化学自习室移动版

广州市铁一中学吴磊

有机物同分异构体的推导与判断，是高中有机化学教学的重点和难点，虽然它在高中化学教材中只占较少的篇幅，但贯穿于高中有机化学的始终。同分异构体是历年高考化学命题的热点，有关题型主要有同分异构体的书写、同分异构体数目的确定，同分异构现象的判断等。

如何才能在教学中突破有机物的同分异构体的书写难关呢?首先要引导学生归纳出高中有机化学所学的同分异构体的类型，中学化学中常见的同分异构体有碳链异构、官能团的种类异构、官能团的位置异构三大类；更重要是领会学科理念的本质将空间思维和有序思维有机结合。

一、书写同分异构体必须遵循的原理

　“价键数守恒”原理：在有机物分子中碳原子的价键数为4，氧原子的价键数为2，氢原子的价键数为1，不足或超过这些价键数的结构都是不存在的，都是错误的。

二、书写同分异构体的方法

1、了解同分异构现象的类别，明确书写的方向

构造异构是高考考查的重点和热点，顺反异构是新课程新增要求，要特别关注。

(1)碳链异构：由于碳原子的连接次序不同而引起的异构现象，如CH₃CH(CH₃)CH₃和CH₃CH₂CH₂CH₃。

(2)官能团位置异构：由于官能团的位置不同而引起的异构现象，如：CH₃CH₂CH=CH₂和CH₃CH=CHCH₃。

(3)官能团异类异构：(具体掌握的程度视学校情况而定)

①C_nH_2n：(n≥3)烯烃和环烷烃；

②C_nH_2n－2：(n≥3)二烯烃和炔烃；

③C_nH_2n＋2O：(n≥2)饱和一元醇和饱和一元醚；

④C_nH_2nO：(n≥2)饱和一元醛(N≥3)饱和一元酮；

⑤C_nH_2nO₂：(n≥2)饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱一元醇酯；

2、抓住有序性和空间性突破书写难点。

书写和判断同分异构体时，学生最大的问题是遗漏和重复。这个问题的解决，不但要求学生对同分异构体的概念、有机物结构等知识有较深刻的了解，还要求学生具备一定的思维能力和思维品质。尤其是有序思维和空间思维，只有培养严密的有序思维，书写时才能做到不遗漏；只有具备较强的空间概念才能做到判断同分异构体数目不重复。

(1)进行有序思维，避免书写遗漏

①先直后支：即对于烷烃和烷基的不同结构，应先考虑形成直链，后考虑形成支链。

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：

第二步，去掉最长碳链中一个碳原子作为支链，余下碳原子作为主链，依次找出支链在主链中的可能位置(以下相似)

第三步，去掉最长碳链中的两个碳原子，

A、作为两个支链(两个甲基)：分别连在两个不同碳原子上；分别连在同一个碳原子上

B、作为一个支链(乙基)

第四步，去掉最长碳链中的三个碳原子，

A、作为三个支链(三个甲基)

B、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。

最后用氢原子补足碳原子的四个价键。

②先定后动：即先固定一个基团的位置，然后以此基团为基点考虑其它基团的位置

例2、某苯环上的3个H原子分别被X、Y、Z三种基团所取代，写出可能生成的全部同分异构体的结构简式.

【解析】因为苯环上的6个H原子完全等同，故可以先在任一碳原子上固定X，X固定后再考虑Y的位置(与X有邻、间、对三种位置关系)，X、Y固定后再逐一安排Z的不同位置，共可形成以下10种同分异构体:

③先类后链：即按照官能团种类异构——碳链异构——官能团位置异构的先后顺序思维。

例3、写出分子式为C₅H₁₀的同分异构体。

【解析】从分子式不难分析C₅H₁₀属于C_nH_2n类别，即烯烃和环烷烃的官能团种类异构，所以先考虑环烷烃的同分异构就有4种，其次考虑5个碳的碳链异构一共有3种，最后考虑官能团位置异构，也就是说双键的位置能放在3种碳链异构的哪些位置一定要满足“价键数守恒”原理，综合上述我们很快可以准确无误的书写出C₅H₁₀的同分异构体一共有7种。

例4、写出分子式为C₅H₁₀O₂且属于酯的的各种同分异构体的结构简式

本题同样可用“先类后链”的思路，由于酯是由羧酸和醇脱水而得，因此可先根据C的数目，有序地将可能的羧酸和醇分类列出，再考虑碳链异构出不同的羧酸和醇，如下表所示：

最后，相应的羧酸与醇两两结合，形成不同的酯，共有8种同分异构体。

醚和酮的同分异构体也可用以上方法有序地书写。

④先多后少：两种基团同时取代一个分子上的H，数目较多的基团先排，数目较少的基团后排。

例5、苯环上连有1个—R和3个—X的机物的结构简式共有( ).

(A) 4种 (B) 5种 (C) 6种 (D) 8种

【解析】若先将—R排上苯环，再用3个—X取代，极易产生思维混乱，正确的思维顺序是先排3个—X上苯环。

(1)(2)(3)

这三种情况，然后逐一评价苯环上可以连一R不同的位置，(1)有2种(2)有3种(3)有1种，共有6种不同的结构，故选(C)

有序思维和空间思维符合学生的认识规律，有利于激发学生的学习兴趣和探索情趣，使学生掌握的知识更具有系统性、条理性，大大提高解题的准确率，是提高学生思维品质的好方法。

(2)建立空间立体结构，避免书写重复

1、甲烷分子的正四面体结构决定了其4个碳氢键是等同的，由于碳原子在空间可以旋转，所以4个氢原子的空间位置是相同的，因此分子中同一个碳原子上连接的氢原子的空间位置是相同的，所以甲烷的一氯代物、二氯代物、三氯代物都只有一种。

2、由于碳原子与碳原子之间是可以旋转的，同理乙烷分子中对于同一个碳原子上的三个氢原子其空间位置是一样的；由于乙烷分子可以进行180度旋转(镜面对称位置)，因此两个碳原子上的氢原子的空间位置也是一样的，所以乙烷的一氯代物只有一种

处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子其空间位置是相同的。如　

关键：找出分子结构中的对称要素

例1、乙苯异构体有4种

对应环上一卤代物种数 3 2 3 1

注意：对甲乙苯，环上一卤代物应为2种

例2、已知C₆H₄Cl₂有三种异构体，则C₆H₂Cl₄有三种异构体。(将H代替Cl)

【解析】都可看成是苯环上的二元取代物的同分异构，因此它们具有相同的异构体数目。

例3、已知A的结构为萘的n个溴代物与m个溴代物的种数相等。 则n和m必满足关系式(m＋n=8)

【解析】从萘的分子式C₁₀H₈出发，在分子式中取代n个H(C₁₀H_8－nBr_n)

与取代8－n个H(C₁₀H_nBr8－n)的同分异构体数目相等的条件分析，将H、Br“基元”“等价”变通，故m＋n=a＋(8－a)，所以m＋n=8。