高二化学有机化合物的同分异构现象人教实验版知识精讲.docx

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高二化学有机化合物的同分异构现象人教实验版知识精讲

高二化学有机化合物的同分异构现象人教实验版

【本讲教育信息】

一.教学内容：

有机化合物的同分异构现象

1.了解同分异构现象，理解同分异构体产生的原因。

2.掌握同分异构体的书写和判断方法。

二.重点、难点

1.同分异构体的分类。

2.同分异构体的判断和书写。

三.教学过程

［复习］

1、同系物定义：

结构相似，在分子组成上相差一个或多个CH2原子团的物质互称同系物。

同系物的物理性质具有规律性的变化；同系物的化学性质相似，这是我们学习和掌握有机物性质的依据。

［练习］在同一系列中，所有同系物都具有（）

A.相同的相对分子质量B.相同的物理性质

C.相似的化学性质D.相同的最简式

2、同系物的特征：

①同系物必须是同类有机物。

②同系物必须结构相似，即组成元素相同，官能团种类、个数及连接方式相同，分子组成通式相同。

③组成上相差CH2的整数倍，整数不为0。

④具有相同通式的有机物除烷烃外，不能以通式相同的作为确定是不是同系物的充分条件。

如乙烯与环丙烷都符合“CnH2n”通式，组成上也相差“—CH2—”原子团，但不是同一类物质，不是同系物。

（一）同分异构现象和同分异构体的定义

1、同分异构现象：

化合物具有相同的分子式，但结构不同，因而产生了性质上的差异，这种现象叫同分异构现象。

2、同分异构体：

具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。

［练习］

（1）以下各组属于同分异构体的是

（2）对复杂的有机物的结构，可以“键线式”简化表示。

如有机物CH2=CH－CHO可以简写成

。

则与键线式为

的物质互为同分异构体的是（）

［小结］要判断两种结构简式是否互为同分异构体，首先要看分子式是否相等，然后看结构是否不同。

3、同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同物质。

同类同分异构体之间化学性质基本相同，物理性质因结构不同而不同。

［练习］下列化合物中沸点最低的是（）

A.CH3（CH2）4CH3B.CH3（CH2）3CH3

C.CH3CH2CH（CH3）2D.（CH3）2C（CH3）2

4、同系物、同位素、同分异构体、同素异形体比较：

同系物

同位素

同分异构体

同素异形体

研究范围

化合物

原子

化合物

单质

相同（似）点

结构相似

质子数相同

分子式相同

元素种类相同

不同点

组成相差CH2原子团

中子数不同

结构不同

组成、结构性质不同

［练习］下列各组物质

①O2和O3②H2、D2、T2③12C和14C

④CH3CH2CH2CH3和（CH3）2CH2CH3⑤乙烷和丁烷

⑥CH3CH2CH2CH（C2H5）CH3和CH3CH2CH2CH（CH3）C2H5

⑦

互为同系物的是__________，

互为同分异构体的是_____________，

互为同位素的是______，

互为同素异形体的是__________，

是同一物质的是__________。

（二）同分异构体的种类

有机物产生同分异构体的本质在于原子的排列顺序不同，在中学阶段主要指下列三种情况：

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：

CH3CH2CH2CH3和

（直链和支链）

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：

CH2=CH－CH2－CH3和CH3－CH=CH－CH3

3、官能团异类异构：

由于官能团的不同而引起的异构现象。

如：

单烯烃和环烷烃，分子式通式CnH2n（n≥3）

CH3－CH=CH2和

单炔烃和二烯烃，分子式通式CnH2n－2（n≥4）

CH3－CH2－CCH和CH2=CH－CH=CH2

苯及苯的同系物和多烯，分子式通式CnH2n－6（n≥6）

和CH2=CH－CH=CH－CH－CH=CH2

饱和一元醇和醚、分子式通式CnH2n+2O（n≥2）

CH3CH2OH和CH3－O－CH3

饱和一元醛、酮和烯醇，分子式通式CnH2nO（n≥3）

CH3CH2CHO和

和CH2=CH－CH2OH

饱和一元羧酸和酯及羟基醛，分子式通式CnH2nO2

和和

一元酚、芳醇、芳醚。

分子式通式CnH2n－6（n＞6）

和、、和

（三）同分异构体的书写

1、烷烃同分异构体的书写：

烷烃只有碳链异构，书写时要注意写全而不要写重复，一般可按下列规则书写：

主链由长到短，支链由整到散，支链由心到边。

［练习］写出C5H12所有同分异构体的结构简式。

（1）先写出最长的碳链：

C－C－C－C－C正戊烷

（2）然后拿下一个碳原子，使其成为取代基，根据分子对称性将取代基先连在中心碳原子上，并依次移动至一端倒数第二个碳原子上，不能加在头和尾上（即1、4号碳原子）：

（

）

（3）然后再写少两个碳原子的直链：

①把剩下的两个碳原子当作一个支链（一个乙基）加在主链上：

（即

）与上式相同。

名称为异戊烷

②再把两个碳原子分成两个支链加在主链上，既可连在一个碳原子上，也可连在两个碳原子上：

新戊烷。

最后根据C原子化合价四价的原则，把碳原子的剩余价键用氢原子补上。

戊烷有三种同分异构体。

2、烯烃、炔烃同分异构体的书写：

先写出相应的烷烃的碳链异构，结合对称等效，同碳同基等效，以及形成双键相邻两个碳原子上至少连有一个氢原子、形成三键相邻两个碳原子上至少连有两个氢原子等因素，在不同的位置放上双键（双键异构）。

当碳原子大于3时，还有环烷烃（类别异构）。

在书写含官能团的同分异构体时，通常可按碳链异构→官能团位置异构→官能团异类异构的顺序书写，也可按其它顺序书写，但不管按哪种顺序书写，都应注意有序思考，防止漏写或重写。

［练习］写出C5H10所有属于烯烃的同分异构体的结构简式。

（1）先写出相应烷烃的碳链异构的不同碳链：

（2）结合对称等效，同碳同基等效，以及C原子化合价四价的原则（形成双键相邻两个碳原子上至少连有一个氢原子、在不同的位置放上双键）分别在各种不同的碳链上考虑双键的位置异构。

写出位置异构：

［小结］在确定同分异构体之前，要先找出对称轴（或面），判断等效氢，从而确定同分异构体数目。

对于碳链异构和官能团的位置异构，都重在把握结构的对称性，采用“对称轴”法确定。

有了对称轴之后，只需考虑分子结构中对称轴一侧的支链或官能团的取代位置，不能超越对称轴至另一侧，但可以在对称轴的轴线的当前位置上。

（3）最后根据各个碳原子都应满足四价，碳原子剩余的价键全部与氢原子相结合，写出烯烃同分异构体的结构简式。

（4）

［总结］写出异构体结构简式时一般应按下列步骤有序写出：

（1）根据分子式先确定可能的官能团异构有几类；

（2）在每一类异构中先确定不同的碳链异构；

（3）再在每一条碳链上考虑官能团的位置异构有几种，这样考虑思路清晰，写出有序思维不会混乱。

（4）写出时还要注意避免出现重复或遗漏的现象，还应注意遵循碳原子价数为4，氧原子价数为2，氢原子价数为1的原则。

3、一元取代物同分异构体的书写：

一元取代物质是指烃分子中氢原子被其它原子或原子团取代后，分子中只含有一个官能团（碳碳双键或三键除外）的有机物，如一氯代物、一元醇、一元醛、一元羧酸等。

判断烃的一元取代物同分异构体的数目的关键在于找出“等效氢原子”的数目。

“等效氢原子”是指：

①同一碳原子上的氢原子是等效的。

如甲烷中的4个氢原子等同。

②同一碳原子所连相同烃基上的氢原子是等效的。

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处于对称位置上的氢原子是等效的。

如乙烷中的6个氢原子等同，2,2,3,3—四甲基丁烷上的24个氢原子等同，苯环上的6个氢原子等同。

［练习］进行一氯取代反应后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是（D）

A.（CH3）2CHCH2CH2CH3B.（CH3CH2）2CHCH3

C.（CH3）2CHCH（CH3）2D.（CH3）3CCH2CH3

首先要能快速的把这种缩写的结构简式改写成展开的结构简式，甚至可以写成碳架结构，然后根据对称性确定其一氯代物异构体数目。

不同的异构体的沸点肯定不同。

（相同的数字代表等效位置）

［例题］式量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子，所得芳香烃产物的数目为（）

A.3B.4C.5D.6

［小结］1、苯的同系物的同分异构体书写或判断：

苯环上连有一个侧链时，考虑侧链的碳干异构；苯环上连有两个或两个以上的侧链时，既要考虑侧链的碳干异构还要考虑侧链在苯环上的位置异构。

如C8H10的同分异构体有四种：

一个侧链：

两个侧链：

2、苯的一氯代物只有一种（环上的氢原子具有等效性），苯的二氯代物有三种（位置异构）。

苯的同系物的一氯代物判断要区分清楚是环上的取代还是侧链上的取代还是所有的取代。

【典型例题】

例1.下列各组物质中，两者互为同分异构体的是：

①CuSO4·3H2O和CuSO4·5H2O　②NH4CNO和CO（NH2）2

③C2H5NO2和NH2CH2COOH④［Pu（H2O）4］Cl3和［Pu（H2O）2Cl2］·2H2O·Cl

A.①②③　B.②③④　C.②③　D.③④

分析：

同分异构体是分子式相同，但结构不同。

CuSO4·3H2O和CuSO4·5H2O组成就不同，肯定不能称为同分异构体；NH4CNO和CO（NH2）2分子式相同，但前者是盐，而后者是尿素，是有机物，结构肯定不同，互为同分异构体；C2H5NO2和NH2CH2COOH，一个是硝基化合物，一个是氨基酸，分子式又相同，互为异类异构；［Pu（H2O）4］Cl3和［Pu（H2O）2Cl2］·2H2O·Cl后者中有两分子的水为结晶水而前者没有，所以结构不同，互为同分异构体。

正确选项为B。

例2.进行一氯取代后，只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是

A.（CH3）2CHCH2CH2CH3　　B.（CH3CH2）2CHCH3

C.（CH3）2CHCH（CH3）2　　　D.（CH3）3CCH2CH3

　　分析：

首先要能快速的把这种缩写的结构简式改写成展开的结构简式，甚至可以写成碳架结构，然后根据对称性确定其一氯代物异构体数目。

不同的异构体的沸点肯定不同。

正确选项为D。

例3.已知丁基共有四种，不必试写，立即可断定分子式为C5H10O的醛应有几种

A.3种　B.4种　C.5种　D.6种

分析：

分子式为C5H10O的醛可以看作是丁基上连接一个醛基所得，而丁基只有四种，所以选B。

例4.甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是：

（　　）

A.CH3Cl不存在同分异构体B.CH2Cl2不存在同分异构体

C.CHCl3不存在同分异构体D.CH4中四个价键的键长和键角都相等

分析：

甲烷不论是正四面体结构，还是平面正方形结构，CH3Cl、CHCl3都无同分异构体，故选项A、C的理由不充分。

若甲烷是平面正方形结构，CH2Cl2存在两种同分异构体：

而实际CH2Cl2不存在同分异构体，因此假设不合理。

若甲烷是正四面体结构，此时CH2Cl2不存在同分异构体，故选项B是正确的。

选项D也是错误的，因为甲烷不论是正四面体结构，还是平面正方形结构，CH4中四个价键的键长和键角都相等，故理由不充分。

例5.下列分子中的14个C原子可能处于同一平面的是（　　）

分析：

A中，如下图所示，带星号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3这三个碳原子成三角锥形；B中苯环两两共边，所以所有原子共面；C中两个甲基分别和两个苯环直接相连，苯环间以单键相连，所以所有碳原子有可能共面，有九个碳原子一定共面，但一定还要注意并不是指所有原子，甲基上的氢原子最多只有一个和碳原子共面；D中的情况和A中是极其相似的，也是带星号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3这三个碳原子成三角锥形；E中带星号的这个碳原子与和它所直接相连1、2、3、4这四个碳原子构成了类似甲烷的四面体结构；综上所述，B、C分子中的14个C原子有可能处于同一平面，A、D、E分子中的14个C原子不可能全部都处于同一平面。

答案为：

B、C

例6.含有一个叁键的炔烃，氢化后的产物结构简式为：

CH3CH2CH（CH3CH2）CH2CH（CH3）CH2CH3，此炔烃可能有的结构简式有（）

A.1种B.2种C.3种D.4种

分析：

氢化后的烷烃结构简式为：

炔烃的1个叁键加氢成烷烃要加2个H2分子，因此加氢后的碳原子上至少应有2个氢原子，符合此要求的只有—CH2CH3才可，但由于左端的两个—CH2CH3地位相同，因此原炔烃只能有2种，故正确答案为B。

例7.人们使用四百万只象鼻虫和它们的215磅粪物，历经30多年时间弄清了棉子象鼻虫的四种信息素的组成，它们的结构可表示如下（括号内表示④的结构简式）

以上四种信息素中互为同分异构体的是（　）

A.①和②　　B.①和③C.③和④　　D.②和④

分析：

本题看似复杂，其实只要写出四种信息素的分子式，问题即迎刃而解，因四种信息素的结构各不相同，只要分子式相同的即互为同分异构。

答案为C。

【模拟试题】

1.下列各化学式中，只表示一种纯净物的是（）

A.CB.C3H8C.C2H4OD.C3H6

2.下列各组物质中互为同分异构体的是（）

A.1H与2HB.O2与O3C.乙烯与丙烯D.正丁烷与异丁烷

3.烃的一种同分异构体只能生成一种一氯化物，该烃的结构简式（分子式）可能是：

4.含有一个叁键的炔烃，氢化后的产物结构简式为：

　　CH3CH2CH（CH3CH2）CH2CH（CH3）CH2CH3，此炔烃可能有的结构简式有

A.1种B.2种C.3种D.4种

5.分子式为C3H6C12的有机物，发生一元氯代反应后，可生成2种同分异构体，则原C3H6C12应是（）

A.1，3﹣二氯丙烷B.1，1﹣二氯丙烷

C.1，2﹣二氯丙烷D.2，2﹣二氯丙烷

6.在C6H14的各种同分异构体中，所含甲基数目和它的一氯取代物的数目与下列叙述相符的是（）

A.2个—CH3，能生成4种一氯代物

B.3个—CH3，能生成4种一氯代物

C.3个—CH3，能生成5种一氯代物

D.4个—CH3，能生成4种一氯代物

7.分子式为的醛的结构有（）

A.2种B.3种C.4种D.5种

8.一氯取代物的同分异构体有2种，二氯取代物的同分异构体有4种的烷烃是（）

A.乙烷B.丙烷C.正丁烷D.环丁烷

9.某苯的同系物分子式为C8H10。

若苯环上的氢原子被卤原子取代，生成的一卤代物有三种异构体，则该苯的同系物可能有（）

A.4B.3C.2D.1

10.下列各对物质中属于同分异构体的是（）

A.

C与

CB.O2与O3

C.

与

D.

与

11.苏丹红一号（sudanⅠ）是一种偶氮染料，不能作为食品添加剂使用。

它是由苯胺和2－萘酚为主要原料制备的，它们的结构简式如下所示（）

（苏丹红一号）（苯胺）（2－萘酚）

（1）在下面化合物（A）～（D）中，与2－萘酚互为同分异构体的有（填字母代号）。

（A）（B）（C）（D）

（2）上述化合物（C）含有的官能团是

12.写出下列物质可能有的结构简式：

（A）C6H14

（B）C7H16（主链上有5个碳原子）

13.写出分子量为70烯烃的分子式。

并写出所有的链烃同分异构体。

14.甲烷、乙烷的一氯取代物不存在同分异构体，则碳原子数少于10的烷烃分子中还有几个一氯取代物也不存在同分异构体？

请写出它们的结构简式。

【试题答案】

1.B2.D3.C4.B5.A6.BC7.C8.B9.C10.D

11.

（1）（A）（B）（C）

（2）碳碳双键醛基

12.（A）CH3（CH2）4CH3、CH3CH（CH3）CH2CH2CH3、CH3CH2CH（CH3）CH2CH3、

CH3CH（CH3）CH（CH3）CH3、CH3C（CH3）2CH2CH3

（B）CH3CH（CH3）CH（CH3）CH2CH3、CH3CH（CH3）CH2CH（CH3）CH3、CH3C（CH3）2CH2CH2CH3、CH3CH2C（CH3）2CH2CH3、CH3CH2CH（CH2CH3）CH2CH3

13.CH2＝CHCH2CH2CH3、CH3CH＝CHCH2CH3、CH2＝C（CH3）CH2CH3、CH3C（CH3）＝CHCH3、CH3C（CH3）CH＝CH2

14.C（CH3）4、C（CH3）3C（CH3）3