有机物同分异构体书写中的辩证关系探究

王兴锋

摘 要：有机物同分异构体的书写，需要对碳原子和氢原子在有机物结构中的辩证关系有清晰的认识：碳原子和氢原子好比树木的主干和树木的叶子。有机物的同分异构体书写应先有主干碳架，再有枝叶氢原子。复杂有机物的同分异构体的书写，要找不变的结构因素和变化的结构因素，不变的结构因素先写，变化的结构因素后写。

关键词：高中化学;偶然性;条理性;碳架;主干;枝叶

中图分类号：G633.8 文献标志码：A文章编号：1008-3561（2021）09-0096-02

有机物同分异构体的书写是高中化学的重点，也是高考的热点，在全国卷选择题中经常出现，掌握其书写规律，对提升学生考试成绩尤为重要。对此，高中化学课程标准的基本要求是：通过同分异构体的书写体会原子的连接顺序、空间构型、成键方式上的变化，知道有机物存在构造异构和立体异构。本文结合教学实践，对有机物同分异构体书写中的辩证关系进行探究。

一、有机物同分异构体书写中碳原子与氢原子的辩证关系

有机物主要是一类含碳的化合物，碳原子和氢原子是构成有机物的主体，认清碳原子和氢原子在结构中的辩证关系尤为重要。从碳原子和氢原子的原子结构上看，碳原子的最外层有4个电子，这4个电子都可以与其他原子的未成对电子配对，形成共用电子对，形成4个共价键。氢原子只有1个未成对电子，只能形成1个共价键。这就决定了氢只能连接在有机物结构的末端位置，主体结构被碳和其他原子占据。这就好比树木，树叶总是长在树干上一样。因此，有机物同分异构体的书写应先写“碳架”，然后按照四价原则加上一定数目的氢原子。例如，写出分子式为C6H14的同分异构体结构简式。思路：先写“碳架”后加氢原子，“碳架”的书写要在主碳架的基础上逐步加“枝条”（支链），通过逐步在主干上添加枝条，形成“碳架”的不同变化。（篇幅所限，图略）1）无支链C-C-C-C-C-C，2）有一个支链：，3）有两个支链：

这样就可以得到5种碳骨架，然后按照碳的四价原则添加氢原子就可以了。写C6H12的同分异构体，由于分子中比烷烃少2个氢原子，有两个碳原子各有1个电子未配对成键，因此分子结构中应有一个环状结构或一个碳碳双键。碳氢关系规律总结：先写碳后写氢，有环状氢少二，有双键氢少二，有三键氢少四，有苯环氢少八。（双键包含碳氧双键）

二、烃的衍生物同分异构体书写要分析烃的衍生物官能团的特点，羟基、醛基、羧基不能接在碳链中间

（1）卤代烃、醇、芳香族化合物取代基可在碳架上变换位置，因此应先写碳架，然后在碳架上添加官能团或取代基。例如，写出分子式为C5H12O属于醇的同分异构体。思路：（在这里一定要认真审题，是属于醇的异构体）先写出碳架，再写官能团羟基，最后加入氢原子。

碳架有三种A.    B.   C.

在这三种碳架上加入醇的官能团羟基后，碳架A上可以形成三种同分异构体，碳架B上可以形成四种同分异构体，碳架C上只形成一种同分异构体。写出分子式为C4H8Cl2的同分异构体。思路：先写出碳骨架，分两种情况：一是在同一碳原子上接入两个氯原子;二是在不同碳原子上分别接入两个氯原子，最后按照四价原则加入氢原子。

碳架有两种：A.B.

在碳架A中，同一碳原子上连接两个氯原子，可以连出两种，将氯原子分开连在不同碳上可有①②、①③、①④、②③四种连接方法。在碳架B中：同一碳原子上连接两个氯原子，只能连出一种，将氯原子分开连在不同碳原子上可有①②、①③两种连接方法。

（2）醛和羧酸官能团醛基和羧基不能连接在碳架的中间，只能接在末端碳原子上，它的書写可以让官能团在碳架的末端变化，也可以确定官能团让碳架变化，最后再加入氢原子。例如，写出C4H8O属于醛的同分异构体。思路：先写醛基，然后在醛基上连接剩余碳原子，最后加入氢原子。剩余3个碳原子有两种碳架形式，所以C4H8O属于醛的同分异构体有两种。

（3）酯的结构中，酯基处在结构的中心，剩余碳原子在酯基的两边发生碳原子数目的增减和碳架的变化。酯同分异构体的书写方法，应先确定中心基团酯基，然后在官能团酯基的两端分配不同数目的碳原子，如果分配的碳原子数目≥3个，就要进行碳架变化调整，最后加入一定数目的氢原子。例如，写出C4H8O2属于酯的同分异构体。思路分析：先写出酯基，然后在酯基的左右两端按[1 2]、[2 1]、[0 3]、[3 0]分配碳原子，其中含3个碳的要进行碳骨架的变化，最后添加氢原子。[1 2]分配碳原子 ，[2 1]分配碳原子，[0 3]分配碳原子，酯基的右边出现碳架异构 。[3 0]分配碳原子，结构中出现羧基，是酸的结构。

所以，C4H8O2属于酯的同分异构体有4种。

三、限定条件的同分异构体的书写，要把握限定的条件要素，根据条件找不变的因素和变化的因素，然后调整变化因素进行书写

下面，笔者以2019高考真题为例进行分析。

1.[2019新课标Ⅰ卷]

有机同分异构体_____。（不写立体异构） 限定条件：具有六元环状结构;能够发生银镜反应。思路分析：此题共有8个碳原子，题目要求六元环结构、并能发生银镜反应，也就是说主体结构是六元环，变化的是环外的醛基。六元环外可以连接一个支链，也可以是两条支链。两条支链可以在六元环上不同碳原子上领、间、对的变化，也可以接在同一个碳原子上。写出的结构有6种。（篇幅所限图略）

2.[2019新课标Ⅱ卷]

的二氯代物有多种结构，请写出它异构体的结构简式_____。

限定条件：能发生银镜反应;有三种不同化学环境的氢，个数比321;芳香族化合物。思路分析：题目限定了芳香族化合物，可发生银镜反应说明主体结构是苯环，且在环外有醛基。根据氢谱分析峰面积比为321，峰面积为3的是含有3个氢原子的甲基，峰面积为2的只能是苯环上的氢原子对称分布，峰面积为1的是含有1个氢原子的醛基。（篇幅所限图略）

3.[2019新课标Ⅲ卷]

同分异构体结构简式_____。（含有苯环的）限定条件为：在氢谱图象中，它的峰面积比值是为126;有机物与足量金属钠反应可生成氢气，有机物与氢气的物质的量比值为11。思路分析：含有苯环给出了有机物的主体结构，1 mol的该有机物与足量金属钠反应可生成1 mol的氢气说明结构中含有羟基，从量的关系上看含有两个羟基，从氢原子126的分布来看这两个羟基在苯环上对称分布，氢原子为6的应该为两个甲基对称分布在苯环上。（篇幅所限图略）

4.[2019江苏]

写出的一种同分异构体_____。限定的条件：遇FeCl3的水溶液使溶液颜色变为紫色;在氢氧化钠溶液中会水解，然后用硫酸酸化处理，含苯环的产物中对于不同的化学环境氢原子数目比为11。思路分析：与FeCl3溶液发生显色反应说明该有机物的主体结构有酚羟基，水解又酸化处理后，苯环上不同类型氢原子的比值为11，说明水解后苯环上有三个间位羟基，其中的羟基决定了酯基的连接形式。（篇幅所限图略）

总之，有机物同分异构体的书写一定要认清结构中的辩证关系，分清主次，要先写碳架后写支链;在书写过程中，要分清楚变化的结构和不变的部分，先书写不变的，后写变化的;如果题目中有对结构的限制条件，就要在限制条件的基础上对可能的结构进行删减。

参考文献：

[1]王永森.满足合成路线的有机物同分异构体的书写策略研究[J].高中数理化，2020（01）.

[2]穆玉鹏.同分异构体的书写与数目的确定[J].数理化解题研究，2020（07）.

[3]厉业余.限定条件同分异构体的书写[J].中学化学，2020（02）.

[4]李灵敏.限定条件下同分异构体的书写策略[J].数理化解题研究，2019（19）.