“先定后动法”判断有机化合物的同分异构体

摘要：在教学实践基础上，总结了书写有机物同分异构体的一种有序化思维方法——先定后动法。该方法按一定的思维顺序书写有机化合物的同分异构体，尤其适用于有机化合物同分异构体种数的判断。结合近年高考试题，介绍了用该方法判断有机物同分异构体的具体应用。

关键词：先定后动法；同分异构体判断；思维顺序

文章编号：1005–6629（2016）8–0065–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

分析近年高考化学试题不难发现，关于同分异构体的考查几乎每年必有，重现率极高，主要考查形式有同分异构体数目的判断和限定条件同分异构体的书写[1]。已有的文献对同分异构体的相关研究较多，有些是对高考试题的简单罗列[2]，有些是对某些具体基团的同分异构体种数进行整理[3]，也有一些是对同分异构体的确定策略进行研究[4～6]，但鲜有对链状、环状、单环、多环、单取代、多取代等形式的同分异构体书写给出一种统一的有序化思维方法。“先定后动法”是对已有的各种判断有机化合物同分异构体方法的一种补充和发展，较适用于有机化合物同分异构体种数的判断，也较易于学习者接受。

1 链状有机化合物同分异构体的判断

1.1 单取代（或单官能团）有机化合物同分异构体的判断

对于链状单取代（为表述方便本文官能团也称为取代基）有机化合物的同分异构体，采用先定碳骨架后动取代基的方法判断。

例1 （2015新课标Ⅱ卷）分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有（不含立体结构）

A. 3种 B. 4种 C. 5种 D. 6种

解析：能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的物质为羧酸，即C4H9COOH，相当于C4H10分子中一个H原子被-COOH取代。

先定碳骨架：C4有两种碳骨架

故有2+2=4种。

答案：选B。

例2 （2012新课标卷）分子式为C5H12O且可与金属钠反应放出氢气的有机物有（不考虑立体异构）

A.5种 B.6种 C.7种 D.8种

解析：由题意知符合条件的同分异构体应为醇类，即C5H12分子中的一个H原子被-OH取代。

先定碳骨架：C5有三种碳骨架

故有3+4+1=8种。

答案：选D。

例3 （2015新课标Ⅰ卷）写出与A（C2H2）具有相同官能团的异戊二烯的所有同分异构体（写结构简式）。

解析：异戊二烯的不饱和度为2，与其符合条件的同分异构体中除碳碳叁键外均为饱和键。

先定碳骨架：C5有三种碳骨架

答案：见解析。

例4 分子式为C4H10O的有机物有（不含立体结构） 种。

解析：由题意知符合条件的同分异构体有醇和醚。

醇类：将例1中的羧基换成羟基共4种。

醚类：

先定碳骨架：C4有两种碳骨架

后动官能团：氧原子的位置

故，醚类有2+1=3种，共有4+3=7种。

答案：见解析。

1.2 多取代（或多官能团）有机物同分异构体的判断

对于链状多取代有机物，采用先定碳骨架，再定一个取代基后动另一个取代基的方法判断。

例5 （2010新课标卷）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

解析：

先定碳骨架：C3只有一种碳骨架C—C—C

再定一个氯原子：Cl原子的位置有两种

故，有3+1=4种。

答案：选B。

例6 （2015新课标Ⅱ卷）D[HOOC（CH2）3COOH]的同分异构体中能同时满足下列条件的共有种（不含立体异构）。

①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体②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6：1：1的是 （写结构简式）。

解析：能与NaHCO3溶液反应放出CO2，应含有羧基，能发生银镜反应、皂化反应，则应为甲酸形成的酯，D中共有5个碳原子，其中1个位于羧基碳，1个位于酯基碳，则羧基和甲酰氧基连在剩余的3个碳原子上。

先定碳骨架：C3只有一种碳骨架C—C—C再定羧基位置：羧基的位置有两种

后动甲酰氧基：

故符合条件的共有3+2=5种。其中满足核磁共振氢谱峰面积6：1：1的为含有两个甲基的

①属于一元酸类化合物

②苯环上只有2个取代基且处于对位，其中一个是羟基

答案：见解析。

例8 （2009北京卷改编）杀除根瘤线虫的农药的分子式为C3H5Br2Cl，其分子中每个碳原子上均连有卤原子，该农药的同分异构体共有 种（包括其自身）。

解析：

先定碳骨架：C3只有一种碳骨架C—C—C

再定两个溴原子：

故，有3+3+2+1=9种。

答案：9种。

2 环状有机化合物的同分异构体的判断

2.1 含一个苯环的有机化合物的同分异构体的判断

2.1.1 单取代苯

苯环是一个高度对称的结构，只有一种等效氢。

2.1.2 二取代苯

苯环上有二个取代基（—X和—Y，两个取代基可以相同也可以不同）时，先定一个取代基的位置，后动另一个取代基：

2.1.3 三取代苯

（1）三取代苯中有三个相同的取代基（—X、—X、—X）

先定两个取代基的位置（邻、间、对三种），后动另一个取代基，共有三种（连、偏、均）：

（2）三取代苯中有两个相同的取代基（—X、—X、—Y）

先定两个相同取代基的位置（邻、间、对三种），后动另一个取代基。

（3）三取代苯中有三个不同的取代基（—X、—Y、—Z）

先定两个取代基的位置（邻、间、对三种），后动另一个取代基。

共有4+4+2=10种。

对于苯环上有4个或更多取代基时，可按照相同的方法书写。

解析：（1）苯环上有1个取代基时，按照先定后动的方法有：

—CH2CH2NH2、—CH2NHCH3、—NHCH2CH3、—CH（NH2）CH3、—N（CH3）2等5种，故单取代苯有5种。

（2）苯环上有2个取代基时，有—NH2和—CH2CH3；—CH3和—CH2NH2；—CH3和—NHCH3三组，故二取代苯有3×3=9种。

（3）苯环上有3个取代基时，只有—CH3、—CH3、—NH2一组，属于XXY型有6种。

答案：见解析。

2.2 含有其他形式环的有机化合物的同分异构体的判断

2.2.1 含有萘环的有机化合物的同分异构体的判断

2.2.1.1单取代萘

萘环是一个比较对称的结构，有两种等效氢。

2.2.1.2二取代萘

（1）二取代萘中有二个相同的取代基（—X、—X）

先定一个取代基的位置（α位和β位两种），后动另一个取代基。

（α位已被用过，只能连在β位上）

共有7+3=10种。

（2）二取代萘中有二个不同的取代基（—X、—Y）

先定一个取代基的位置（α位和β位两种），后动另一个取代基（—Y）。

共有7+7=14种。

2.2.2 取代联苯同分异构体的判断

2.2.2.1 单取代联苯

联苯单取代物的判断可以把一个苯环当成取代基，因此共有三种（邻、间、对）。

2.2.2.2 二取代联苯

（1）两个相同的取代基

联苯中间的碳碳单键可以自由旋转，先定一个取代基的位置（有三种），再动另一个取代基。

共有7+4+1=12种。

（2）两个不同的取代基

联苯中间的碳碳单键可以自由旋转，先定一个取代基的位置（有三种），再动另一个取代基。

共有7+7+5=19种。

2.2.3 取代立方烷同分异构体的判断

2.2.3.1 单取代立方烷

2.2.3.2 二取代立方烷

立方烷上有二个取代基（—X和—Y，两个取代基可以相同也可以不同）时，先定一个取代基的位置，后动另一个取代基：两个取代基可以在同一条棱、同一条面对角线、同一条体对角线两端三种异构体。

例10 （2014新课标Ⅱ卷）立方烷硝化可得到六硝基立方烷，其可能的结构有 种。

解析：立方烷分子中共有8个氢原子，故六硝基立方烷，相当于二硝基立方烷中的硝基换为氢原子、氢原子换为硝基，故六硝基立方烷与二硝基立方烷种数相同都为3种。

答案：3种。

2.2.4 取代金刚烷同分异构体的判断

观察金刚烷的结构，它是由4个六元环构成的立体笼状结构，其分子中有4个碳原子为三个环共有。金刚烷的分子中有4个次甲基，6个亚甲基，分子高度对称。

2.2.4.1 单取代金刚烷

2.2.4.2 二取代金刚烷

（1）两个相同的取代基

先定一个取代基的位置（有二种），再动另一个取代基。

共有3+3=6种。

（2）两个不同的取代基

先定一个取代基的位置（有二种），再动另一个取代基。

共有3+5=8种。

参考文献：

[1]董顺.透析有机化合物同分异构体考查视角[J].数理化学习（高一二版），2014，（2）：43～44.

[2]董顺. 2015年高考有机化合物同分异构体试题分类解析[J].高中数理化，2016，（1）：54～56.

[3]霍本斌.再谈如何确定有机物同分异构体的数量[J].化学教学，2013，（10）：63～66.

[4]陈筱勇.书写同分异构体的六种思想[J].化学教学，2009，（10）：71～73.

[5]武海军.带苯环有机化合物分子的同分异构体书写[J].化学教学，2014，（9）：75～77.

[6]徐俊龙，吴文中.系统分析法判定苯环上多元取代物的同分异构体[J].化学教学，2015，（11）：85～89.