有限制条件的同分异构体的书写策略

■江苏省滨海中学 茆建军

有限制条件的同分异构体的书写策略

■江苏省滨海中学 茆建军

同分异构体的判断和书写是高考化学的热点之一,也是难点之一。考纲明确要求:了解有机化合物存在同分异构现象(不包括立体异构),能判断并正确书写简单有机化合物的同分异构体的结构简式。

近几年来,对同分异构体的考查都会设置一定的限制条件。纵观近几年各地的高考试题,主要有以下两种形式:一是推断符合限制条件的有机物同分异构体的种数;二是写出或补充有限制条件的有机物同分异构体的结构简式。本文结合近年高考化学试题的相关内容介绍应对这类问题的命题新动向的处理方法。

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

解析:分子式C5H10O2符合CnH2nO2的通式,可能为饱和一元羧酸或饱和一元羧酸一元醇酯,再结合题中给出的有机物水解的性质得知该有机物为酯。C5H10O2可以水解生成甲醇(1种)、乙醇(1种)、丙醇(2种)和丁醇(4种),甲酸(1种)、乙酸(1种)、丙酸(1种)和丁酸(2种)。水解生成的醇共有8种,酸共有5种,则可以重新组合形成的酯由数学排列组合知识得知共有5×8=40种,D项正确。

点评:根据分子式确定有机物的种类及寻找同类的同分异构体是同学们必须掌握的基础知识,对于饱和一元卤代烃、醇、醚、醛、羧酸和酯,寻找同类的同分异构体,也可以采用此类方法,先写出相应官能团,然后根据烷基的种类(—CH3、—C2H5只有一种,—C3H7有2种,—C4H9有4种,—C5H11有8种)进行分析。特别应注意的是醚和酯,其两侧的烷基必须同时考虑。

解析:含有醛基和酚羟基的F的同分异构体有:2种,共13种。其中,核磁共振谱为5种峰,并且峰面积为2∶2∶2∶1∶1的是

点评:注意苯环上连有三个基团时,位置异构体的书写。

解析:首先,根据E的结构简式列出其重要参数:不饱和度(Ω)为1,C原子数为7, O原子数为1。其次,根据条件构建原子或原子团:一个环与—O—或—C—,分子中只有两种不同化学环境的氢,说明整个分子高度对称。因为在六元环上移动甲基和羟基的位置,至少有4种不同化学环境的氢,不符合题意。最后,组装新分子,可能为环醇、环醚(环氧烷)、饱和一元醛或饱和一元酮,但符合分子中只有两种不同化学环境的氢的只有

点评:不饱和度(Ω)又称缺H指数,有机物每有1个不饱和度,就比相同碳原子数的烷烃少2个H原子,所以,有机物每有1个环,或1个双键(C==C 或),相当于有1个不饱和度,C≡C 相当于有2个不饱和度,相当于有4个不饱和度。利用不饱和度可帮助推测有机物可能有的结构,写出其同分异构体。

常用的计算公式:

烃(CnHm)

卤代烃(CnHmXz):

含氧衍生物(CnHmOz)

含氮衍生物(CnHmNz):Ω=

策略一:解读限制条件:应根据有机物分子通式或从有机物的性质联想官能团或结构特征。

1.常见的类别异构(官能团异构)。

表1

2.常见限制条件的解读。

表2

策略二:首先,要把握住不饱和度(Ω)规律(一个碳碳双键或碳氧双键:Ω=1。一个碳环:Ω=1。一个碳碳三键或—CN:Ω=2。一个苯环:Ω=4。一个硝基:Ω=1),做题时能事半功倍。其次,要根据限制条件确定官能团或部分结构。最后,要学会等效氢的判断方法:①同一碳原子上的氢原子是等效的;②同一碳原子上所连的甲基上的氢是等效的;③处于对称位置上的氢原子是等效的。

明确解题程序,完成从有机物性质联想官能团或结构特征之后,接下来是同分异构体的书写即组装新物质。题目可以选择官能团的类别异构、位置异构或碳链异构中的一个或多个角度考查,注意把握有序性、抓住对称性、掌握技巧性(合理使用不饱和度)的书写策略,便能应对这类问题的新动向,以不变应万变。

以上分析揭示了有限制条件的同分异构体的书写这一难点突破方略,由此可见只要善于调动思维的积极因素,注重向其他学科渗透,解此类题就有捷径可走。这类问题的考查对考生的思维能力要求较高,能体现出考生综合运用知识分析问题的能力,也能体现出考生的化学学科核心素养。

(责任编辑 谢启刚)