微专题23“有序思维”突破同分异构体\n【知识基础】1．有机物同分异构体书写的思维模型\n2．限定条件下官能团的判断常见限定条件有机物分子中的官能团或结构特征性质限定与金属钠反应放出氢气含羟基、羧基能发生银镜反应或与新制的Cu(OH)2悬浊液反应产生红色沉淀含醛基、甲酸酯基能与NaOH溶液反应含(酚)羟基、羧基、酯基、卤原子等与NaHCO3、Na2CO3溶液反应产生CO2含羧基与FeCl3溶液发生显色反应或与浓溴水反应产生白色沉淀含酚羟基能发生水解反应含酯基、卤原子等卤代烃或醇能发生消去反应含βH原子\n结构限定属于芳香族含苯环核磁共振氢谱有n组峰一般为对称结构，有n种不同化学环境的氢原子，若峰面积比中出现3或6的，可考虑含有1个或2个甲基\n微点拨根据不饱和度确定某有机物的同分异构体的官能团种类：如讨论苯甲酸的含酚羟基的同分异构体时，通过计算，苯甲酸的不饱和度为4＋1＝5，而苯酚的不饱和度为4，所以还需要一个不饱和含氧官能团，即醛基，而不是饱和的含氧官能团，如羟基或醚键。\n3．官能团或取代基位置的确定方法(1)“取代法”确定链端官能团的位置实质：找出碳链中的等效氢原子，用链端官能团取代碳链中不同的等效氢原子。适用范围：—X(X表示卤原子)、—OH、—CHO、—COOH等。实例：如【考点速览】中T4，由信息③可知，结构中含有酚羟基，由信息①②可知，苯环上的另一个取代基为—C3H6CHO，此时，问题转化为—C3H6CHO的同分异构体有多少种。—CHO为链端官能团，除官能团外的碳链结构有用—CHO取代碳链中不同的等效氢原子，共有5种结构。再结合苯环上有两个取代基时有邻、间、对3种位置关系，故符合条件的同分异构体有5×3＝15(种)。由峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1可知，分子结构高度对称，且结构中含2个—CH3，故结构简式为\n(2)“插入法”确定链中间官能团的位置实质：找出碳链中的等效碳原子，将链中间官能团插入碳骨架中。\n注意：对于—O—、，其结构对称，插入X—Y(X、Y表示原子或原子团，后同)之间均只有1种结构：X—O—Y、。对于，其结构不对称，若插入不同的原子或原子团之间有2种情况，如插入X—Y之间有2种结构：若插入相同的原子或原子团之间只有1种结构：\n实例：的同分异构体中能同时满足下列条件的有________种。a.含苯环的醛、酮b．不含过氧键(—O—O—)c.核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1。由信息a推知有机物中含，由信息c推知该有机物中含甲基，结合信息b可知，苯环上有两个对称位置的—OH。其解题方法：先用—OH取代甲苯上两个对称位置的氢原子，再插入即得符合条件的同分异构体。思路如下：\n特别提醒在分析酯的同分异构体时，可以插在C—C之间得到酯，如；也可以插在H—C之间得到酯，如，即甲酸某酯。\n(3)“定一移一法”确定两个或多个官能团(或取代基)的位置实质：先利用“定一移一法”确定两个官能团(或取代基)的位置，再利用“取代法”或“插入法”确定下一个官能团(或取代基)的位置，以此类推。实例：当苯环上有三个不同的取代基(—X、—Y、—Z)时，先利用“定一移一法”确定两个取代基的位置，再利用“取代法”确定第三个取代基的位置，如\n微点拨对于含有碳碳双键的有机物，没有特别标明时，还要考虑顺反异构，这是由于碳碳双键不能旋转而导致分子中原子或原子团在空间的排列方式不同而引起的立体异构。每个双键碳原子连接两个不同的原子或原子团时才能形成顺反异构，两个相同的原子或原子团位于碳碳双键的同一侧时为顺式结构，如顺2丁烯的结构简式为；两个相同的原子或原子团分别位于碳碳双键的两侧时为反式结构，如反2丁烯的结构简式为\n[例1]某有机物的化学式为C8H8O2，写出符合下列条件的有机物的结构简式。①含有苯环；②属于酯类。___________________________________________________________\n解析：审限定条件确定官能团或特殊基团→观察研究对象确定不饱和度→做减法，拆成碎片→重新组装。符合条件的同分异构体共有6种。\n[例2]F(HOCH2—C≡C—CH2OH)的同分异构体中能同时满足下列条件的共有________种(包含顺反异构)。①链状化合物；②能发生银镜反应；③氧原子不与碳碳双键直接相连。其中，核磁共振氢谱显示为2组峰，且峰面积之比为2∶1的是_________________________(写结构简式)。9OHC—CH2—CH2—CHO\n解析：\n拆成碎片重新组装\n\n【专题精练】1．下列化合物中同分异构体数目最少的是()A．C5H11ClB．C5H12OC．C5H10D．C4H8O2答案：A\n2．下列有机物同分异构体的数目与分子式为BrC4H7O2且能与碳酸氢钠反应生成气体的有机物数目相同的是(不含立体异构)()A．分子式为C5H10的烯烃B．分子式为C4H8O2的酯C．的一氟代物D．金刚烷()的二氯代物答案：A\n解析：分子式为BrC4H7O2，且能与碳酸氢钠反应生成气体，说明分子中含有羧基，BrC4H7O2可看成溴原子取代丁酸烃基上的氢原子，丁酸有2种：CH3CH2CH2COOH、(CH3)2CHCOOH，所以该有机物有3＋2＝5(种)；戊烯的同分异构体有CH2===CHCH2CH2CH3、CH3CH===CHCH2CH3、CH2===C(CH3)CH2CH3、CH3C(CH3)===CHCH3、CH3CH(CH3)CH===CH2，共5种，选项A正确。分子式为C4H8O2的酯为饱和一元酯，相当于将—COO—插入C3H8的碳碳键或碳氢键(构成甲酸某酯)中，即，其同分异构体共有4种，选项B错误。甲苯分子中有4种不同化学环境的氢原子，其一氟代物有4种，选项C错误。金刚烷的结构高度对称，其二氯代物有共6种，选项D错误。\n3．三种环状有机物的结构如图所示，下列有关说法错误的是()A．三种环状有机物互为同分异构体B．环辛四烯的一溴代物有一种C．苯乙烯分子中所有原子可能共平面D．立方烷的六氯代物有3种答案：B\n解析：三种环状有机物的分子式均为C8H8，结构不同，互为同分异构体，选项A正确。依据模型解法中的“等效氢法”可判断，环辛四烯有2种不同化学环境的氢原子，则一溴代物有2种，选项B错误。苯和乙烯均为平面结构，旋转苯环与乙烯基之间的碳碳单键可使苯环平面和乙烯基平面处于同一平面，选项C正确。依据模型解法中的“换元法”可判断，立方烷的二氯代物的同分异构体有3种，则其六氯代物也有3种，选项D正确。\n4．下列有机物中，符合特定性质或结构特点的同分异构体数目判断错误的是(不考虑立体异构)选项ABCD分子式C5H10C5H12OC4H8O2C8H9Cl性质或结构特点能使溴水褪色，分子中含有两个甲基能发生酯化反应能与NaOH溶液反应芳香族化合物，Cl不直接连在苯环上同分异构体数目3825答案：C\n解析：A项，分子式为C5H10且能使溴水褪色，即为烯烃。结合碳骨架异构和官能团位置异构，有、，共5种，其中分子中含有两个甲基的为碳碳双键在2、3、5位置处的，共3种正确。B项，分子式为C5H12O且能发生酯化反应，说明分子中含有—OH。根据基元法可知，—C5H11有8种结构(、、)则C5H11—OH有8种结构，正确。\nC项，分子式为C4H8O2且能与氢氧化钠溶液反应，则可能为羧酸，也可能为酯。当为羧酸时，根据基元法可知，—C3H7有2种结构，则C3H7—COOH有2种结构；当为酯时，有HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3和CH3CH2COOCH34种结构。共6种结构，错误。D项，分子式为C8H9Cl的芳香族化合物且Cl不直接连在苯环上，则如果苯环上有1个取代基，可能为—CH2CH2Cl或—CHClCH3，有2种结构；如果苯环上有2个取代基，应为—CH2Cl和—CH3，且有邻、间、对三种位置关系，有3种结构。共5种结构，正确。\n5.某化合物X为，化合物W的相对分子质量比化合物X大14，且满足下列条件：①属于芳香族化合物；②能与NaOH溶液反应；③能发生银镜反应。则W的同分异构体数目有()A．13种B．14种C．16种D．17种解析：化合物W的相对分子质量比化合物X大14，即多一个“CH2”，则化合物W的分子式为C8H8O2；结合限定条件可知，含有的官能团可能是醛基和(酚)羟基，也可能是(甲酸)酯基。利用模型解法中芳香族化合物同分异构体数目的判断方法可知：①若含醛基和酚羟基，则苯环上取代基为“—OH、—CH2CHO”时，有3种，为“—OH、—CH3、—CHO”时，有10种；②若含甲酸酯基，则苯环上取代基为“HCOOCH2—”时，有1种，为“—CH3、HCOO—”时，有3种，符合条件的同分异构体共有17种。答案：D\n6．下列说法正确的是(均不考虑立体异构)()答案：B\n解析：和的分子式不同，不互为同分异构体，故A错误；分子中碳原子上处于不同化学环境的氢原子共有6种，则其一氯代物有6种，故B正确；(CH3)2CHCHClCH3的母体为戊烷，戊基(C5H11—)共有8种，则戊烷的一氯代物共有8种，除去(CH3)2CHCHClCH3，则(CH3)2CHCHClCH3的同分异构体有7种，故C错误；与官能团相同，则含有酯基，符合条件的物质有HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3，共4种，故D错误。\n7．对甲基苯甲酸的结构简式为。下列有关说法错误的是()A．对甲基苯甲酸的一氯代物有3种B．对甲基苯甲酸苯环上的二氯代物有4种C．对甲基苯甲酸与互为同分异构体D．对甲基苯甲酸的同分异构体中，能发生水解反应且属于芳香化合物的有4种答案：D\n解析：对甲基苯甲酸苯环上的一氯代物有2种，甲基上的H也可以被取代，共3种，A正确。对甲基苯甲酸苯环上的二氯代物有4种，分别为、、、，B正确；对甲基苯甲酸与的分子式均为C8H8O2，结构不同，互为同分异构体，C正确。对甲基苯甲酸的同分异构体中，属于芳香化合物，则含有苯环；能发生水解反应，则含有酯基，可为HCOO—或CH3COO—或CH3OCO—。当酯基为HCOO—时，有(数字所在的位置为甲基的位置)和，共4种结构；当酯基为CH3COO—时，有1种结构，为；当酯基为CH3OCO—时，有1种结构，为，共6种结构，D错误。\n8．的同分异构体中含苯环且苯环上只有两个取代基的还有________种(不考虑立体异构)。其中核磁共振氢谱中有5组峰，且面积比为3∶3∶2∶2∶1的是________(写结构简式)。8\n解析：与互为同分异构体，且苯环上有两个取代基的结构还有、、(邻、间、对)。故还有8种。\n9．(1)抗结肠炎药物有效成分的结构简式为，它的同分异构体中，符合下列条件的有________种。①遇FeCl3溶液有显色反应②分子中甲基与苯环直接相连③苯环上共有三个取代基(2)写出符合下列要求的的同分异构体的结构简式：________________。①苯环上只有两个取代基②能使溴的CCl4溶液褪色，且在酸性条件下能发生水解③核磁共振氢谱显示吸收峰面积之比为1∶1∶2∶2∶2(3)D是化合物B(CH2===CHCH2Br)的一种同分异构体，其核磁共振氢谱显示有两种不同化学环境的氢，且峰面积之比为4∶1，D的结构简式为________________________。10\n解析：(1)遇FeCl3溶液有显色反应，说明含有酚羟基；分子中甲基与苯环直接相连，苯环上共有三个取代基，则三个取代基分别是硝基、甲基和酚羟基。如果硝基和甲基处于邻位，有4种结构；如果硝基和甲基处于间位，有4种结构；如果硝基和甲基处于对位，有2种结构，所以符合条件的同分异构体有10种。(2)能使溴的CCl4溶液褪色，说明含有碳碳双键，在酸性条件下能发生水解，说明含有酯基，核磁共振氢谱显示吸收峰面积之比为1∶1∶2∶2∶2，苯环上只有两个取代基，符合上述条件的有机物结构简式为。(3)核磁共振氢谱显示有两种不同化学环境的氢，且峰面积之比为4∶1，说明其结构高度对称，则D的结构简式为。\n10．(1)分子式为C5H8O4且能同时满足下列条件的结构共有________种(不含立体异构)；①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体②既能发生银镜反应，又能发生皂化反应其中核磁共振氢谱显示为3组峰，且峰面积之比为6∶1∶1的是______(写结构简式)。(2)符合下列3个条件的的同分异构体有________种。①与FeCl3溶液发生显色反应；②苯环上只有两个取代基；③1mol该物质最多消耗3molNaOH，其中氢原子共有五种不同环境的是________________(写结构简式)。56\n解析：(1)分子式为C5H8O4的有机物，①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体，说明分子结构中含有羧基；②既能发生银镜反应，又能发生皂化反应，说明含有酯基和醛基，符合条件的结构有共5种。其中核磁共振氢谱显示为3组峰，且峰面积之比为6∶1∶1的结构为\n(2)同分异构体符合下列条件：①与FeCl3溶液发生显色反应，说明含有酚羟基；②苯环上只有两个取代基；③1mol该物质最多消耗3molNaOH，说明另一个取代基为RCOO—，该取代基为CH3CH2CH2COO—、(CH3)2CHCOO—，这两种取代基都与酚羟基有邻、间、对3种位置关系，所以符合条件的同分异构体有6种，其中氢原子共有五种不同环境的是。\n(3)同时满足下列条件：①与FeCl3溶液发生显色反应；②苯环上有两个取代基、含C===O的的同分异构体有________种(不包括立体异构)；其中核磁共振氢谱为4组峰、能水解的物质的结构简式为______________________________________________________。21\n解析：(3)同分异构体同时满足下列条件：①与FeCl3溶液发生显色反应，说明含有酚羟基；②苯环上有两个取代基、含C===O，另一个取代基在苯环上有邻、间、对3种位置关系：，侧链有同分异构体：—COOCH3、—OOCCH3、—CH2COOH、—CH2OOCH、—OCH2CHO、—COCH2OH、—CHOHCHO7种，故同分异构体有3×7＝21种；核磁共振氢谱为4组峰、能水解的物质，即有4种不同化学环境的H，只有苯环上对位(3种H)、侧链上1种H(上述前两种)才符合条件，其结构简式为
