把握考查特点突破同分异构体

2022-02-22尉言勋侯建丽

高中数理化 2022年2期

尉言勋侯建丽

（安徽省砀山第四中学）

同分异构体是高考的高频考点，2021年全国卷及各省市高考题均进行了考查.在《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》中明确要求：知道有机化合物存在同分异构现象(必修)，认识有机化合物的分子结构决定于原子间的连接顺序、成键方式和空间排布，认识有机化合物存在构造异构和立体异构等同分异构现象(选择性必修).从高考命题来看，同分异构体的识别、辨认、种类的确定以及结构简式的书写一直是命题的热点，本文总结了高考试题的考查特点，对典型例题进行了分类解析.

1 考查特点

2021年各地高考试题关于同分异构体的考查特点如表1所示.

表1

从整体上看，对同分异构体相关知识的考查既可以选择题的形式呈现，也可以非选择题的形式呈现，重点考查同分异构体的基本概念、数目的判断以及结构简式的书写等.非选择题中试题信息新颖、陌生度大，一般对结构特点、官能团的性质、核磁共振氢谱、红外光谱等相关性质进行限定.

2 典例解析

2.1 同分异构体的判断

例1(2021年全国甲卷)下列各项叙述正确的是( ).

A.甲醇既可发生取代反应也可发生加成反应

B.用饱和碳酸氢钠溶液可以鉴别乙酸和乙醇

C.烷烃的沸点高低仅取决于碳原子数的多少

D.戊二烯与环戊烷互为同分异构体

解析

甲醇为一元饱和醇，不能发生加成反应，选项A错误.乙酸可与饱和碳酸氢钠反应，产生气泡，乙醇与饱和碳酸氢钠互溶，两者现象不同，可以鉴别，选项B正确.含相同碳原子数的烷烃，其支链越多，沸点越低，所以烷烃的沸点高低不仅仅取决于碳原子数的多少，选项C错误.戊二烯分子结构中含2个不饱和度，其分子式为C5H8，环戊烷分子结构中含1个不饱和度，其分子式为C5H10，两者分子式不同，不能互为同分异构体，选项D错误.答案为B.

点评

分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体，选项D考查同分异构体的基本概念.注意：同分异构体可以是同类物质(含有相同的官能团)，也可以是不同类的物质(所含官能团不同).

2.2 同分异构体结构简式的书写

例2(2021年河北卷，节选)丁苯酞(NBP)是我国拥有完全自主知识产权的化学药物，临床上用于治疗缺血性脑卒中等疾病.合成中间产物D有多种同分异构体，其中能同时满足下列条件的芳香族化合物的结构简式为________、________.

①可发生银镜反应，也能与FeCl3溶液发生显色反应；

②核磁共振氢谱有四组峰，峰面积比为1∶2∶2∶3.

解析

①可发生银镜反应，说明结构中含有醛基；能与FeCl3溶液发生显色反应，说明结构中含有酚羟基，由D的结构简式可知其分子式为C8H8O3(不饱和度为5)，因此可推知该结构中除醛基外不含其他不饱和键；②核磁共振氢谱有四组峰，峰面积比为1∶2∶2∶3，说明该结构具有对称性，且含有1个甲基.若含有1个—CHO，2个—OH(酚)符合条件的结构简式为若含有1个—OOCH，1个—OH，则不能满足峰面积之比.

【归纳总结】给定条件的同分异构体书写方法，如图1所示.

图1

2.3 同分异构体数目的判断

1)等效氢法

例3(2021年河北卷)苯并降冰片烯是一种重要的药物合成中间体，结构简式为关于该化合物，下列说法正确的是( ).

A.是苯的同系物

B.分子中最多8个碳原子共平面

C.一氯代物有6种(不考虑立体异构)

D.分子中含有4个碳碳双键

解析

苯的同系物必须是只含有1个苯环，侧链为烷烃基的同类芳香烃，苯并降冰片烯的侧链不是烷烃基，不属于苯的同系物，选项A错误.苯并降冰片烯分子中苯环上的6个碳原子和连在苯环上的2个碳原子共平面，共有8个碳原子，选项B正确.苯并降冰片烯分子的结构上下对称，在不考虑立体异构的情况下，分子中含有5类氢原子，即所以一氯代物有5种，选项C错误.苯环不是单双键交替的结构，苯并降冰片烯分子中只含有1个碳碳双键，选项D错误.答案为B.

【归纳总结】有机物分子中，化学环境相同的氢原子称为等效氢原子，有多少种等效氢，就有多少种一元取代物.

b)同一个C原子上所连甲基上的氢原子是等效的，如图2中①和②位置上的6个H原子等效.

图2

c)处于对称位置(轴对称或镜面对称)上的氢原子是等效的.如图3有机物中，①和⑥、②和⑦、③和⑧、④和⑨位置上的4组H原子分别等效.

图3

2)分类讨论法

例4(2021年全国甲卷，节选)化合物B)的同分异构体中能同时满足下列条件的有_________(填标号).

a.含苯环的醛、酮

b.不含过氧键(—O—O—)

c.核磁共振氢谱显示4组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1

A.2个 B.3个

C.4个 D.5个

解析

核磁共振氢谱显示4组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1，有4种不同的等效氢，且原子个数比为为3∶2∶2∶1，则其中1个取代基为甲基，且呈对称结构.a)当为含苯环的醛时，有2种同分异构体，分别是b)当为含苯环的酮时，有2种同分异构体，分别是.故满足条件的同分异构体有4种，答案为C.

点评

本题考查官能团分类不同出现的异构.根据题目给予的信息可将其分为含苯环的醛、含苯环的酮两种情况进行讨论，逐个突破，化难为简.

3)定一移一法或定二移一法

例5(2021年广东卷，节选)化合物Ⅵ的芳香族同分异构体中，同时满足如下条件的有种________，写出其中任意一种的结构简式：_______.

a.能与NaHCO3反应；

b.最多能与2倍物质的量的NaOH反应；

c.能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应；

d.核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子；

e.不含手性碳原子(手性碳原子是指连有4个不同的原子或原子团的饱和碳原子).

解析

化合物Ⅵ的不饱和度是5，苯环的不饱和度是4.Ⅵ的芳香族同分异构体同时满足如下条件：a)能与NaHCO3反应，说明含有—COOH，根据其不饱和度可知不含酯基或碳碳双键；b)最多能与2倍物质的量的NaOH反应，说明含有1个酚羟基；c)能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应，说明含有1个醇羟基；d)核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子，说明含有2个甲基；e)不含手性碳原子，说明苯环上取代基有3个.综上可得苯环上含有3个不同取代基，分别为—COOH、酚羟基、，利用“定二移一”法，可得同分异构体有10种，其中1种结构简式为

【归纳总结】“定一移一”法即分析二元取代物时(三元取代物可类推)，可固定一个取代基，再移动另外一个取代基，以确定同分异构体数目.例如，在苯环上连有2个原子或原子团时，可固定一个移动另一个，从而写出邻、间、对3种异构体；苯环上连有3个原子或原子团时，可先固定2个原子或原子团，得到3种结构，然后结合等效氢法，就能写全含有芳香环的同分异构体.以苯的三元取代物的种数为例，可建立以下模型.