同分异构体的书写向结构异构寻根.docx
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同分异构体的书写向结构异构寻根
同分异构体的书写向“有序思维”寻根
一、题根案例
【例题】C8H8O2的同分异构体中，既能发生银镜反应，又能与FeCl3溶液发生显色反应的共有_______种。
【解析】在解决这个问题前，我们先解答一个类似问题：
C8H10的苯环上一氯代物有几种？
我们可以把这个问题分成两部分：
第一步：
解决C8H10的同分异构体（分两种情况）：
（1）一个支链（乙苯）
（2）两个支链（二甲苯）
第二步：
氯原子的平移
（1）乙苯苯环一氯代物有3种
（2）二甲苯一氯代物有6种
综上所述：
C8H10的苯环上一氯代物有9种
接下来，我们回到例题部分，C8H8O2能发生银镜反应，说明含有醛基（—CHO）；C8H8O2能与FeCl3溶液显色，说明含有酚羟基（—OH）。
由此说明，该分子含有苯环、—CHO、—OH，根据分子式还剩余一个碳原子。
同样，把这个问题分成两部分
（1）二个支链（即：
羟基苯乙醛）有3种：
（2）三个支链（即：
羟基苯甲醛之甲基在苯环上平移）共有10种：
综上所述：
C8H8O2的同分异构体中，既能发生银镜反应，又能与FeCl3溶液发生显色反应的共有13种。
二、理论基础
同分异构体是有机化学中的一个重要概念，贯穿整个有机化学的每一个章节，同时又是高考的一个热点。
高考中，通常这部分内容有两种考查形式：
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。
下面我们一起分类别探讨一下各类有机物的同分异构现象。
1．烃的同分异构
（1）烷烃的同分异构（碳链异构）
烷烃同分异构体的书写采用“减碳法”，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
如写出庚烷C7H16的同分异构体
第一步：
写出最长碳链的烷烃：
（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）；
（得到2种异构体）
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：
（1）作为一个支链（乙基）
（得到1种异构体）
（2）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〉）；
（得到4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。
综上所述，C7H16的同分异构体有9种
（2）烯炔的同分异构（碳链异构和官能团位置异构）
如丁烯C4H8的同分异构体（不考虑顺反异构）
第一步，先写出4个碳原子的碳链异构
第二步，确定不同的碳链碳碳双键的位置（官能团位置异构）
（3）苯同系物的同分异构（侧链碳链异构及侧链位置的异构）
如C9H12的同分异构体：
首先，分析该化合物的分子式，符合CnH2n-6的通式，应该属于苯的同系物，除去苯环外侧链为共有3个碳原子的烷基，我们可以依次分情况讨论：
第一种情况，只有一个侧链（丙基，包括正丙基和异丙基）
（得到2种异构体）
第二种情况，有二个侧链（一个甲基，一个乙基）
（得到3种异构体）
第三种情况，有三个侧链（三个甲基）
（得到3种异构体）
2.烃的一元取代物的异构（取代等效氢法）
饱和一元卤代烃、醇、醛、羧酸、胺都可以看作烃的一元取代物，确定它们同分异构体可用取代等效氢法。
等效氢概念：
有机物分子中位置等同的氢叫等效氢，分子中等效氢原子有如下情况：
①分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效；
②同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效，如新戊烷（可以看作四个甲基取代了甲烷分子中的四个氢原子而得），其四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个H原子是等效的。
③分子中处于镜面对称位置（相当于平面镜成像时，物与像的关系）上的氢原子是等效的，如
分子中的18个H原子是等效的。
取代等效氢法要领利用等效氢原子关系，可以很容易判断出有机物的一元取代物异构体数目。
一般方法是先写出烃（碳链）的同分异构体，观察分子中互不等效的氢原子有多少种，则一元取代物的结构就有多少种。
C3H7X一种碳链，共有2种异构体C4H9X二种碳链，共有4种异构体
C5H11X三种碳链，共有8种异构体
这里的一元取代基X，可以是原子，如卤原子，也可以是原子团，如一OH、一NH2、一CHO、一COOH、HCOO一等。
因此，已知丁基一C4H9有四种，则可断定丁醇、丁胺、戊醛、戊酸以及甲酸丁酯都有4种同分异构体。
观察并找出分子结构中的对称要素是取代等效氢法的关键
乙苯同分异构体
对应环上一卤代物种数
3
2
3
1
【例】菲的结构简式为
，从菲的结构简式分析，菲的一氯取代物共有（）
A．4种B．5种C．10种 D．14种
提示：
找出菲结构的对称轴，则答案显见，选B。
【练习1】分子式为C11H16的一烷基取代苯的同分异体共有种。
【解析】一烷基取代苯[C6H5一C5H11]可看作苯基取代戊烷中的一个氢，而戊基有8种同分异构体，所以C11H16共有8种同分异构体。
【练习2】对位上有一C4H9的苯胺可能的同分异构体共有种。
【提示】丁基（一C4H9）有四种，故该化合物的同分异构体有4种。
提示：
常可根据某些烃存在的一元取代物数目，反推原烃分子结构式。
如含碳原数少于10的烷烃中，其中一卤代物不存在异构体的有4种，它们分别是：
又如，已知烯烃C6H12的一氯代物只有一种，则可断定该烯烃的分子结构为
3．烃的二元（或三元）取代物的异构
（1）有序法（定一移二）
有序法要求解决问题时遵循一定的特定线索和步骤去探索的一种思维方法。
应用有序法解决烃的多元取代物异构体问题的步骤顺序是：
先写出碳架异构，再在各碳架上依次先固定一个官能团，接着在此基础上移动第二个官能团,依此类推，即定一移二。
【例】二氯丙烷有4种异构体，它们的结构简式
【解析】三个碳，碳链只有一种（不包括环）。
先定一个氯原子在1号碳上，然后把第二个氯原子分别移到1、2、3号碳上，得三种异构体；接着将一个氯定在2号碳上，此时第2个氯就只以能接在2号碳上，因此共得到4种异构体。
解题时要注意判断排除重复的结构。
【练习】蒽的结构式为
，它的一氯代物有种，二氯代物有种。
【解析】蒽分子结构中有三种位置不同的氢，即有三种不同的等效氢，因此它的一氯取代产物有3种；二氯代物数推异的思路是：
先写出三种一氯代物结构，再遂一分析各一氯代物又能衍生出几种二氯代物，要注意除去重复的结构.
（2）换元法
【例】已知C6H4Cl2有三种异构体，则C6H2Cl4有________种异构体。
提示：
将H代替Cl，C6H2Cl4有三种异构体
总结：
某烃分子CxHy的m元取代物有a种，则该烃的（y-m）元取代物有a种。
【练习】已知A的结构为
，A的n溴代物与m溴代物的异构体数目相同，则n和m必满足关系式【答案：
m+n=6】
4．酯的同分异构体
（1）插入法
将酯基插入烃的碳链中则为酯，此法也适用于醚和酮等。
解法步骤：
第一步：
先写去掉酯基余下组成（烃）的各可能的碳链结构；
第二步：
将酯基以两种不同的方向（正向—COO—反向—OOC—分别插入第一步写出的各式的C—C键中；
第三步：
将酯基以反向分别插入第一步写出的各式的C—H键中，若以正向插入则得羧酸。
【例】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
【解析】C4只有两种碳链，将酯基按正反两种方向分别插入C—C键中，得5种酯（如下图所示）；再将酯基按反向插入这两种碳架末端的C—H键中，则得到4种甲酸酯，因此C5H10O2酯的异构体共有9种。
不过关于甲酸酯（及羧酸）异构体的推导，可将其看着烃的一元取代物，用前述取代等效氢法也许更容易掌握。
（2）拆分法
酯可拆分为合成它的羧酸和醇（酚）。
若已知酸有m种异构体，醇有n种异构体，则该酯的同分异构体有m×n种。
而羧酸和醇的异构体可用取代有效氢法确定。
现以C5H10O2为例推异其属于酯的异构体数目及结构简式：
【分析】
甲酸丁酯HCOOC4H9异构体数为1×4=4种
乙酸丙酯CH3COOC3H7异构体数为1×2=2种
丙酸乙酯C2H5COOC2H5异构体数为1×1=1种
丁酸甲酯C3H7COOCH3异构体数为2×1=2种
因此，分子式为C5H10O2其属于酯的异构体共有9种，结构简式见前。
同理可知，C3H7COOC4H9其中属于酯的同分异构体共有2×4=8种。
【例】分子式为C8H8O2的异构体很多
①写出其中属于羧酸类，且结构中含有苯环的异构体的结构简式（共有4种）
②写出其中属于酯类，且结构中含有苯环的异构体的结构简式（共有6种）
【解析】运用插入法，从分子式分析C8H8O2提出一个酯基（-COO-）的组成,分子式可改写为C7H8-CO2,而C7H8的芳香烃的碳架只有一种，将酯基（-COO-）正向插入C-H键中得4种羧酸：
将酯基反向插入C-H键中得4种甲酸酯,
再将酯基按两种不同方向插入C-C键中,又得到2种酯。
.
因此，共有六种符合题意的酯的异构体。
若按侧链数及侧链位置关系的思思路也可写出这六种结构式：
5.类别异构
（1）常见的类别异构
CnH2n：
（n≥3）烯烃和环烷烃；
CnH2n－2：
（n≥3）二烯烃和炔烃；
CnH2n＋2O：
（n≥2）饱和一元醇和饱和一元醚；
CnH2nO：
（n≥2）饱和一元醛、烯醇和环氧烷；（n≥3）饱和一元酮；
CnH2nO2：
（n≥2）饱和一元羧酸、饱和一元羧酸饱一元醇酯；
CnH2n－6O：
（n≥7）酚、芳香醇和芳香醚。
CnH2n＋1O2N：
（n≥2）氨基酸、硝基化合物和亚硝酸酯；
此外，还有几种特殊的同分异构体：
C8H8：
苯乙烯和立方烷；
C6H12O6：
葡萄糖和果糖；
C11H22O11：
蔗糖和麦芽糖；
CH4ON2：
尿素[CO（NH2）2]和氰酸铵[NH4CNO]
【例】芳香族化合物A的分子式为C7H6O2，将它与NaHCO3溶液混合加热，有酸性气体产生，那么包括A在内，属于芳香族化合的同分异构体数目是（）
A．2B．3C．4D．5
【解析】分析分子式,考虑到类别异构,可知有1种酸（苯甲酸）,1种酯（甲酸苯酯）,和3种羟基苯甲醛（邻、间、对），共有5种异构体，故选D。
（2）提留原子（团）法
先提留出分子结构中按题意要求必需存在的原子或原子团等结构组成要素，然后将余下的组成按碳架异构、类别异构、位置异构顺序写出符合要求各种同分异构体的结构。
【例】某有机物分子式为C7H8O结构简式为
。
试写出与它互为同分异构体的芳香含氧衍生物的结构简式
【解析】依题意，分子式提留出苯基组成后可改写为C6H5-CH3O，其碳架只一种，写出碳架后，再将氧原子依次插入C-H键和C-C键中，则可写出符合题意的异构体共5种，其结构简式如下：
三、例题精讲
【例1】A、B、C、D、E五种芳香族化合物都是某些植物挥发油中的主要成分，有的是药物，有的是香料。
它们的结构简式如下所示：
请回答下列问题：
（1）这五种化合物中，互为同分异构体的是。
（2）
，反应①采取的适当措施，使分子中烯键不起反应。
以上反应式中的W是A—E中的某一化合物，则W是。
X是D的同分异构体，X的结构简式是。
反应②属于（填反应类型）。
【解析】本题给出了有机物的结构简式。
（1）中，要求找出互为同分异构体的化合物，只要找出分子式相同的但结构不同的化合物即可。
其中只有B和C符合要求。
（2）中，给出了有机物的转化关系，且W是A—E中的化合物，X与D互为同分异构体。
W氧化得
，只能是E（
）的醛基氧化，故W为E。
D的同分异构体X应与D有相同化学式，而
比D少2个H原子，因而
转变为X的反应只能是加H2反应，而H原子加在烯键上。
【答案】
（1）B和C
（2）E；
；还原（或加成、加氢、催化加氢等）
【例2】2001年9月将执行国家食品卫生标准规定，酱油中3一氯丙醇（ClCH2CH2CH2OH）含量不得超过1ppm，相对分子质量为94.5的氯丙醇（不含主
结构）共有（）种。
A．2种B．3种C．4种D．5种
【解析】二元取代物异构问题，有序法处理。
【答案】B
【例3】二恶英是一类具有高毒性芳香族化合物的总称，其母体结构如图A：
（1）已知A一氯代物有二种，则A的七溴代物共有种；
（2）A的二氯取代物共有种。
【答案】
（1）2
（2）10
【例4】某化学式C10H14O的含氧衍生物，测得分子中含2个-CH2-，1个
，1个-CH3，1个苯环和1个-OH，则该化合物可能的结构有种。
【解析】C4有二种碳链结构，把苯基-C6H5和-OH作为两个取代基，按“定一移二”有序地分别接在两个碳链上，并剔除不符合题意的连接，则可得6种结构。
【例5】有机物甲的分子式为C9H18O2，在酸性条件下，甲水解为乙和丙两种有机物，在相同温度和压强下，同质量的乙和丙的蒸气所占的体积相同，则甲的可能结构有（）
A．8种B．14种C．16种D．18种
【解析】拆分法，依题意甲为酯，水解后生成的酸和醇相对分子质量相同，故生成的酸分子式为C4H8O2，有2种异体,生成的醇分子式为C5H12O，有8种异构体，因此有机物甲符合题意的异构体共有2×8=16种。
【答案】C。
【例6】主链为4个碳原子的某烷烃有2种同分异构体，则具有相同碳原子数，主链也是4个碳原的烯烃的异构体应有（）种。
A．2B．3C．4D．5
【解析】该烷烃的两种异构体的碳架是
因此,符合题意的烯烃的同分异构体有4种,结构简式如下
值得注意的是，根据烯命名规则，主链应含双键，所以第（4）种结构主链碳原子数应计为4个，符合题意。
.
【答案】C.
【例7】有机物甲是一种包含一个六元环的化合物，其分子式为C7H12O2，在酸性条件下可发生水解，且水解产物只有一种，则甲的可能结构有（）种。
A.8B.11C.14D.15
【解析】由题意知，该有机物定属酯类，且为环酯（内酯），酯基-COO-在环上。
由于是六元环，环上有5个碳原子，余下两个碳原子可形成两个甲基（-CH3）或一个乙基（-CH2CH3）分别取代环上的氢原子，共有14种情况。
【答案】14.
【例9】有机物A结构式为C6H5-CH2-CH2-OH，请问与它同类的芳香族的同分异构体有
种，写出各异构体的结构简式。
【解析】注意同类，应指同属芳香醇，不包括酚，故答案是还有四种，包括自身A共有5种，结构简式如下：
【例10】与化合物CH3O-C6H4-CHO互为同分异构体，且结构中含苯环，属酯类的有机物共有种，写出它们的的结构简式。
【解析】共6种
【例11】立方烷C8H8的二氯代物有种，六氯代物有种。
【解析】邻边上2氯，面对角上2氯，体对角上2氯，共3种。
二氯代物与六氯代物互补，故都有3种。
【例12】有机物A的结构简式为
，同时符合下列3个条件的A的同分异构体数目有个。
1含有邻二取代苯环结构；②与A有相同的官能团；③不与FeCl3发生显色反应。
写出这些异构体的结构简式。
【解析】依题意，有机物A的异构体的碳架只有一种：
变动-OH和-COOH的位置（但-OH不能连在苯环上），这样可得A的符合题意同分异构体共3种。
其结构简式如下：
四、考场精彩
1．（2013大纲卷13）某单官能团有机化合物，只含碳、氢、氧三种元素，相对分子质量为58，完全燃烧时产生等物质的量的CO2和H2O。
它可能的结构共有（不考虑立体异构）
A．4种B．5种C．6种D．7种
【解析】根据题意，可先解得分子式。
设为CnH2nOX，氧最少为一个，58-16=42，剩下的为碳和氢，碳只能为3个，即为C3H6O，一个不饱和度。
设有两个O,那么58-32=26，只能为C2H4OX，x不可能为分数，错。
由此可得前者可以为醛一种，酮一种，烯醇一种，三元碳环一种，四元杂环一种。
【答案】B
2．（2013新课标12）分子式为C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有（）
A．15种 B．28种C．32种 D．40种
【解析】此题采用“拆分法”，最终问的是能形成C5H10O2的化合物的酸与醇，最终重新组成形成的酯有多少种。
故先谈论酸和醇的数目：
酯
酸的数目
醇的数目
H-COO-C4H9
1种
4种
CH3-COO-C3H7
1种
2种
C2H5-COO-C2H5
1种
1种
C3H7-COO-CH3
2种
1种
共计
5种
8种
从上表可知，酸一共5种，醇一共8种，因此可组成形成的酯共计：
5×8=40种。
备注：
同分异构体的考查，有一部分是光注重数目的考查的，因此要记住各烷基的数目。
【答案】D
3．（2013安徽卷）写出同时满足下列条件的苯的同分异构体的结构简式。
①含有3个双键②核磁共振氢谱只显示1个峰③不存在甲基
【答案】
4．（2013新课标卷）已知I的结构简式为
，I的同系物J比I相对分子质量小14，J的同分异构体中能同时满足如下条件：
①苯环上只有两个取代基；②既能发生银镜反应，又能和饱和NaHCO3溶液反应放出CO2，共有_____________种（不考虑立体异构）。
J的一个同分异构体发生银镜反应并酸化后核磁共振氢谱为三组峰，且峰面积比为2:
2:
1，写出J的这种同分异构体的结构简式。
【解析】J是I的同系物，相对分子质量小14，说明J比I少一个C原子，两个取代基，既能发生银镜反应，又能和饱和NaHCO3溶液反应放出CO2；官能团一个是羧基，一个醛基，或—COOH与—CH2CH2CHO组合，或—COOH与—CH（CH3）CHO组合，或—CH2COOH与—CH2CHO组合，或—CH2CH2COOH与—CHO组合，或—CH（CH3）COOH与—CHO组合，或HOOCCH（CHO）—与—CH3的组合；每一个组合考虑邻、间、对三个位置变化，一共有6×3=18种满足条件的同分异构体。
其中，一个同分异构体发生银镜反应并酸化后核磁共振氢谱为三组峰，且峰面积比为2:
2:
1，结构简式为：
5．（2013天津卷）写出同时符合下列条件的水杨酸所有同分异构体的结构简式：
__________。
a.分子中含有6个碳原子在一条线上；
b.分子中所含官能团包括水杨酸具有的官能团。
【解析】水杨酸除了羧基，苯环的不饱和度为4，6个碳原子在一条直线上时，应该有碳碳叁键两个，即
5．（2012海南卷）分子式为C10H14的单取代芳烃，其可能的结构有（）
A．2种B．3种C．4种D．5种
【解析】分子式为C10H14的单取代芳烃为C6H5—C4H9，—C4H9为丁基，而丁基有4种：
，所以其单取代芳烃也有4种。
【答案】C
5．（2012新课标卷）分子是为C5H12O且可与金属钠反应放出氢气的有机物有（不考虑立体异构）（）
A．5种B．6种C．7种D．8种
【解析】本题采用“等效氢法”，可先写出戊烷的
同分异构体（3种），然后用羟基取代这些同分异构体中的等效氢原子就可以得出有3+4+1=8种符合要求的醇，有经验和能力的学生还可根据常见烃基的异构结论直接确定。
【答案】D。
6．（2012浙江卷）已知C的结构简式为
，写出满足下列条件的C的所有同分异构体：
。
①是苯的对位二取代化合物；②能与FeCl3溶液发生显色反应；
③不考虑烯醇（
）结构。
【解析】根据题目所给的满足条件：
①是苯的对位二取代化合物；②能与FeCl3溶液发生显色反应；（可推知有酚羟基）③不考虑烯醇（
）结构的C（C8H8O2）所有同分异构体有：
7．（2011浙江卷）化合物
有多种同分异构体，写出符合下列条件的所有同分异构体的结构简式：
___________________________________________________。
①能发生银镜反应；②含苯环且苯环上只有两种不同化学环境的氢原子。
【答案】
；
；
。
五、题根精练
1.（2011新课标全国）香豆素是一种天然香料，存在于黑香豆、兰花等植物中。
工业上常用水杨醛与乙酸酐在催化剂存在下加热反应制得：
以下是由甲苯为原料生产香豆素的一种合成路线（部分反应条件及副产物已略去）
已知以下信息：
1A中有五种不同化学环境的氢；
2B可与FeCl3溶液发生显色反应；
3同一个碳原子上连有两个羟基通常不稳定，易脱水形成羰基。
请回答下列问题：
（1）香豆素的分子式为_____________；
（2）由甲苯生成A的反应类型为_______________；A的化学名称为______________；
（3）由B生成C的化学反应方程式为_________________________________________；
（4）B的同分异构体中含有苯环的还有______种，其中在核磁共振氢谱中只出现四组峰的有_______种；
（5）D的同分异构体中含有苯环的还有__________种，其中：
1既能发生银境反应，又能发生水解反应的是______________________（写结构简式）
2能够与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2的是_____________________（写结构简式）
【答案】
（1）C9H6O2；
（2）取代反应2－氯甲苯（或邻氯甲苯）；
（3）
（4）42；
（5）4
2．（2011全国II卷）金刚烷是一种重要的化工原料，工业上可通过下列途径制备：
请回答下列问题：
（1）环戊二烯分子中最多有____________个原子共平面；
（2）金刚烷的分子式为_______________，其分子中的CH2基团有_____________个；
（3）下面是以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线：
其中，反应①的产物名称是_____________，反应②的反应试剂和反应条件_______________，反应③的反应类型是__________________；
（4）已知烯烃能发生如下反应：
请写出下列反应产物的结构简式：
（5）A是二聚环戊二烯的同分异构体，能使溴的四氯化碳溶液褪色
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