《同分异构体》专题训练.doc

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《同分异构体》

《同分异构体》专题训练

【考点视窗】

同分异构体知识的考查是高考的热点，几乎每年高考都要涉及，主要考点是设计条件书写同分异构体和判断同分异构体的数目，题型由前几年高考中常见的选择题发展至近两年的有机板块中的两题均有，难度也由理解转移到综合运用，梯度拉大，灵活性增强，这类试题着重考查学生的同分异构体概念以及相应有机化学的相关知识，同时又考查学生的综合应用知识能力、思维能力和思维品质，尤其是有序、严谨的思维品质，因此受到命题者的高度重视。

【知识准备】

一、基本概念和知识要点

1．同分异构现象：

化合物具有相同分子式，但具有不同结构式的现象。

具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。

2．中学有机化学中主要涉及的同分异构现象有

（1）碳架异构

（2）位置（官能团位置）异构（3）类别异构（又称官能团异构）。

【例1】有下列各组物质：

①NH4CNO与CO（NH2）2②CuSO4·3H2O与CuSO4·5H2O③H4SiO4与Si（OH）4④[Cr（H2O）4Cl2]Cl·2H2O与[Cr（H2O）5Cl]Cl2·H2O⑤H2O与D2O⑥淀粉与纤维素⑦18O2与16O3⑧⑨⑩，其中两者互为同分异构体的组是

[简析]同分异构现象不只是存在于有机物中，它广泛存在于化合物中。

同时，学习中还要从概念上辨析同素异形体（单质间）、同位素（原子间）、同系物（有机物间），甚至同一物质（的不同表达形式）。

[答案]①④⑧⑩

【讲练互动】

二、判断书写和综合考查

（一）官能团由少到多，突出有序书写和方法迁移

【例2】液晶是一种新型材料。

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去水缩合的产物。

（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且结构式中有苯环的异构体就有6种，它们是：

、、、、、。

[简析]

（1）烷烃同分异构体（碳架异构）的有序书写方法为：

主链由长到短，支链由整到散，位置由边到心，排列由对到邻到间，它是同分异构体书写的基础。

此外，记忆常见烷基的同分异构体数目：

甲基1种、乙基1种、丙基（－C3H7）2种、丁基（－C4H9）4种，对同分异构体数目的判断有很大便利。

（2）对于烃的衍生物的同分异构体的书写也要特别强调借用碳架异构方法、结合官能团特点有序书写，借助“碳四价原则”补足氢原子完成结构简式。

此外，审题时还要注意条件的限制。

[答案]

（1）

（2）

【例3】某有机物的结构简式为，它的同分异构体中属于芳香醇的共有（）

A．3 种 B．4种 C．5种 D．6种

[简析]本题可先借助不饱和度（Ω）来快速判断苯基外的基团是饱和，再按照书写方法有序书写即可。

，

选择题也可用（①②为羟基的位置，③④⑤为－CH3的位置）来判断。

[答案]C

【例4】红色基B（2-氨基-5-硝基苯甲醚）的结构简式如图，它主要用于棉纤维织物的染色，也用于制一些有机颜料，若分子式与红色基B相同，且氨基（－NH2）与硝基（－NO2）直接连在苯环上并呈对位时的同分异构体数目（包括红色基B）为（）

A．2种B．4种C．6种D．10种

[简析]芳香醇、芳香醚、酚可形成类别异构，常按类别异构→碳架异构→位置异构顺序书写，也可按照碳架异构→位置异构→类别异构的顺序书写，不管按哪种方法书写都必须防止漏写和重写。

本题的10种结构为芳香醚2种、芳香醇2种、酚6种（见下面的示意图）。

[答案]D

※附录：

常见的有机物类别异构有：

组成通式

可能的类别

组成通式

可能的类别

CnH2n，n≥3

烯烃环烷烃

CnH2nO，n≥3

饱和一元醛、酮、烯醇等

CnH2n-2，n≥4

炔烃二烯烃环烯烃

CnH2nO2，n≥2

饱和一元羧酸、酯、羟基醛等

CnH2n+2O，n≥2

饱和一元醇与醚

CnH2n+1NO2，n≥2

硝基化合物氨基酸

CnH2n-6O，n≥7

芳香醇、芳香醚、酚

Cn（H2O）m

单糖间或二糖间等

【例5】对于化学式为C5H12O2的二元醇，其主链为4个碳原子的同分异构体有（）

A．4种B．5种C．6种D．7种

[简析]对于多官能团的同分异构体的书写常采用“定一动一”的方法保证不漏不重。

当然本题还要注意官能团对碳链的特殊要求（注：

当前试题隐形条件日趋增多），用碳架分析如下（其中数字表示在此条件下另一羟基位置）。

[答案]D

【例6】据报道，2002年10月26日俄罗斯特种部队在解救人质时，除使用了非致命武器芬太奴外，还作用了一种麻醉作用比吗啡强100倍的氟烷，已知氟烷的化学式为C2HClBrF3，则沸点不同的上述氟烷有

A．3种 B．4种 C．5种 D．6种

[简析]本题除了“定一动一”的方法外，若采用“换元法”可简化思维过程，即C2HClBrF3可看作C2F6被一H、一Cl、一Br取代的产物，请你参照例5继续往下分析。

[答案]B

―――――

【练习1】烷基取代苯可以被酸性KMnO4溶液氧化生成，但若烷基R中直接与苯环连接的碳原子上没有C－H键，则不容易被氧化得到。

现有分子式是C11H16的一烷基取代苯，已知它可以被氧化成为的异构体共7种，其中的3种是：

，，。

请写出其他4种的结构简式：

。

【练习2】在C3H9N中N原子以三个单键与其它原子相连接，它具有的同分异构体数目为（）

A．2种B．3种C．4种D．5种

【练习3】主链上有4个碳原子的某种烷烃，有两种同分异构体，含有相同碳原子数且主链也有4个碳原子的单烯烃的同分异构体有（）

A．5种B．4种C．3种D．2种

【练习4】已知C5H11OH有8种同分异构体，则分子式为C5H10O的醛有种,分子式为C6H12O2的羧酸有种，分子式为C6H12O2的酯有种。

【练习5】某羧酸的衍生物A。

化学式为C6H12O2。

已知，又知D不与Na2CO3反应，C和E都不能发生银镜反应。

A的结构可能有（）

A．2种B．3种C．4种D．6种

【练习6】某芳香族有机物的分子式为C8H6O2，它的分子（除苯环外不含其他环）中不可能有（）

A．两个羟基 B．一个醛基 C．两个醛基 D．一个羧基

【练习7】

（1）乙酸苯甲酯对花香和果香的香韵具有提升作用，故常用于化妆品工业和食品工业。

乙酸苯甲酯有很多同分异构体，含有酯基和一取代苯结构的同分异构体有五个，其中两个的结构简式分别是下图的A、B：

（乙酸苯甲酯）（A）（B）

请写出另外三个同分异构体的结构简式：

（2）香豆素是广泛存在于植物中的一类芳香族化合物，大多具有光敏性，有的还具有抗菌和消炎作用。

在合成其的核心结构芳香内酯过程中有一中间产物

[详见2006江苏卷]，中间产物（B）有多种同分异构体，其中一类同分异构体是苯的二取代物，且水解后生成的产物之一能发生银镜反应。

这类同分异构体共有____________种。

【练习8】2000年，国家药品监督管理局发布通告暂停使用和销售含苯丙醇胺的药品制剂。

苯丙醇胺（英文缩写为PPA）结构简式如右图：

其中—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（请填写汉字）。

（3）将—、H2N—、HO—在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）：

__________________、__________________、__________________、__________________

（二）空间结构由线到面到体，突出空间想象和融会贯通

【例7】某化合物的分子式为C5H11Cl，分析数据表明：

分子中有两个－CH3、两个－CH2－、一个和一个－Cl，它的可能的结构有（）种（本题不考虑对映异构体）

A．2B．3C．4D．5

[简析]对于指定取代基的同分异构体的书写，常用“先难后易”（即先定四价、三价基团，再上二价基团，最后补一价基团）来突破。

本题先写出如下碳架，后补上一价基团，在此过程中要充分注意结构的等效/对称性，示意图中①②③④为－Cl位置，另外2个价键连接－CH3。

[答案]C

【例8】已知甲苯的一氯代物有4种，则甲苯与氢气完全加成后的产物的一氯化物应该具有的种类数是（）

A．2种 B．4种 C．5种 D．7种

[简析]本题除了要充分利用的对称/等效性，还要注意甲苯加氢后与甲基相连的碳上也有氢原子，也能被Cl取代。

[答案]C

【例9】

（1）已知化合物B3N3H6（硼氮苯）与C6H6（苯）的分子结构相似（如左下图），则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体的数目为（）

（2）已知化合物A（C4Si4H8）与立方烷（C8H8）的分子结构相似（如右下图），则C4SiH8的二氯代物的同分异构体数目为（）

A．3B．4C．5D．6

[简析]将平面结构的“定一动一”同分异构体书写方法迁移到立体结构。

[答案]

（1）B

（2）B

【例10】金刚烷（C10H16）是一种重要的脂环烷烃，，它可以看作是4个等同的六元环组成的空间结构，若已知一氯金刚烷有2种结构，则二氯金刚烷的种类有（）

A．4种B．6种C．8种D．10种

[简析]根据“一氯金刚烷有2种结构”，利用对称/等效性理解“可看作是4个等同的六元环组成的空间结构”（空间结构要求比较高），通过“定一动一”的基本方法解决非常规试题。

分析示意图如下（①－⑥为另一Cl位置）：

[答案]B

―――――

【练习9】有两种不同的原子团－X、－Y，若同时分别取代甲苯苯环上的两个氢原子，生成的同分异体的数目是（）

A．10种B．9种C．6种D．4种

【练习10】已知A为，其苯环上的二溴代物有种，苯环上的四溴代物有种。

【练习11】已知1,2,3－三苯基环丙烷的3个苯基可分布在环丙烷环平面的上下，因此有如下2个异构体。

据此，可判断1,2,3,4,5－五氯环戊烷（假定五个碳原子在同一平面上）的异构体数是（）

A．4B．5C．6D．7

【练习12】下面是苯和一组稠环芳香烃的结构式

①苯②萘③蒽④并四苯⑤并五苯

（1）写出化合物②~⑤的分子式：

①C6H6②③④⑤

（2）这组化合物的分子式通式是CH（请以含m的表示式填在横线上，m=1,2,3,------）

（3）由于取代基的位置不同，产生的异构现象，称为官能团位置异构。

一氯并五苯有（填数字）个异构体，二氯蒽有（填数字）个异构体,八氯蒽有（填数字）个异构体。

【练习13】在烷烃分子中的基团：

－CH3、－CH2－、、中的碳原子数目分别用n1、n2、n3、n4表示。

例如：

在分子中，n1＝6，n2＝1，n3＝2，n4＝1。

试根据不同烷烃的组成结构，分析烷烃（除甲烷外）各原子的关系。

（1）烷烃分子中氢原子数n0与n1、n2、n3、n4之间的关系是

（2）四种碳原子数的关系为n1＝

（3）若分子中n2＝n3＝n4＝1，则该分子的结构简式可能为

【练习14】已知[Co（NH3）6]3+呈正八面体结构，若其中有两个NH3分子分别

被H2O取代，所形成的[Co（NH3）4（H2O）2]3+的几何异构体种数有（）种

（不考虑光学异构）

A．2种B．3种C．4种D．6种

三星烷

四星烷

五星烷

【练习15】近年来，化学家们合成了如下图所示的一系列的星烷，如三星烷、四星烷、五星烷等。

（1）六星烷的化学式为，这一系列的星烷（选填：

是或不是）互为同系物。

（2）与三星烷互为同分异构体的芳香烃有种。

（3）一氯四星烷的结构简式有，二溴三星烷有种。

（三）定量与定性相结合，体现计算和推理并举的思想

【例11】有机物A的相对分子质量为156，完全燃烧后只生成CO2和H2O。

（1）写出A的4种可能的分子式：

、、、。

（2）若A为链烃，它在CCl4溶液中跟Br2不起反应，但是在光照下可以与Br2发生取代反应，取代反应的产物中相对分子质量为235的只有两种（产量较多的为B，产量较少的为C），相对分子质量为314的产物有多种。

①请写出它们的结构简式：

ABC

②相对分子质量为314的产物有种

[简析]

（1）利用“商余法”（156÷12＝12…12）和“等量代换法”可很快得出结论。

（2）由链烃、“光照”条件和相对分子质量可知B、C分别为A（C11H24）的一溴、二溴取代物，因其同分异构体数目比较少，故A的对称性就比较高。

[答案]

（1）C12H12、C11H24、C10H20O、C9H16O2、C8H12O3等

（2）①A：

CH3C（CH3）2C（CH3）2C（CH3）2CH3

B：

CH3C（CH3）2C（CH3）2C（CH3）2CH2BrC：

CH3C（CH3）2C（CH3）（CH2Br）C（CH3）2CH3②6

【例12】某有机物A由C、H、O、N四种元素组成，质量分数分别为C：

54.8％，H：

5.58％，N：

7.11％，其余为O，A的相对分子质量不超过300。

A是氨基酸，并且分子中－NH2和－COOH连在同一个碳原子上，分子中不存在甲基（－CH3），能与FeCl3溶液发生显色反应，1molA的溶液能与3molNaOH完全反应。

请回答：

（1）有机物A的相对分子质量为，其分子式为。

（2）符合上述条件的有机物A的结构有种，写出其中的三种结构简式：

_____________________、_______________________、________________________。

[简析]

（1）先讨论求解：

若每个A中含有1个N原子，则Mr（A）＝14/7.11％＝197＜200（符合题意），后用常规方法计算得出A的分子式。

（2）由题可知每个A分子中还有2个酚羟基，用“残基法”可得A的剩余结构。

在书写同分异构体可借助二甲苯的苯环上的一氯取代方法快速确定数目。

[答案]

（1）197C9H11NO4

（2）6

―――――

【练习16】A、B都是芳香族化合物，lmolA水解得到lmolB和lmol醋酸，A、B的相对分子质量都不超过200，完全燃都只生成CO2和H2O，且B分子中碳、氢元素总的质量数为65.2%。

A溶液具有酸性，不能使FeCl3溶液显色。

（1）A、B相对分子质量之差为__________。

（2）1个B分子中应该有__________个氧原子。

（3）A的分子式是__________。

（4）B可能的三种结构简式是________，________，________。

【练习17】某天然高聚物A的水溶液加热会凝结，一定条件下发生水解，产物之一B是生命所需的重要组成物质。

经测定：

B的相对分子质量不超过120，其中氧元素所占质量分数约为40.3%；等物质的量的B分别与NaOH、Na充分反应，消耗两者的物质的量之比为1∶2；B分子中不含

“―CH2―”基团，在一定条件下发生消去反应可得两种不同产物。

（1）B的摩尔质量为。

（2）B中能发生酯化反应的官能团是（填“官能团的名称”）；一定条件下n个B分子发生聚合，脱去（n-1）个水分子，生成与A不属于同一类别另一种高聚物，该高聚物的结构简式为。

（3）与B含有相同官能团的同分异构体有多种，写出其中氧化产物能发生银镜反应，且分子结构中不含甲基的所有异构体的结构简式：

。

（四）新信息逐渐渗透引入，培养自学和综合应用的能力

【例11】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

[简析]本题可不必试写，抓住由题给信息可知C4H8的醛化反应后可得C4H9－CHO，丁基有4种。

[答案]C

【例12】2002年诺贝尔化学奖表彰的是在“看清”生物大分子真面目方面的科技成果，一项是美国科学家约翰·芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大分子的质谱分析法”；另一项是瑞士科学家库尔特·维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。

原子核磁共振（PMR）是研究有机物结构的有力手段之一，在所有研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在PMR中都给出了相应的峰（信号），谱中峰的强度与结构中的等性H原子个成正比。

例如二乙醚的结构简式为：

CH3-CH2-O-CH2-CH3，其核磁共振谱（PMR谱）中给出的峰值（信号）有两个，其强度之比为3:

2，如下图所示：

（1）结构式为的有机物，在PMR谱上观察峰给出的强度之比为；

（2）某含氧有机物，它的相对分子质量为46.0，碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.0%，PMR中只有一个信号，请写出其结构简式。

（3）实践中可根据PMR谱上观察到氢原子给出的峰值情况，确定有机物的结构。

如分子式为C3H6O2的链状有机物，有PMR谱上峰给出的稳定强度仅有四种，其对应的全部结构，它们分别为：

①3∶3②3∶2∶1③3∶1∶1∶1④2∶2∶1∶1，请分别推断出可能的结构简式：

①②

③④

（4）在测得CH3CH2CH2CH3化合物在PMR谱上可观察到二种峰，而测得CH3－CH=CH－CH3时，却得到氢原子给出的信号峰有4个，请结合空间结构解释产生4个信号峰的原因：

（5）现有四种最简式均为“CH”的有机物（碳原子数不超过10且彼此不同），在PMR谱上仅观察到一种信号峰，试写出这四种有机物的结构简式：

。

[简析]虽冠以新信息核磁共振谱（新课程已涉及），但“拨开云雾见日月”，抓住题