇同分异构体数目1丁酸甲酯542112丙酸乙酯53121 3乙酸丙酯52132 4甲酸丁酯51144 酸或醇同分异构体合计 5 8例3(2009年11月黑龙江省一摸)判断乙烷的所有氯代产物总数。

分析化学中的加减法:乙烷中有6个氢原子，等式左边的数字代表可以被取代的氢原子数，等式右边第一位数代表剩余的氢原子数，等式右边第二位数代表被取代的氢原子数，有如下等式关系：6=5+1;6=4+2;6=3+3;6=2+4;6=1+5；利用代换法：一氯代乙烷和五氯代乙烷、二氯代乙烷和四氯代乙烷同分异构体数目一样多，全氯代产物即六氯代乙烷只有1种，只需要分析一氯代乙烷、二氯代乙烷和三氯代乙烷即可，节省了时间；一氯代乙烷只有1种，二氯代乙烷有2种（1+1、2+0分别代表1，2-二氯代乙烷和1，1-二氯代乙烷），三氯代乙烷有2种（3+0、1+2分别代表1，1，1-三氯代乙烷和1，1，2-三氯代乙烷），共有同分异构体数目1×2+2×2+2+1=9种。答案：9种

(收稿日期：2014-03-15)

1.技巧的由来

在一节同分异构体专题训练课上，笔者让学生书写CnH2nO2中具有“COO”结构的同分异构体，从n=2练起，当学生写到n=4时开始出错，当n=5时就没有全写对的了。笔者组织学生理顺思路，利用化学中的加减法和代换法，将C5H10O2具有“COO”结构的同分异构体书写在黑板上见表1。表1

情况名称C5H10O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”的醇的同分异构体数目C5H10O2的同分异构体数目1戊酸5540042丁酸甲酯542112 3丙酸乙酯531212 4乙酸丙酯521322 5甲酸丁酯511444 通过学生观察，得出同分异构体总数（14种），这时有学生说：“老师我发现这些同分异构体数目有对称性：第1种情况和第5种情况同分异构体数目都是4，第2种情况和第4种情况同分异构体数目都是2，第3种情况同分异构体数目是2，5组数据呈中心对称”笔者接着问：C6H12O2具有“COO”结构的有序的同分异构体数目是否也具有对称性呢？经过练习，C6H12O2具有“COO”结构的有序的同分异构体数目也具有对称性。经过思考、讨论，学生们得出技巧：如果判断多原子羧酸和酯的同分异构体数目，利用有序同分异构体数目的对称性，只需要判断前几种情况就行了，这样就会为解这类题赢得了一些时间。

2.技巧是什么

该技巧就是利用化学中的加减法和代换法书写有序排列的同分异构体，并利用有序排列的同分异构体数目的对称性，减少一半其他同分异构体的书写，快速判断同分异构体总数的方法。

化学中的加减法就是将数字赋予化学意义的一种方法，用数字代表含有该数字数目的一类分子、原子、质子、电子、共价键等。

如果用等式（4=4+0，4=3+1，4=2+2，4=1+3）代表C4H8O2具有“COO”结构的同分异构体，将数字赋予化学意义：等式左边的4代表分子中的碳原子数总数，等式右边第1位数代表的是酸或成酯的酸中的碳原子数，等式右边第2位数代表的是成酯的醇中的碳原子数，它们分别代表丁酸、丙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸丙酯。

代换法即卤素等原子或原子团取代烃分子中氢原子的可能情况的快速判断方法。

以芳香族化合物C10H14苯环上有四个支链的同分异构体数目判断为例，分析：除去苯环上的6个碳原子数，4个支链只能都是甲基，4个甲基分布在苯环上的可能情况和苯环上两个空位情况是等效的，苯环上两个空位有邻位、间位、对位3种情况，所以四甲基苯的同分异构体数目也是3种，即本题利用了空位代替占位的方法。

3.使用技巧的方法

（1）首先列表分析有几种情况，情况数量和分子中碳原子数相同。

（2）利用化学中的加减法写出正确有序的情况分析表：先写出与分子式含有相同碳原子数的酸，再依次写酯的名称，成酯的酸中碳原子数呈递减排列，成酯的醇中碳原子数呈递增排列，成酯的酸和醇提供的碳原子数相加等于该分子中的碳原子数总数。

（3）利用代换法快速判断酸和醇的同分异构体数目：利用羧基取代相应烷烃（CnH2n+2）中的氢原子，得到含碳原子数（n+1）个的成酯的羧酸同分异构体数目，利用羟基取代相应烷烃（CnH2n+2）中的氢原子，得到含碳原子数n个成酯的醇同分异构体数目。

（4）酯的同分异构体数目：等于成酯的酸分子同分异构体数和形成同种酯的醇的同分异构体数的乘积。

该技巧判断CnH2nO2具有“COO”结构的同分异构体数目的优点为： ①n是奇数时分析到前（n+12）种情况，将前（n-12）种同分异构体数目扩大2倍，再加上第（n+12）种情况的同分异构体数目，得到同分异构体总数。②n是偶数时我们只需要判断其中的前n2种情况，将前n2种同分异构体数目扩大2倍得到同分异构体总数。

例1快速判断C7H14O2具有“COO”结构的同分异构体数目。

答案：62种。

解析应该有7种情况，我们只需要分析前（7+12=4）种情况，将前3种情况扩大2倍，再加上第4种情况，即为总同分异构体数目62种，见表2。

表2

情况名称C7H14O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”的醇的同分异构体数目C7H14O2的同分异构体数目1庚酸77170017 2己酸甲酯768118 3戊酸乙酯754214 4丁酸丙酯742324例2（2013年全国新课标Ⅰ卷·12题）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

分析列出表3,酸的同分异构体有5种, 醇的同分异构体有8种, 重新组合可形成的酯共有40种。表3情况名称C5H10O2分子中的碳原子总数“成酯”的酸中的碳原子数目“成酯”的酸同分异构体数目“成酯”的醇中碳原子数目“成酯”醇同分异构体数目1丁酸甲酯542112丙酸乙酯53121 3乙酸丙酯52132 4甲酸丁酯51144 酸或醇同分异构体合计 5 8例3(2009年11月黑龙江省一摸)判断乙烷的所有氯代产物总数。

分析化学中的加减法:乙烷中有6个氢原子，等式左边的数字代表可以被取代的氢原子数，等式右边第一位数代表剩余的氢原子数，等式右边第二位数代表被取代的氢原子数，有如下等式关系：6=5+1;6=4+2;6=3+3;6=2+4;6=1+5；利用代换法：一氯代乙烷和五氯代乙烷、二氯代乙烷和四氯代乙烷同分异构体数目一样多，全氯代产物即六氯代乙烷只有1种，只需要分析一氯代乙烷、二氯代乙烷和三氯代乙烷即可，节省了时间；一氯代乙烷只有1种，二氯代乙烷有2种（1+1、2+0分别代表1，2-二氯代乙烷和1，1-二氯代乙烷），三氯代乙烷有2种（3+0、1+2分别代表1，1，1-三氯代乙烷和1，1，2-三氯代乙烷），共有同分异构体数目1×2+2×2+2+1=9种。答案：9种

(收稿日期：2014-03-15)