同系物与同分异构体.docx
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同系物与同分异构体
同系物与同分异构体
一、同系物
1．概念：
结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物.
结构相似是指必须是同类物质，即有机物官能团的种类和个数要相同;组成上相差一个或若干个CH2原子团是指其通式必须相同。
只有同时具备二条件的有机物才互为同系物.
2．同系物的判断方法
判断有机物是否是同系物需要注意以下三点：
a、同系物必须符合同一通式，但通式相同的不一定是同系物，如有机物的同分异构体均不是同系物.
b、同系物结构一定相似，但结构相似的不一定是同系物,如有机物的碳链异构和位置异构体。
c、同系物的分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团，例如苯酚与苯甲醇在分子组成上相差一个“CH2”原子团，但它们不是同一类物质，所以也不是同系物。
二、同分异构现象及同分异构体
1．概念:
具有相同的分子式而又具有不同结构的化合物互称为同分异构体.
2．同分异构体的特点：
（1）同分异构体具有相同的分子式、相同的最简式、相同的式量和相同的元素组成.分子式相同是前提条件。
（2）结构不同指的是：
①碳链骨架不同；②官能团在碳链上的位置不同；③官能团的种类不同。
同分异构体也存在于无机物和有机物之间，无机物与无机物之间（了解即可）。
如:
尿素CO（NH2）2和氰酸铵NH4CNO互为同分异构体。
3．同分异构体的书写
同分异构体的书写通常是按碳链异构→位置异构→类别异构的顺序书写，若不按一定的顺序书写容易漏写和重写,如写分子式为C5H10的同分异构体。
⑴碳链异构：
①CH2==CHCH2CH2CH31—戊烯
②CH2==C（CH3）CH2CH32-甲基—1-丁烯
③CH2==CHCH（CH3）CH33—甲基-1-丁烯
⑵位置异构：
①CH3CH==CHCH2CH32—戊烯
②（CH3）2C==CHCH32—甲基—2—丁烯
⑶类别异构：
①环戊烷②甲基环丁烷③1，1—二甲基环丙烷④1,2—二甲基环丙烷⑤乙基环丙烷
碳链异构3种，位置异构2种,类别异构5种，总共十种.
4、同分异构体的种类：
⑴碳链异构：
指碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而造成的异构.如C5H12有三种同分异构体，即正戊烷、异戊烷和新戊烷.
⑵位置异构：
指官能团或取代基在在碳链上的位置不同而造成的异构。
如1—丁烯与2—丁烯、1—丙醇与2-丙醇、邻二甲苯与间二甲苯及对二甲苯。
⑶异类异构：
指官能团不同而造成的异构，也叫官能团异构。
如1—丁炔与1，3—丁二烯、丙烯与环丙烷、乙醇与甲醚、丙醛与丙酮、乙酸与甲酸甲酯、葡萄糖与果糖、蔗糖与麦芽糖等。
⑷其他异构方式:
如顺反异构、对映异构（也叫做镜像异构或手性异构）等，在中学阶段的信息题中屡有涉及。
5、各类有机物异构体情况：
⑴CnH2n+2:
只能是烷烃，而且只有碳链异构。
如CH3（CH2）3CH3、CH3CH（CH3）CH2CH3、C（CH3）4
⑵CnH2n：
单烯烃、环烷烃。
如CH2=CHCH2CH3、CH3CH=CHCH3、CH2=C（CH3）2、、
⑶CnH2n-2：
炔烃、二烯烃、环烯烃。
如：
CH≡CCH2CH3、CH3C≡CCH3、CH2=CHCH=CH2
⑷CnH2n-6：
芳香烃（苯及其同系物）。
如:
、、
⑸CnH2n+2O:
饱和脂肪醇、醚。
如:
CH3CH2CH2OH、CH3CH（OH）CH3、CH3OCH2CH3
⑹CnH2nO：
醛、酮、环醚、环醇、烯基醇。
如：
CH3CH2CHO、CH3COCH3、CH2=CHCH2OH、
、、
⑺CnH2nO2：
羧酸、酯、羟醛、羟基酮。
如：
CH3CH2COOH、CH3COOCH3、HCOOCH2CH3、HOCH2CH2CHO、CH3CH（OH）CHO、CH3COCH2OH
⑻CnH2n+1NO2：
硝基烷、氨基酸.如：
CH3CH2NO2、H2NCH2COOH
⑼Cn（H2O）m:
糖类。
如：
C6H12O6：
H2OH（CHOH）4CHO,CH2OH（CHOH）3COCH2OH
C12H22O11：
蔗糖、麦芽糖。
二、同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体；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、C2H2、C2H4等分子的一卤代物只有一种。
（2）丙基、丁烷有两种；戊烷、二甲苯有三种。
2．基元法。
例如:
丁基（C4H9—）有4种，则丁醇（C4H9-OH）、一氯丁烷（C4H9-Cl）或C4H10的一氯代物、戊醛（C4H9—CHO）、戊酸（C4H9—COOH）等都有4种（均指同类有机物）.
3．替代法.例如:
二氯苯C6H4Cl2有3种，四氯苯也有3种；又如CH4一卤代物只有一种,新戊烷C（CH3）4的一卤代物也只有一种。
4．判断有机物发生取代反应后，能形成几种同分异构体的规律，可通过分析有几种等效氢原子法（又称对称法）来得出结论。
（1）同一碳原子上的氢原子是等效的。
（2）同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。
（3）处于镜面对称位置上的氢原子是等效的（相当于平面镜成像时，物与像的关系）
3、判断同分异构体的常见方法：
⑴记忆法:
①碳原子数目1~5的烷烃异构体数目:
甲烷、乙烷和丙烷均无异构体，丁烷有两种异构体，戊烷有三种异构体。
②碳原子数目1～4的一价烷基：
甲基一种（—CH3），乙基一种（—CH2CH3）、丙基两种
（—CH2CH2CH3、—CH（CH3）2）、
丁基四种（—CH2CH2CH2CH3、、—CH2CH（CH3）2、-C（CH3）3）
③一价苯基一种、二价苯基三种（邻、间、对三种）。
⑵基团连接法：
将有机物看成由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。
如：
丁基有四种，丁醇（看作丁基与羟基连接而成）也有四种，戊醛、戊酸（分别看作丁基跟醛基、羧基连接而成）也分别有四种.
⑶等同转换法：
将有机物分子中的不同原子或基团进行等同转换。
如:
乙烷分子中共有6个H原子,若有一个H原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷有多少种？
假设把五氯乙烷分子中的Cl原子转换为H原子,而H原子转换为Cl原子，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。
同样，二氯乙烷有两种结构，四氯乙烷也有两种结构。
⑷等效氢法：
等效氢指在有机物分子中处于相同位置的氢原子。
等效氢任一原子若被相同取代基取代所得产物都属于同一物质。
其判断方法有:
①同一碳原子上连接的氢原子等效.
②同一碳原子上连接的—CH3中氢原子等效.如：
新戊烷中的四个甲基连接于同一个碳原子上，故新戊烷分子中的12个氢原子等效.
③同一分子中处于镜面对称（或轴对称）位置的氢原子等效。
如：
分子中的18个氢原子等效。
四、同分异构体推断方法举例
1．抓住题干暗示，缩短思维时间
【例1】已知一氯戊烷有8种同分异构体，不必试写，立即可推断戊醇（属于醇类）的同分异构体数目有______种烃
A6种B7种C8种D9种
[解析］本题设计的“不必试写”是一个暗示，它告诉答题者的思维方向，应沿着官能团的转换去巧妙推测，—OH换相应的—Cl，其它基团不变。
【答案】C
2．进行思维转换,开辟思维捷径
【例2】二溴苯的同分异构体有3种，则四溴苯的同分异构体有_____种
A3种B4种C5种D6种
［解析］对此题，学生往往按部就班地去写四溴苯的同分异构体，恰好落入命题者的圈套，不可自拔，实际上，只要观察分子式:
C6H6→C6H4Br2→C6H2Br4，将二溴代物变换为二氢代物，其异构体数与四溴代物等价。
【答案】A
3．注重结构特点，增大思维跨度
【例3】用式量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子，所得到的化合物可能有：
A3种B4种C5种D6种
[解析]经计算此题中式量为43的烷基为-C3H7，根据烷基的碳链异构有丙基和异丙基两种；又根据甲苯苯环上的位置异构推知有邻、间、对三个位置可被取代，所以两烷基各得3种异构体。
【答案】D
4．调整先后顺序，排除思维干扰
【例4】苯环上连有一个—X和3个—Y基的有机物结构简式有
A3种B4种C5种D6种
［解析］学生如果先将—X排上苯环,再用三个—Y基取代，则思维混乱，易选错B和D。
如果将多个基团的—Y先排到苯环上，得三种结构形式:
①②③
然后再将逐一用（—X）取代,①式有2种,②式有3种,③式有1种,故取代后共有6种.
【答案】C。
5．克服思维定势,诱导思维发散
【例5】已知甲苯的一氯代物有4种，则甲苯完全氢化后的环烷烃的一氯代物有（）
A3种B4种C5种D6种
[解析］学生受思维定势的影响,认为甲苯完全氢化后形成的环烷烃基本碳骨架和氯原子的位置与原来相同,保持不变，则误选为B.倘若思维一经发散，想到加氢后虽然基本碳骨架和氯原子的位置相对不变，但氢原子相应增加，即增加取代机会，所以取代产物也相应增加。
【答案】C.
6．利用题目信息，减少思维容量
【例6】1,2,3—三甲基环丙烷的3个苯基可以分布在环丙烷环平面的上下，因此有如下2个异构体。
[Ф是苯基，环用键线表示,C、H原子都未画出]
据此，可判断1，2,3，4,5—五氯环戊烷（假定五个碳原子也处于同一平面上）的异构体数是（）
A3种B4种C5种D6种
[解析］对于环烷烃学生很生疏，判断环烷烃的同分异构体更是难度很大,思维容量也比较大，如果我们善于利用题中信息，分析1，2，3—三甲基环丙烷的空间结构，可看出苯基处于平面的上方或下方。
由此推导1,2,3，4，5—五氯环戊烷的异构体数有：
①氯原子全部在面上（或面下）一种；②4个氯原子在面上，一个氯原子在面下一种；③3个氯原子在面上,2个氯原子在面下二种。
异构体共有4种。
【答案】B
7．等效氢法
利用“等效氢法”判断同分异构体要掌握如下三条原则：
⑴同一碳原子上的氢原子等效;⑵同一碳原子所连甲基上的氢原子等效；⑶处于镜面（m）对称位置上的氢原子等效。
【例7】进行一氯取代反应后,只能生成三种沸点不同产物的烷烃是（）
A、（CH3）2CHCH2CH2CH3B、（CH3CH2）2CHCH3
C、（CH3）2CHCH（CH3）2D、（CH3）3CCH2CH3
[解析]确定烃的一卤代物的同分异构体的数目，关键是找出烃中有多少种“等效氢原子”或多少种“不等效氢原子”，烃分子中有多少种不等效氢原子，就有多少种一卤代物。
将本题各选项按四价展开碳链,然后按上述三条原则判断。
A项据上述原则⑴、⑵可知:
a上六个氢原子等效，b上一个氢原子，c上两个氢原子等效，d上两个氢原子等效，e上三个氢原子等效，故有a、b、c、d、e五种氢原子,即五种一卤代物。
同理，B项据原则⑴、⑶知，共有a、b、c、d四种氢原子.C项据原则⑴、⑵、⑶知,共有两种氢原子。
D项据原则⑴、⑵可判断共有三种氢原子。
【答案】D。
【例8】下列芳香烃的一氯代物的同分异构体数目最多的是（）
[解析］本题采用对称法求同分异构体数目，
【答案】B。
8．发散思维法
【例9】分子式为C7H16的烷烃中，含有三个甲基的同分异构体的数目是（）
A、2种B、3种C、4种D、5种
［解析]如果只考虑两个甲基在碳链两端，余下一个甲基做取代基,会错选A.若把思维发散，考虑到其他烷基照样含有甲基，就不会受三个甲基的假象蒙蔽。
可会选择乙基（CH3CH2—）作取代基，这样可得同分异构体的数目为三个。
它们的碳架分别如下：
【答案】B
【仿真训练】
1．某化合物A的分子式为C5H11Cl分析数据表明，分子中有2个-CH3，2个—CH2—,1个和1个—Cl，它可能的结构只有四种，请写出这四种可能的结构简式。
2．写出的二氯取代物的所有同分异构体.
3．某烃的一种同分异构体只有一种一氯代物，该烃的分子式可能是
AC3H8BC4H10CC5H12DC6H14
4．在抗击非典型肺炎期间，过乙酸（过氧乙酸）曾被广泛用作消素剂。
已知硫酸和过氧硫酸的结构简式如下：
硫酸：
过硫酸
请从以下几个分子式中选择出过氧乙酸的同分异构体。
①②③④
H
|*
CH3—C—OH
|
Cl
5．当有机物分子中的一个碳原子所连四个原子或原子团不相同时，
此原子就是手性碳原子，含有手性碳原子的物质往往具有旋光性，
存在对映异构体，如
下列化合物中存在对映异构体的是（）
AC2H5CH=CH—CH（CH3）—CH=CHC2H5BHCOOH
CD
6．下列物质中，互为同系物的是，互为同素异形体的是，互为同位素的是，属于同一种物质的是，互为同分异构体的是。
、金刚石与石墨
、35Cl与37Cl
、与
、（CH3）2CH2与C（CH3）4
、液氯与氯气
、2─甲基戊烷与2，3─二甲基丁烷
7、液晶是一类新型材料。
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去水缩和的产物.
（1）对位上有－C4H9的苯胺可能有4种异构体,它们是：
_________________、_______________________.
（2）醛A的异构体甚多。
其中属于酯类化合物,而且结构式中有苯环结构的异构体就有6个，它们是:
________________________、________________________.
8、2000年,国家药品监督管理局发布通告暂停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:
其中Ф－代表苯基。
苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是：
（1）PPA的分子式是：
_________________。
（2）它的取代基中有两个官能团，名称是______基和______基。
（填写汉字）
（3）将Ф－、H2N－、HO－再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：
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）：
________________________________、____________________________________、
________________________________、____________________________________。
9、维生素K是有机物A的衍生物，A的结构简式如右图所示,
A的化学式是_________，A的一种统分异构体B属于萘的衍生
物，且不含有－CH3基，该有机物的结构简式是_____________
（任写三种）
10、某烃A，分子量为140，其中碳的质量分数为0.857。
A分子中有两个碳原子不与氢直接相连。
A在一定条件下氧化只生成G，G能使石蕊试液变红。
已知试写出:
（1）A的分子式________________.
（2）化合物A和G的结构简式_________________________________
（3）与G同类的同分异构体（含G）可能有__________种。
11、已知有机物A的结构简式为
（1）A的化学式是____________.
（2）1molA最多可以与_______molH2在Ni催化剂作用下反应,反应后的物质1个分子比相同碳原子数的烷烃少______个氢原子。
（3）有机物B是A的同分异构体，但B是萘的衍生物
若萘环上只有一个取代基，则B可能的结构有______种。
若萘环上含有两种不同的取代基,则B可能的结构有_______种。
答案：
1．解析：
（1）先写出含5个碳原子的直链碳架,找出不同位置碳，然后确定氯原子的位置,就可写出两种：
（2）缩短主链:
以四个碳原子为主链，一个甲基作支链，写出碳架结构式，根据题目要求，此时氯原子的位置只能放在端位碳原子上，改变甲基的位置又可以写出两种。
②对于二元或多元取代物书写，一般说来先写一元取代物的同分异构体，然后以一元取代物为母体,再写二元取代物的同分异构体,多元取代物的同分异构体的书写与此类似。
2．
（1）先写出一氯代物：
一氯代物等于烃分子等性氢的种类数，可以通过旋转、翻转1800后比较,如果重合则为同一物质。
依此方法，该有机物一氯取代物中等性氢有两种，所以可以写出如下两个一元取代物。
（2）再以该有机物的一氯取代物为母体，再进行一次一元取代,进而完成该有机物的二元取代。
需注意，在书写第二组时，与第一组氯原子等效的位置不要再进行取代，否则会造成重复.这样，按照先固定一个Cl的位置，移动另外一个Cl，就得到该有机物二氯取代物有10种（下图中X表示另一个Cl原子的位置）。
（7种）（3种）
故的二氯取代物的所有同分异构体数目为10种。
3．解析：
由题意可知,某烃的一种同分异构体只有一种一氯代物,说明该烃分子中等性氢原子只有一种，因为10个碳原子之内的烷烃中等性氢只有一种的有:
甲烷、乙烷、新戊烷、2，2，3，3—四甲基丁烷,对照四个选项，答案应为C.
4．解析：
根据阿伏加的罗定律可知，同温同压同体积的乙和丙的物质的量相等,又因为乙和丙的质量相等，所以乙和丙的摩尔质量相等，所以乙的分子式为C4H8O2，丙的分子式为C5H12O,符合乙的分子式为C4H8O2的异构体有2种,符合丙的分子式为C5H12O的异构体有8种，则甲的可能结构有16种，所以本题答案应选C。
｜
5．解析：
这是一道有机信息题，在高中化学教材的有机化学部分没有涉及到过氧乙酸，解决本题的关键是根据题中信息，确定过氧乙酸的结构简式,然后再根据同分异构的概念来找出与过氧乙酸具有相同的分子式,但结构不同的异构体.
根据题中信息，硫酸→过硫酸，只是在硫酸的分子结构中的S-O—H中增加了一个氧原子，即S—O-O-H，乙酸→过氧乙酸亦应如此即CH3COOH→CH3COOOH（②的结构）,比较上述四个结构，②为过氧乙酸。
①或④与②分子式相同，但结构不同，所以和过氧乙酸是同分异构体,而③与②的分子式不相同，故不属于同分异构体。
6．解析；本题主要考查对几个带同字概念的理解程度及识别判断能力，同系物是指结构相似通式相同、分子式不同的有机物，如
中（CH3）2CH2与C（CH2）4是最简化的结构简式,分别表示一个碳原子上连有2个─CH3、4个─CH3，分别代表的物质是丙烷、2,2─二甲基丙烷，故
为同系物.
同分异构体是指分子式相同,而结构不同的物质，如
中2─甲基戊烷与2，3─二甲基丁烷，碳原子数相同,而结构不同，所以为同分异构体。
同素异形体是指同种元素构成的不同单质，故为
.
同位素为质子数相同而中子数不同的原子,故为
。
中液氯与氯气是分子式同为Cl2的两种不同状态的同一物质。
中与,碳原子数相同，且主
链上为4个碳原子，含一个甲基，名称均为2─甲基丁烷，属同种物质。
7、解析：
（1）无类别异构、位置异构之虑，只有－C4H9的碳架异构，显然还有:
（2）题中有两个限制条件：
属于酯类化合物且结构中含有苯环，不涉及类别异构。
由酯的组成可知：
R（H）CO－OR′，虚线左侧来源于酸，右侧来源于醇.将它转化为3种酰基：
HCO－、CH3CO－、；6种烃氧基：
根据其组成，两两相接，可写出6种结构.其余两种结构为:
列举统分异构体结构的关键是按“类别异构－碳架异构－官能团异构或取代基位置异构"顺序列举,同时要充分利用“对称性”防漏剔减。
8、
9、C11H8O2
（共18种）
10、
（1）C10H20
（2）
（3）四种，分别是：
11、
（1）C11H8O2
（2）6、4（3）4、4
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