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同分异构体书写及数目判断

四川省旺苍中学 杨全光 628200
同分异构体的书写及数目确定是高考的必考点，通常有两种考查形式：一是以选择题的形式考查同分异构体的数目；二是以非选择题的形式考查某些具有特定结构的同分异构体的书写及数目判断。
一、同分异构体的书写
先根据化学式写出通式进行物质类别判断后，书写时一定做到有序性和规律性。
1、降碳法（适用于烷烃）：书写时要做到全面避免不重复，具体规则为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列由邻到间，碳满四价。
例1、写出分子式为C7H16的所有有机物的结构简式。
【解析】经判断，C7H16为烷烃。
第一步：写出最长碳链(只写出了碳 ，氢原子根据“碳满四价”补足)：
（得到1种异构体）；
第二步：去掉最长碳链中1个碳原子作为支链（取代基），余下碳原子作为主链，依次找出支链在主链中的可能位置(↓表示取代基连接在主链上碳的位置)，注意主链结构的对称性和等同性：（主链结构沿虚线对称，2与5、3与4处于对称位置，甲基连接在1或6将会和第一步中结构相同）；
第三步：去掉最长碳链中的两个碳原子作为支链，出现两种情况：
⑴两个碳原子作为2个支链（两个甲基）（主链结构沿3号碳原子对称，采取“定一移二”法〈先将一个甲基固定在2号碳原子后另一个甲基可能连接在2或3或4位置得到3种异构体，然后将固定在2号碳原子的甲基固定在3号碳原子上，则另一个甲基只能连接在3位置得到1种异构体〉将得到4种异构体）；
⑵作为一个支链（乙基）（得到1种异构体）；
第四步：去掉最长碳链中的3个碳原子作为支链，也出现两种情况：
⑴作为三个支链（三个甲基）（得到1种异构体）；
⑵作为两个支链（一个甲基和一个乙基）：不能产生新的同分异构体。
第五步：最后用氢原子补足碳原子的四个价键。
2、插入法（适用于烯烃、炔烃、酯、醚、酮类等）：所谓“插入法”是将官能团拿出，利用降碳法写出剩余部分的碳链异构，再找官能团（相当于取代基）在碳链上的位置（C和H原子间或C和C原子间），将官能团插入，产生位置异构。书写要做到思维有序，如按照碳链异构→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→官能团位置异构的顺序书写，不管按照哪种方法书写都必须注意官能团结构的对称性和官能团位置的等同性，防漏写和重写。
碳链异构：碳骨架（碳原子的连接方式）不同而产生的异构现象。如书写C5H10O的醛的同分异构体时，将官能团—CHO拿出，利用降碳法写出剩余四个碳的碳链异构，再找—CHO在碳链上的位置，将其插入，产生位置异构。
由得到CH3CH2CH2CH2CHO（戊醛）与CH3CHCH（CH3）CHO(2-甲基丁醛)；
由得到（CH3）3CHCHO (2，2-二甲基丙醛)与（CH3）2CHCH2CHO(3-甲基丁醛)。
官能团位置异构：由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构现象。如书写C3H8O的醇的同分异构时易得到CH3CH2CH2OH（1-丙醇）和CH3CH（OH）CH3(2-丙醇)两种同分异构体；书写C4H8的烯烃同分异构时易得到CH3CH2CH=CH2和CH3CH=CHCH3 （CH3）2C=CH2三种同分异构体。
官能团异构：由于官能团的种类不同而产生的异构现象。如C2H6O符合饱和一元醇和饱和醚的通式CnH2n+2O，书写C2H6O的同分异构体时应考虑—OH和两种官能团，易得到CH3CH2OH（乙醇）和CH3OCH3（二甲醚）两种同分异构体。
考虑官能团异构主要有以下几种情况，烯烃～环烷烃，二烯烃～炔烃，饱和一元醇～醚，饱和一元醛～酮，饱和一元羧酸～酯，芳香醇～芳香醚～酚，硝基化合物～氨基酸，葡萄糖～果糖，蔗糖～麦芽糖。如，CH3CH2COOH（丙酸）与CH3COOCH3（乙酸甲酯）是同分异构体，但淀粉和纤维素由于n不等，所以不是同分异构体。
例2、写出A()属于酯类化合物且分子结构中含有苯环的同分异构体的结构简式。
【解析】依据题意不难发现符合条件的是芳香酯。将酯基拿出后剩余部分为，结构中能插入的有4类碳氢键和1类不对称的碳碳键。
将插入四类碳氢键（1、2、3、4处），形成四种同分异构体：

将插入不对称的碳碳键（5处）形成二种同分异构体：

注意：酯基是不对称结构，两边连接的基团对调，结构会发生改变，所以插入C－H键中可以形成羧酸和甲酸酯；插入不对称的C－C键中能形成两种酯，而插入对称的C－C键中则只能形成一种酯。
例3、分子式为C6H10属于炔烃（不考虑环状）的同分异构体有多少种？
【解析】将碳碳叁键拿出，剩余部分碳链C4H10有两种结构如下：
15

6
7
5
2

3

4
CH3
CH3—CH2—CH2—CH3 CH3—CH—CH3

因碳碳叁键结构对称，插入每类C－H键或C－C键只形成一种炔烃。将插入四类C－H键（1、2、3、4处）得4种炔烃，插入三类C－C键（5、6、7处）得3种炔烃，总共有7种同分异构体。
例4、烷烃是烯烃R和１mol H2发生加成反应的产物，则R可能的结构简式有（ ）
A．4种 B．5种 C．6种 D．7种
【解析】由烯烃R与１mol H2加成生成烷烃知烯烃R结构中只有一个碳碳双键，现从烷烃结构入手，1～6位置相邻的两碳原子各去一个H引入双键，得到六类碳碳双键，即R有6种同分异构体，选C。
注意：烯烃催化加氢后得到烷烃，其特点是双键两端的碳原子各加上一个H，碳碳双键变为碳碳单键而碳链不变。反过来，烷烃相邻的两碳原子各去一个H就能形成烯烃，关系如图， ，炔烃与烯烃类似。
总结：下表列举了用“插入法”产生的几种常见的类别异构，以供参考
通式
实例
提出的
官能团
剩余部分的碳链异构
插入位置
形成类别异构
和同分异构数
CnH2n+2O
C4H10O
—O—

C和H原子间
醇4种，插入每类C－H键各只有一种
C和C原子间
醚3种，插入每类C－C键各只有一种
CnH2nO
C5H10O

C和H原子间
醛4种，插入每类C－H键各只有一种
C和C原子间
酮3种，插入每类C－C键各只有一种
CnH2nO2
C5H10O2

C和H原子间
羧酸4种，插入每类C－H键各只有一种
C和H原子间
甲酸酯4种，插入每类C－H键各只有一种
C和C原子间
酯5种，插入每类不对称的C－C键形成两种酯，插入每类对称的C－C键只形成一种酯
CnH2n—2
C6H10

C和H原子间
和C和C原子间
炔烃7种，插入每类C－H键和C－C键各只有一种
3、取代法（适用于卤代烃、醇、醛、羧酸等）：
书写分子式为C5H12O的同分异构体，其书写思路如下：
（1）先不考虑分子式中的氧原子，写出C5H12的同分异构体，共有三种碳链结构：
（I）、(II)、(III)。
（2）再考虑羟基（醇）官能团异构，则碳链结构式（I）有三种同分异构体：
、、。
碳链结构式（II）有四种同分异构体：
、、、。
碳链结构式（III）只有一种同分异构体：
（3）然后考虑醚基官能团，则碳链结构式（I）有两种同分异构体：
CH3―O―CH2―CH2―CH2―CH3、CH3―CH2―O―CH2―CH2―CH3。
碳链结构式(II)有三种同分异构体：
、、。
碳链结构式(III)只有一种结构：。
二、同分异体数目的确定方法
1、基元（烃基数目）法：甲基、乙基、丙基分别有1、1、2种结构。丁基有4种结构，则丁醇、戊醛、戊酸、一氯丁烷等都有四种同分异构体。
例5、分子式为C4H10O并能与金属钠反应放出氢气的有机化合物有( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【解析】有机物C4H10O与Na反应放出氢气，判断出它是饱和一元醇C4H9－OH。该醇的同分异构体看作是－OH取代了C4H10上的一个H，写出C4H10的两种同分异构体如图1：
1
2
3
4
CH3
CH3—CH2—CH2—CH3 CH3—CH—CH3

用－OH取代图1中的1、2、3、4位四类H得到该醇的四种同分异构体，选B。
2、替代法：若烃分子中有n个氢原子，则其m元氯代物与（n-m）元氯代物的同分异构体数目相同。如二氯苯(C6H4Cl2)有三种同分异构体，四氯苯也有三种同分异构体(将H替代Cl)；又如CH4的一氯代物只有一种，新戊烷[C(CH3)4]的一氯代物也只有一种。
例6、 已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为， A苯环上的二溴代物有九种同分异构体，由此推断A苯环上的四溴代物的同分异构体有（ ）种。
A.6 B. 7 C. 8 D. 9
【解析】二溴代物的苯环上有2个Br，4个H，若把二溴代物的2个Br换为2个H，4个H换成4个Br，恰好为四溴代物，与二溴代物结构相当，故四溴代物的同分异构体也必有9种，选D。
3、等效氢法：等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，其规律为同一碳原子上的氢原子等效；同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；处于镜面对称位置上的氢原子是等效的（相当于平面成像时，物与像的关系）。有几种等效氢，一卤代物就有几种。
例7、烯烃、一氧化碳和氢气在催化剂作用下生成醛的反应，称为羰基合成，也叫烯烃的醛化反应。由乙烯制丙醛的反应为CH2=CH2+CO+H2CH3CH2CHO。由化学式为C4H8的烯烃进行醛化反应，得到的醛的同分异构体可能有（ ）
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
【解析】要注意题目本身所带的信息，从给出烯烃的醛化反应信息来看，烯烃C4H8发生醛化反应生成C5H10O，该醛可进一步表示为C4H9－CHO，只要分析－CHO取代C4H10的不同等效氢就可以，共四种选C。
三、感悟与提升
1、下列烷烃中，进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的产物的是（ ）
A．(CH3)2CHCH2CH2CH3 B．(CH3CH2)2CHCH3
C．(CH3)2CHCH(CH3)2 D．(CH3)3CCH2CH3
2、分子式为C10H20O2的有机物A，能在酸性条件下水解，生成有机物C和D，且C 在一定的条件下可转化为D，则A 的可能结构有（ ）
A．2 B．3 C．4 D．5
3、C8H8分子呈正六面体结构,如图所示，因而称为“立方烷”，它的六氯代物的同分异构体共有（ ）种
A．3 B．6 C．12 D．24
4、下列化学式所表示的化合物中，具有两种或两种以上同分异构体的有（　 ）
A．CH2O2 B．CH2Cl2 C．C7H8O D．C2H5NO2
5、下列各对物质：①葡萄糖，甘油；②蔗糖，麦芽糖；③淀粉，纤维素；④氨基乙酸，硝基乙烷；⑤苯甲醇，2－甲基苯酚。其中互为同分异构体的是　　　　（ ）
A．②④ 　　　　B．①②③　　　　　C．②③④　　　　D．②④⑤
6、下列化学反应中的产物中不存在同分异构体的是　　　　　　　　　　（　 ）
A．2－丁醇在浓硫酸存在下发生脱水反应　B．丙烯与HCl的加成
C．1－氯丙烷在NaOH溶液中水解　　　 　D．甲苯在Fe粉作用下与氯气的反应
7、 在下列各组有机化合物中，既不属于同分异构又不属于同系物的一组物质是（ ）
A．甲酸、乙酸、软脂酸 B．甲酸、石炭酸、苯甲酸
C．1－丙醇，2－丙醇，甲乙醚 D．丙醛、丙酮、丙烯醇
8、 有一环状化合物C8H8，它不能使溴的CCl4溶液褪色；它的分子中碳环上的1个氢原子被氯取代后的有机生成物只有一种。这种环状化合物可能是 　　　　　 ( )

9、 蒽的结构简式是 ，如果将蒽分子中减少3个碳原子，而H原子数保持不变，形成的稠环化合物的同分异构体数目是　　　　　　　　　　　　（ ）
A．2 B．3 C．4 D．5
10、已知某有机物的结构简式如右：
写出同时符合下列两项要求的同分异构体的结构简式。
①、化合物是1,3,5-三取代苯 ②、苯环上的三个取代基分别是甲基、羟基和含有酯基结构的基团。

参考答案：1、 D 2、 C 3、 A 4、 D 5、 D 6、 C 7、 B 8、 C 9、 A
10、

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