书写同分异构体的常用分析方法

廖忠机

[摘   要]同分异构体的判断和书写是高考的一大热点，在教学中向学生教授等效氢取代法、定一议二法、定二议一法、等价代换法、核磁共振氢谱法、固定酯基讨论法等书写同分异构体的常用分析方法，有助于学生准确完成同分异构体的判断和书写。

[关键词]同分异构体;书写;分析方法

[中图分类号]   G633.8        [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2019）17-0069-03

同分异构体的种类一般有以下几种：碳链异构、位置异构、官能团异构、烯烃顺反异构、立体异构（立体异构也称为手性异构或镜像异构）。高考中一般都会明确提出不要求书写立体异构，而顺反异构若没有特别说明也不用考虑，因此考查的重点为前三种。官能团异构比较复杂，比如烯烃可以写成环烷烃，一个碳碳三键可以写成两个碳碳双键或一个碳碳双键与一个环;醚可以写成醇，某些酚可以写成芳香醇或芳香醚;羧酸可以写成酯，或醛、酮加羟基的形式;等等，反之亦然。好在高考一般都有条件限制，不必考虑得过于复杂。

下面笔者结合教学中遇到的典型题例，总结几种书写同分异构体的常用分析方法，具体如下。

一、等效氢取代法

等效氢取代法的实质是将同分异构体看作是由官能团取代烃中的不同氢而形成的，书写时首先将官能团看作氢原子，写出有机物的碳链结构（很多时候就是写烃的同分异构体），然后利用“等效氢”规律判断可以被取代的氢的种类，一般有几种等效氢就有几种取代位置，也就有几种同分异构体。该法适用于卤代烃、醇、醛和羧酸等有机物同分异构体的书写。

三、定二议一法

定二议一这种方法一般先固定2个取代基的位置，再讨论另一个取代基的可能位置。这种方法在分析苯环的三取代结构时很便捷。

【例4】  的同分异构体有种;的同分异构体有种;的同分异构体有种。（取代基只改变位置，种类不变）

解析：对于先固定其中两个取代基的位置，如先固定A、B两个取代基，有三种结构：，第一种和第二种分别有四种氢，第三种有2种氢，所以用C取代苯环上的H共有10种同分异构体，答案是9种（包括它自己共有10种）。用相同的分析法可得：的同分异构体有5种（包括它自己共有6种）;的同分异构体有2种（包括它自己共有3种）。

可见，一个苯环的三取代物（取代基只改变位置，种类不变），如果三个取代基完全相同，有3种同分异构体;如果三个取代基中有两个相同，有6种同分异构体;如果三个取代基完全不同，有10种同分异构体。

【例5】（2017年全国2卷节选）（6）L是D的同分异构体，可与FeCl3溶液发生显色反应，1 mol的L可与2 mol的Na2CO3反应，L共有______种。

解析：由题意推知，D的结构简式是：，L可与FeCl3溶液发生显色反应，说明含有酚羟基，1 mol的L可与2 mol的Na2CO3反应，说明L的分子结构中含有2个酚羟基和一个甲基，这是一个苯环的三取代物，其中三个取代基中有两个相同（取代基只改变位置，种类不变），由例4的结论可知，满足条件的L共有6种。

四、等价代换法

烃的多卤同分异构体中存在如下规律：若烃中含有a个氢原子，则其n卤代物的同分异构体的数目和其（a-n）卤代物的同分异构体数目相同。例如，丙烷含有8个氢原子，则其二卤代物的同分异构体的数目将和其六（8-2=6）卤代物的同分异构体数目相同，都是4种。我们把这种方法称为等价代换法。

五、核磁共振氢谱法

在核磁共振氢谱中若峰的面积比的数字之和等于有机物分子式中的氢原子数，当出现3、6、9等数字时，一般含有甲基。如果峰的面积比数字之和不等于有机物分子式中的氢原子数，要扩大使之相等再判断，并优先考虑对称性结构。

六、固定酯基讨论法

在书写属于酯的同分异构体时，多采用固定酯基讨论法。

酯的结构简式可以固定表示为：R-COO-R′，R可以是H或烃基，而R′只能是烃基 ，R烃基可以按由简单到复杂，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基等顺序加以讨论，当出现R、R′烃基组合与前面相同时，停止讨论，把烃基R、R′互换或把酯基反向（即把R-COO-R′写成R′-COO-R或R-OOC-R′）就得到新的一种酯。

【例9】（2018年新课标3卷）已知D为HC≡CCH2 -COOCH2CH3，X与D互为同分异构体，且具有完全相同的官能团。X的核磁共振氢谱显示有三种不同化学环境的氢，其峰面积之比为3∶3∶2。写出3种符合上述条件的X的结构简式________________。

解析：根据题意，该同分异构体也有碳碳三键和酯基，同时根据峰面积比为3∶3∶2（面积比的数字之和等于8，与D的分子式的氢原子数相等），得知分子一定有两个甲基，另外一个是CH2，所以三键一定在中间，不存在HC≡C-，也不会有甲酸酯的可能，因此R-COO-R′中R不能是H。讨论：①当R是甲基CH3-时，R′的可能结构有-C≡CCH2CH3、-CH2C≡CCH3;②当R是乙基CH3CH2-时，R′只能是-C≡CCH3;③当R是CH3C≡C-时，R′是乙基-CH2CH3;④当R的结构是CH3CH2C≡C-或CH3C≡CCH2-时，R′是甲基-CH3。因此符合条件的分子有6种：

CH3-COO-C≡CCH2CH3、  CH3-COO-CH2C≡CCH3、

CH3CH2-COO- C≡CCH3、 CH3CH2C≡C-COO-CH3、

CH3C≡CCH2 -COO-CH3、 CH3C≡C-COO-CH2CH3

第③步討论到R是CH3C≡C-时，R′是乙基-CH2CH3，与第②步讨论到R是乙基CH3CH2-时，R′只能是-C≡CCH3所得的R、R′烃基组合相同，所以第③步之后的讨论可以省略，直接把第①步和第②步讨论所得的三种酯左右烃基互换或把酯基反向就可得新的后面的三种酯。

综上，同分异构体的书写虽然有一定难度，但只要掌握基本的分析方法就可以找到突破口。

（责任编辑 罗   艳）