有机物同分异构体的书写方法和规律总结

2020-09-10赵世宏

数理化解题研究·高中版 2020年12期

摘要：在历界全国各地高考理综化学中，Ⅰ卷选择题的个别选项甚至整个小题都是同分异构体数目的确定，Ⅱ卷都要涉及到某条件的异构体数目的确定和结构简式的书写问题.要求考生在很短时间内进行变式和统摄整理完成问题的解答是有一定难度，这就需要考生掌握一定的书写方法和规律，能根据分子式结合有机物的化学特性和不饱和度迅速确定可能的官能团，再按类别介助分子的对称性，应用组合法进行快速确定数目.

关键词：同分异构;对称性;组合法;高中化学

中图分类号：G632 文獻标识码：A 文章编号：1008-0333（2020）34-0097-03

收稿日期：2020-09-05

作者简介：赵世宏（1966.3-），男，甘肃省天水人，硕士，中小学高级教师，从事高中化学教学研究.

在高考理综化学中同分异构体的书写和数目确定所占分值较大全国各地高考中在Ⅰ卷和Ⅱ卷中均有出现.这种题可以也是充分考查化学核心素养.一个有机分子式代表了三种异构现象：碳链异构、位置异构和类间异构.一般的书写思路是：先考查可以分为几类（类间异构），再每个类考查碳链异构，最后每种碳链上改变官能图的位置成为位置异构.现以后两种异构体的书写来说明如何确定有机物同分异构体及数目.

一、链烃异构体的书写方法链烃异构体主要是以烷烃为代表的碳链异构，它们是构成其它物质的基石，其它物质的异构体都是根据链烃的异构体来改写.

1.饱和碳链异构（烷烃异构体）的书写[ 以庚烷（C7H14）为例]

第一步：先写最长碳链（后面都是一样，这只写出碳链，不写氢原子）

C—C—C—C—C—C—C

第二步：从原长链中依次减碳，做为取代基，减去1个碳做甲基（-CH3），减去2个碳做2个甲基或1个乙基（-C2H5，剩余主碳链碳数≥5时），依次类推.剩余的碳链用对称轴把碳原子分类（用相同数字表示，虚线表示对称轴，下同）.

第三步：按剩余碳链的对称性放回被减去部分.

第四步：重复第二和第三步，直到不能再减碳为止.

2.不饱和碳链异构（烯烃和炔烃）的写法

烯烃和炔烃的异构体包括碳链异构和双键或叁键的位置异构，一般分这两步书写分两步书写.现以已烯（C6H12）和已炔（C6H10）为例说明.

第一步：先写碳链异构，用对称轴把C―C键分类，

第二步：把标序号的位置变为双键（当某个碳已达4价，不能变双键）或叁键（当某个碳已达3价，不能变叁键）.第1条碳链得到的种烯烃和三种炔烃，第2条碳链有4种烯烃和2种炔烃，第3条碳链有3种烯烃和1种炔烃，第4条碳链有2种烯烃无炔烃，第5条碳链有1种烯烃和1种炔烃，下面是第一条碳链的，其余未显示.

二、一元取代物异构体的书写

一元取代物包括一卤代烃、一元醇、醛、酸等.通过两步完成书写，先写碳链异构，并按对称性对碳分类，再放入官能团.现以一氯戊烷（C5H11Cl）为例：

先写碳链异构如下：

再放入氯原子，共得到3+4+1=8种异构体，以下只写出第1条碳链的3个异构体：

由上得到如下结论：

1.饱和烷基的数目：甲基和乙基各1种，丙基2种，丁基4种，戊基8种.

2.同烷基的衍生物异构体数目相同，都是烷基异构体的数目.如：丁醇（C4H9OH）、一氯丁烷（C4H9Cl）、戊醛（C4H9CHO）和戊酸（C4H9COOH）异构体都是4种.

3.一卤代烷只有一种（无同分异构体）的烷烃可由甲烷（CH4）和乙烷（C2H6）变化而来，具体方法：碳原子数是前者的3倍加2，所有氢原子用甲基（-CH3）替换.得到C（CH3）4和（CH3）3C-C（CH3）3，即C5H12和C8H18中的一种，以此类推，碳原子数在前者的3倍加2得到C17H36和C26H54其中的一种烷烃其一卤代烷也是一种.

三、二元取代物异构体的书写——组合法

组合法的基本思路：用对称轴对碳链或苯环进行分类，再对碳原子进行两两组合，组合的这一对碳就是要放两个官能团的.

1.碳链异构组合法.有三种组合：①同一个碳（不能带支链），②同种碳，③不同种碳.

例1 （2016年全国Ⅱ10题）分子式为C4H8Cl2的有机物共有（）（不含立体异构）

A.7种 B.8种 C.9种 D.10种

第一步：写碳链异构，并用对称轴对碳原子分类：

第二步：组合：碳链异构的三种组合：左边的一条，同一个碳①和②上分别放两个氯;同种碳①①和②②组合;不同种碳两个①②组合，共1+1+1+1+2=6种.右边的碳链，同一个碳①上放两个氯（碳②上只有一个氢原子，不能放两个氯）;同种碳①①组合;不同种碳①②组合，共1+1+1=3种.共3+6=9种，该题答案为C.

2.苯环异构组合法.有两种组合：①同种碳，②不同种碳.

例2 蒽的二氯代物的同人异构体数目是种.

第一步：根据对称性对苯环碳进行分组：

第二步两两组合：同种碳的组合：①①组合3种，即：一个氯先放于任一碳①上，另一个氯放于另外3个碳①，且各不相同.同理，②②组合有3种，③③组合有1种;不同种碳的组合：①②组合有4种，①③组合有2种，②③组合有2种.所以，蒽的二氯代物共有3+3+1+4+2+2=15种.

3.由上述两例可得出如下结论：

（1）对于不同的二元取代物，由于两个不同基团在不同两个碳上可以互换，异构体数目的确定方法是：同一个碳和两种碳的组合，异构体数目不变，而不同种碳的组合异构体数目扩大2倍.如例1变为C4H8ClBr两条碳链中的①②组合乘2，即总的异构体数目为：1+1+1+1+2×2+1+1+1×2=12种.

（2）单苯环的三元取代物异构体的数目分别为：①三同有3种：如三甲基苯;②二同有6种，如二甲基苯酚，先放上—OH后，重新用對称轴分组碳原子，再组合放上两个甲基，

有①①、②②、①②、①③和②③5种组合，异构体数目：1+1+2+1+1=6.③三不同有10种，即按二同的写法，只要不同组合乘以2，1+1+（2+1+1） ×2=10.

（3）二元醛和二元羧酸要按少两个碳原子写碳链或苯环的异构，比如2018年全国Ⅱ36题（6）小题，通过计算和性质推知F是分子式为C6H10O4的二元羧酸，改写成

C4H8（COOH）2后与例1完全相似，所以F的异构体数目也是9种.而二元醇有特殊要求，两个-OH不能边在一个碳上，也不能连在双键等碳上.

（4）碳链上的三元取代物，可变为二元.如例1变为C4H7Cl3，其中放在同一个碳上的两个氯原子可看作一个取代基，相当于不同二元的组合，只是含次甲基（CH）的不同组合不能扩大2倍.例1中左边碳链上，分放在3个碳上的组合分别是①①②和①②②，同一个碳上是碳②，同种碳①①和②②，不同碳组合是两个①②，共1+1+1+1+1++2×2=9种;右边碳链上，分放在3个碳上的组合分别是①①②，同一个碳上是碳①，同种碳①①，不同碳组合是1个①②，因碳①是次甲基，不能乘2，共1+1+1+1=4种，即：C4H7Cl3的异构体是13种.

（5）其它可按原子交换法变为二元，仍可按上述方法书写.如：二甲基萘的苯环上四溴代物的异构体数目的确定方法：先定二溴代物，按组合法有①①、②②、③③、①②、①③、②③，共1+1+1+2+2+2=9种，苯环上二溴代物是H4Br2，则四溴代物H2Br4，所以二甲基萘的四溴代物也是9种.

三、酯类异构体的数目确定方法

从近年高考题看，酯类物质及异构体的问题出现较多，一直是有机部分的难点，基本思路，先用不饱和度（Ω）确定除了酯基外，还有什么官能团，再拆分为酸和醇两部分完成书写.

1.脂肪酯（链酯）异构体

书写方法：按酸部分碳数递增，醇部分碳数递减，把碳数少的酸部分RCOO—或醇部分ROCO—作为取代基，放入剩余的碳链异构中.

例3 确定分子式为C6H12O2的属于酯类异构体数目

分析不饱和度Ω=（2×6+2-12）/2=1，为饱和链，酸碳数为1， HCOO—作为取代基，醇部分为戊基

—C5H11，即：甲酸戊酯有8种;酸碳数为2， CH3COO—作为取代基，醇部分为丁基—C4H9，即：乙酸丁酯有4种;酸碳数为3， CH3CH2COO—作为取代基，醇部分为丙基—C3H7，即：丙酸丙酯有2种;醇碳数变少后，把

C2H5OCO—作为取代基，酸部分为丙基—C3H7，即：丁酸乙酯有2种;把CH3OCO—作为取代基，酸部分为丁基—C4H9，即：戊酸甲酯有4种;共8+4+2+2+4=20种.

2.芳香酯的异构体

书写方法同上，只是当苯环在酸部分时，碳数≥7，在醇部分时，碳数≥6.

例4 分子式为C9H10O3的芳香酯，能使FeCl3溶液显紫色，它只有一个甲基的异构体有几种？