高考专题13同系物与同分异构体

高考专题13同系物与同分异构体

‎ 高考专题十三：同系物及同分异构体 ‎【专题目标】‎ 1． 了解有机化合物数目众多和异构现象普遍存在的本质原因，碳原子彼此连接的可能形式；‎ 2． 理解同系列及同分异构的概念；‎ 3． 能够识别结构简式中各原子的连接次序和方式；‎ 4． 能够辨认同系物和列举异构体。‎ ‎【知识规律总结】‎ ‎ 一、 同系物的判断规律 1． 一差（分子组成差一个或若干个CH2）‎ 2． 二同（同通式，同结构）‎ 3． 三注意 （1） 必为同一类物质 （2） 结构相似（有相似的原子连接方式或相同的官能团种类和数目）‎ （3） 同系物间物理性质不同化学性质相同 因此，具有相同通式的有机物除烷烃外都不能确定是不是同系物。‎ 二 、同分异构体的种类 1． 碳链异构 2． 位置异构 3． 官能团异构（类别异构）（详见下表）‎ 组成通式 可能的类别 典型实例 CnH2n 烯烃 环烷烃 CH2=CHCH H‎2C CH2‎ ‎ CH2‎ CnH2n-2‎ 炔烃 二烯烃 环烯烃 CH= CCH2CH3 CH2=CHCH=CH2‎ CnH2n+2O 醇 醚 C2H5OH CH3OCH3‎ CnH2nO 醛 酮 烯醇 环醇 环醚 CH3CH2CHO CH3COCH3 CH=CHCH2OH CH3CH CH2 CH2 CH OH ‎ O CH2‎ CnH2nO2‎ 羧酸 酯 羟基醛 羟基酮 CH3COOH HCOOCH3 HOCH2CHO CnH2n-6O 酚 芳香醇 芳香醚 H3CC6H4OH C6H5CH2OH C6H5OCH3‎ CnH2n+1NO2‎ 硝基烷烃 氨基酸 CH3CH2NO2 H2NCH2COOH Cn(H2O)m 单糖或二糖 葡萄糖与果糖（C6H12O6） 蔗糖与麦芽糖（C12H22O11）‎ 三 、同分异构体的书写规律 1． 主链由长到短，支链由大到小，位置由心到边，排列由对到邻到间 2． 按照碳链异构 位置异构 官能团异构的顺序书写，也可按照官能团异构 碳链异构 ‎ 位置异构的顺序书写，不管按照那种方法书写都必须防止漏写和从写 四 、分异构体数目的判断方法 1． 记忆法 记住已掌握的常见的异构体数。例如：‎ （1） 凡只含一个碳原子的分子均无异构，甲烷、乙烷、 新戊烷（看作CH4的四甲基取代物）、2,2,3,3—四甲基丁烷（看作乙烷的六甲基取代物）、苯、　环己烷、 乙炔、 乙烯等分子一卤代物只有一种;‎ （2） 丁烷、丁炔、丙基、丙醇有2种；‎ （3） 戊烷、丁烯、戊炔有3种；‎ （4） 丁基C8H10有4种；‎ （5） 己烷、C7H8O（含苯环）有5种；‎ （6） 戊基、C9H12有8种；‎ 2． 基元法 例如：丁基有4种，丁醇、丁醛都有4种；‎ 3． 替元法 例如：C6H4Cl2有3种,C6H2Cl4有3种(将H替代Cl)；‎ 4． 对称法（又称等效氢法） 判断方法如下：‎ （1） 同一C 原子上的氢原子是等效 （2） 同一C 原子所连甲基上的氢原子是等效氯 （3） 处于镜面对称位置上的氢原子是等效 ‎【经典题型】‎ ‎ 题型一：确定异构体的数目 ‎ 例 1 某烃的一种同分异构只能生成1种一氯代物，该烃的分子式可以是（ ）‎ ‎ A．C3H8 B．C4H‎10 C．C5H12 D．C6H14‎ 解析：分析 C3H8 、C4H10、、C6H14各种结构，生成的一氯代物不只1种。从CH4、C2H6的一氯代物只有1种，得出正确答案为C。 ‎ ‎ ‎ ‎ 题型二：列举同分异构的结构 例 2 液晶是一种新型材料。MBBA是一种研究得较多的液晶化合物。它可以看作是由醛A和胺B去水缩合的产物。‎ ‎ ‎ ‎ CH3O CH=N CH2CH2CH2CH3 （MBBA） ‎ ‎ ‎ ‎ CH3O CHO H2 N CH2CH2CH2CH3 ‎ ‎ 醛A 胺 （1） 位上有—C4H9的苯胺可能有4种异构体 ，它们是：‎ CH3CH2CH2CH2— —NH2、（CH3）2CHCH2— —NH2、 、 ；‎ ‎ （2） 醛A的异构体甚多，其中属于酯类化合物且结构式中有苯环的异构体就有6种，它们是 —COOCH3、 —OCOCH3、HCOO— —CH3、 、 ‎ ‎ 、 。（全国高考题） ‎ 解析 ：（1）无类别异构、位置异构之虑，只有—C4H9的碳架异构；‎ （1） 题中有两个条件：属于酯类化合物且结构中含有苯环，不涉及类别异构。‎ 通过有序的思维来列举同分异构体可以确保快速、准确。可以按类别异构到碳链异构再到官能团或取代基位置异构的顺序进行有序的列举，同时要充分利用“对称性”防漏剔增。‎ 题型三：判断两结构是否等 ‎ 例3 萘分子的结构可以表示为 或 ，两者是等同的。苯并[α]芘是强致癌物质（存在于烟囱灰、煤焦油、燃烧的烟雾和内燃机的尾气中）。它的分子由5个苯环并合而成，其结构式可以表示为（Ⅰ）或（Ⅱ）式： ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ （Ⅰ） (Ⅱ) ‎ ‎ 这两者也是等同的。现有结构式A B C D ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ A B C D 其中：与（Ⅰ）、（Ⅱ）式等同的结构式是（ ）；‎ 与（Ⅰ）、（Ⅱ）式同分异构体的是（ ）。（全国高考题）‎ ‎ 解析： 以（Ⅰ）式为基准，图形从纸面上取出向右翻转180度后再贴回纸面即得D式，将D式在纸面上反时针旋转45度即得A式。因此，A、D都与（Ⅰ）、(Ⅱ)式等同。‎ ‎ 也可以（Ⅱ）式为基准，将（Ⅱ）式图形在纸面上反时针旋转180度即得A式，（Ⅱ）式在纸面上反时针旋转135度即得D式。‎ ‎ 从分子组成来看，（Ⅰ）式是C20H12，B式也是C20H12，而C式是C19H12，所以B是Ⅰ、Ⅱ 的同分异构体，而C式不是。‎ ‎ 答案是（1）AD；（2）B。‎ ‎ 判断两结构是否相等的思维过程是：（1）用系统命名法命名时名称相同者；（2）将分子整体旋转、翻转后能“重合”者。‎ 题型四：测试同分异构体的变通策略 ‎ 例 4 已知萘的n溴代物和m溴代物的种数相等，则n与m（n不等于m）的关系是 ‎ A n+m=6 B n+m=‎4 C n+m=8 D 无法确定 ‎ 解析： 解题过程中要避免犯策略性错误，就要见机而行，变“正面强攻”为“侧翼出击”，转换思维角度和思维方向。正确思路是：从萘的分子式C10H8出发，从分子中取代a个H（C10H8-a Bra）与取代8-a个H(C10HaBr8-a)的同分异构体的种数相等，故n+m=a+(8-a)=8,选C。‎ ‎ 解答本题的策略在于“等价”变通，如CHCl3与CH3Cl、CH2=CHCl与CCl2=CHCl、‎ C9H19OH（醇类）与C9H19Cl等等同分异构体的种数相等。‎ 解题思维策略对完成条件向结果转化和实现解题起着关键性的作用。策略性错误主要是指解题方向上的偏差，造成思维受阻或解题过程中走了弯路。对于高考来说，费时费事，即便做对了，也有策略性错误。‎ ‎ 题型五：由加成产物确定不饱和有机物异构体数 ‎ 例 5 某有机物与H2按1：1物质的量比加成后生成的产物结构为：‎ ‎ CH3‎ ‎ CH3—CH—CH2—CH—C—CH2—CH3‎ ‎ OH CH3 OH ‎ ‎ ‎ ‎ 则该有机物可能的结构有（ ）种（说明 羟基与碳碳双双键的结构不稳定）。‎ ‎ 解析 ：某有机物与H2按1：1物质的量比加成说明原来的有机物为烯烃，又由C的四价原则，双键位置的情况有四种，再考虑酮的存在情况。答案是5种。‎ ‎ 该题的特点是：已知某不饱和有机物加成后产物结构，确定原不饱和有机物的同分异构体的种数。解此类题的关键是：抓住加成反应的特点即反应前后碳链结构不变，确定不饱和键（双键、叁键）的可能位置，进而得到有机物的结构及种数。‎ ‎【随堂作业】‎ 一、 选择题 ‎1．下列化学式中，只表示一种纯净物的是 （ ）‎ ‎ A．C B．C3H‎8 C．C2H4O D．C3H6 ‎ ‎2.当今化学界关注的热点之一的C60，它可以看成是金刚石的 （ ）‎ A．同素异形体 B．同分异构体 C．同位素 D．同系物 ‎ ‎3．下列各组物质中互为同分异构体的是 （ ）‎ A．1H与2H B．O2与O‎3 C．乙烯与丙烯 D．正丁烷与异丁烷 ‎4．下列各组物质中一定互为同系物的是 （ ）‎ A．CH4、C3H8 B． C2H4、C3H6‎ C． C2H2、C6H6 D． C2H2、C6H6‎ ‎5．下列各组物质中，互为同系物的是 （ ）‎ ‎ ‎ A． —OH与 —CH3 B．HCOOCH3 与CH3COOH ‎ ‎ ‎ C． —CH=CH2 与CH3—CH=CH2 D．C6H5OH与C6H5CH2OH ‎ ‎6．对尼古丁和苯并[α]芘的分子组成与结构描述正确的是 （ ）‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 尼古丁 苯并[α]芘 ‎ A． 尼古丁为芳香族化合物 B． 苯并[α]芘的分子式为C20H18‎ C． 苯并[α]芘分子中含有苯环结构单元，是苯的同系物 D． 尼古丁分子中的所有碳原子可能不在同一平面上，苯并[α]芘分子中的所有碳原子可能都在同一平面上 ‎ ‎7．对复杂的有机物的结构，可以用“键线式”简化表示。如有机物CH2=CH—CHO ‎ 可以简写成 。则与键线式为 的物质互为同分异构体的是 （ ）‎ ‎ ‎ A． —OCH2CH3 B． —CHO C． —COOH D．HO— —CH3‎ ‎8．以M原子为中心形成的MX2Y2分子中，X、Y分别只以单键与M结合，下列说法中正确的是 （ ）‎ A．若MX2Y2分子空间构型为平面四边形，则有两种同分异构体 B．若MX2Y2分子空间构型为平面四边形，则无同分异构体 C．若MX2Y2分子空间构型为四面体型，则有两种同分异构体 A． 若MX2Y2分子空间构型为四面体型，则无同分异构体 ‎9．在沥青中有一系列稠环化合物，它们彼此虽不是同系物，但其组成和结构都有规律性的变化，从萘开始，这一系列化合物中第25个分子式是 （ ） ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 萘 芘 蒽并蒽 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ A．C50H30 B．C154H‎56 C．C154H60 D．C150H56‎ ‎10．速效感冒冲剂的主要成分之一为“对乙酰氨基酚”，其结构简式如下所示，有关它的叙述不正确的是 （ ） ‎ ‎ CH3—CO—NH— —OH A．能溶于热水 ‎ B．在人体内能水解 ‎ C．1mol对乙酰氨基酚与溴水反应时最多消耗Br24mol D．与对硝基乙苯互为同系物 一、 非选择题 ‎11．某芳香族化合物A的分子式为C7H6O2，溶于NaHCO3水溶液，将此溶液加热，能用石蕊试纸检验出有酸性气体产生。‎ （1） 写出化合物A的结构简式： ；‎ （2） 依题意写出化学反应方程式： ；‎ （3） A有几个属于芳香族化合物的同分异构体，写出它们的结构简式。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎12．今有化合物 甲： 乙： CH3 丙： CHO ‎ ‎ —COCH3 —COOH —CH2OH ‎ ‎ OH ‎ ‎ ‎ （1） 请写出丙中含氧官能团的名称： ‎ （2） 请判断上述哪些化合物互为同分异构体： ‎ （1） 请分别写出鉴别甲、乙、丙化合物的方法：‎ 鉴别甲的方法： ‎ 鉴别乙的方法： ‎ 鉴别丙的方法： ‎ ‎13．（上海高考）2000年，国家药品监督管理局发布通告暂停使用和销售含苯丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺（英文缩写为PPA）结构简式如下：‎ ‎ φ—CHOH—CHNH2—CH3‎ 其中φ—代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是—CHOH—CHNH2—CH3。‎ ‎（1）PPA的分子式是 ；‎ ‎ （2）PPA的取代基中有两个官能团，名称是 基和 基（写汉字）。‎ ‎（3）将—φ、—NH2、—OH在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中5种的结构简式是：‎ φ—CHOH—CHNH2—CH3 φ—CHOH—CH2—CH2NH2‎ φ—CH2—CHOH—CH2NH2 φ—CHNH2—CHOH—CH3‎ φ—CHNH2—CH2—CH2OH 请写出另外4种同分异构体的结构简式（不要写出—OH和—NH2连在同一个碳原子上的异构体；写出多于4种的要扣分）： 、 ‎ ‎ 、 、 ‎ ‎14.（上海高考）某有机物A（C4H6O5）广泛存在于许多水果中，尤以苹果、葡萄、西瓜、山楂中为多。该化合物具有如下性质：‎ ‎（1）在25oC时，电离常数K1=3.99×10-4，K2=5.5×10-6 ‎ ‎(2)A+RCOOH(或ROH) 浓H2SO4/ 有香味的产物 ‎（3）1molA与足量的Na→ 慢慢产生1.5mol气体 ‎（4）A在一定温度下的脱水产物（不是环状化合物）可和溴水发生加成反应 试回答：（1）根据以上信息，对以上A的结构可作出的判断是 （多选扣分）‎ ‎ （a）肯定有碳碳双键 （b）有两个羟基 ‎（c）肯定有羟基 （d）有—COOR官能团 ‎(2 )有机物A的结构简式（不含—CH3）为 ‎ ‎（3）A在一定温度下的脱水产物和溴水反应的化学方程式 ‎ ‎（4）A的一个同类别的同分异构体是 ‎ ‎ ‎