巧用“拆分法”书写限制条件下的同分异构体

摘 要：浙江新高考改革至今，限制条件下的同分异构体书写一直是必考内容，也是学生失分的“重灾区”，本文用 “拆分法”来较好解决这个问题.该方法以不饱和度为中心，先对有机物进行针对性拆分，再结合限制条件，将相关基团进行合理组合，使得解题简单高效.

关键词：拆分；限制条件；同分异构体；不饱和度

作者简介：金芳芳（1989-），女，浙江绍兴人，本科，中学二级教师，研究方向：高中化学教学.

一、方法提出的背景

浙江新高考改革至今，已经经历了6次选考，而限制条件下的同分异构体的书写作为每年的必考题，是热点也是难点.从学生答题情况来看，本小题失分的主要原因是没有结合已知限制条件合理拆分，从而出现漏写、错写、多写等，同时由于有机推断是选考卷最后一题，不少学生也往往由于时间关系，没能推出具体有机物结构而导致失分.在笔者任教的班级中，就有学生由于没能推出相应有机物结构而最终放弃本小题导致整道题失分.通过研究6次浙江选考卷发现，书写同分异构体的物质虽然结构未知，但是分子式却都是已知的，那么在只知道分子式的前提下，寻找方法直接书写限制条件下的同分异构体显得尤为重要.熟练使用该拆分法可以直接根据分子式和限制条件，较快书写同分异构体.

二、方法指导

1.整体解题思路

该方法首先根据分子式拆分不饱和度[1]确定C、H、O、N等原子的个数，再转化限制条件，写出符合题意的对应基团，最后将剩余的不饱和度和原子根据等效氢的要求进行合理的组合.

2.必备知识

（1）价键理论：熟知常见原子成键特点，注意有机物的书写规范性.如C原子周围4根键、N原子周围3根键、O原子周围2根键、H或卤素原子周围1根键等.

（2）不饱和度的计算和使用：会根据分子式熟练计算不饱和度，并结合相应原子个数，合理推断其所含基团.常见基团的不饱和度整理如表1：

表1 常见基团或官能团对应的不饱和度

不饱和度常见基团或官能团

1环、碳碳双键、碳氧双键（醛基、羰基、羧基、酯基、肽键）、碳氮双键、氮氮双键

2碳碳叁键、碳氮叁键或不饱和度为1的双官能团组合

4苯环

（3）等效H的判断：会利用对称性判断等效H的种类，特别是苯环上等效H的判断，同时注意在同一原子上的甲基上的H也是等效H.

（4）常见限制条件下的基团或官能团整理如表2：

表2 常见限制条件下对应的基团或官能团

常见限制条件所含基团或官能团

与Na2CO3反应放出CO2羧基

能与金属钠反应产生H2羟基、羧基

能与NaOH溶液反应 酚羟基、羧基、酯基、肽键、卤素原子

能发生银镜反应醛基（包括甲酸某酯）

与FeCl3发生显色反应酚羟基

水解后的产物与FeCl3溶液发生显色反应酚酯

三、方法运用

下面以几个浙江选考卷真题为例，将这种方法举例说明.

例1 （2016.10浙江选考节选）某研究小组从甲苯出发，按下列路线合成染料中间体X和医药中间体Y.写出同时符合下列条件的A（C7H7NO2）的所有同分异构体的结构简式.

①红外光谱检测表明分子中含有醛基；

②1H-NMR谱显示分子中含有苯环，且苯环上有两种不同化学环境的氢原子.

拆分 根据A的分子式C7H7NO2拆分出以下信息：不饱和度为5；7个C原子；1个N原子；2个O原子

分析重組 根据题中限制条件将1个醛基和1个苯环构造出基本结构为：，总共用去不饱和度为5，同时用去7个C原子，1个O原子，此时还剩下1个N原子和1个O原子，又已无不饱和度，因此N和O要全部以单键的形式插入到结构中.再结合苯环上只有两种氢的限制条件，所以应将不同基团放于苯环的对位，考虑到O原子与醛基可以在同侧（1种），也可以在异侧（3种），写出符合题意的A的同分异构体为以下4种：

、、

、

例2 （2017.4浙江选考节选）写出同时符合下列条件的C（C8H7N）的所有同分异构体的结构简式.

①分子中有苯环而且是苯环的邻位二取代物；

②1H-NMR谱表明分子中有6种氢原子；IR谱显示存在碳氮双键（C=N）.

拆分 根据C的分子式C8H7N拆分出以下信息：不饱和度为6；8个C原子；1个N原子

分析重组 1个苯环和1个C=N共用去5个不饱和度和7个C原子，1个N原子，剩下1个不饱和度和1个C原子，又是苯环的领位二取代物，则考虑还有1个环存在于分子结构中.若苯环旁是五元环，分子中有6种氢原子，则符合题意的2种同分异构体为：、，若苯环旁是四元环，则符合题意的另1种同分异构体为：，因此符合题意的C的同分异构体共有以上3种

例3 （2018.4浙江选考节选）写出化合物X（C6H14N2O）可能的同分异构的结构简式.

须同时符合：①分子中有一个六元环，且成环原子中最多含一个非碳原子；

②1H-NMR谱显示分子中有5种氢原子；IR谱表明分子中有N—N键，无O—H键.

拆分 根据X的分子式C6H14N2O拆分出以下信息：不饱和度为1；6个C原子；2个N原子；1个O原子

分析重组 1个六元环已经用去1个不饱和度，则剩下原子全部以单键相连，成环原子中最多含一个非碳原子，则这个六元环可以是，用去5个C原子和1个O原子，还剩1个C原子、2个N原子，要分子中有5种氢原子；含有N—N键，无O—H键，则应是比较对称的结构，考虑基团在O原子的对位，则写出符合题意的2种同分异构体为：、.或者六元环为，运用相类似的分析方法，写出符合题意的另2种同分异构体为：、

总之，限制条件下的同分异构体书写作为浙江选考的必考内容，主要考察学生的一种思维、一种能力，在很多时候，如果还是用我们平时简单的碳链异构、类别异构、位置异构等去解题，很多时候并不适用于现在的高考考查形式.本文介绍的拆分法，为解决这一题型提供了一般思路与方法，它最有优势的地方在于，可以抛开整个有机合成流程，不需要推出该有机物具体结构，就比如以上例题中笔者都只节选了这道大题中的某一小题而已，在已知分子式和限制条件基础上，利用巧拆分、巧组合，灵活运用基团插入[2]与位置异构等使得解题变得更有针对性，更加简单高效.当然，要想写对所有的同分异构体，往往还是离不开学生的基础知识储备，严密的思维逻辑和规范的书写，只有在平时的练习中多运用与巩固该方法，注重方法的总结与反思，才能真正做到以不变应万变.

参考文献：

[1]沈国强. 巧用不饱和度化解有机难题[J].河北理科教学研究， 2008（2）：24-29.

[2]徐正玉.用插入法书写同分异构体[J].中学化学教学参考，2018（2）：70-71.