“殘基思想”—推導有限定條件同分異構體的一種有效策略

姜 偉

（會寧縣第五中學 甘肅 會寧 730700）

有機物同分異構體的推導與判斷，是高中有機化學教學的重點和難點，是高考命題的熱點之一，分析、判斷同分異構體是考查學生空間想象能力和思考問題的嚴密性，以及結構式書寫能力的重要手段。如何準確、快速地書寫有限定條件的同分異構體呢？筆者結合收集的資料和長期從事高中化學教學的實踐經驗，通過分析整理、教學嘗試，得到一種快速書寫有限定條件同分異構體的方法—“殘基思想”，供同行教學時參考。該法與通常方法比較，有以下優點：①方法單一，便于掌握和應用；②能快速、準確的寫出同分異構體的種數，不會出現重復和遺漏。當然，要掌握和應用好殘基思想，首先必須熟練掌握烷烴和芳香烴的同分異構體的書寫。

一、不飽和度

不飽和度是有機物分子不飽和程度的量化指標，用希臘字母Ω表示［1］。有機物中的氫原子數與飽和鏈烴中的氫原子數相比，每少兩個氫原子就增加一個不飽和度［2］。其不飽和度的計算公式為［3］：Ω＝碳原子數+1-氫原子數÷2。若含鹵素原子，則將其視為氫原子，若含氧原子，則不考慮［4］；若含氮原子，則在氫原子總數中減去氮原子數［5］。例如，分子式為 C6H5NO2，其 Ω＝6+1-（5-1）÷2=5，幾種常見官能團的不飽和度詳見表1。

表1 幾種常見官能團的不飽和度

二、何為“殘基思想”

運用“殘基思想”書寫有限定條件同分異構體的步驟：第一步，根據有機物的結構簡式寫出其分子式，再根據分子式求算有機物的不飽和度（Ω）；第二步，根據不飽和度和限定條件從分子式中拆出母體，剩余部分即為“殘基”；第三步、通過取代基的通式（各類物質通式的基礎上減去一個H原子）判斷“殘基”的類別，把符合限定條件的“殘基”作為支鏈連在母體上；第四步，再考慮此“殘基”能否拆分成符合限定條件的更多支鏈，然后將符合限定條件的“殘基”連在母體上并考慮他們在母體上的位置排序。按此步驟書寫有限定條件的同分異構體，方便快捷，不會遺漏、不會重復、不會造成書寫混亂。具體應用舉例如下。

三、“殘基思想”的應用

第二步，根據不飽和度和限定條件知母體為苯環，當苯環上有一個取代基時，“殘基”為—CH3O，符合醇和醚的通式，符合醇的“殘基”為—CH2OH，符合醚的“殘基”為—OCH3，把它們連在母體上得到的同分異構體分別為：

第三步，當苯環上有兩個取代基時，“殘基”為—CH4O，可進一步拆分為—CH3和—OH，把—CH3和—OH連在母體苯環上得到的同分異構體分別為：

①含有苯環；②能發生銀鏡反應，不能發生水解反應；③在稀NaOH溶液中，1mol該同分異構體能與2mol NaOH發生反應；④只能生成兩種一氯取代產物。

［解析］第一步，由信息所提供的結構簡式知分子式為 C7H6O3，其 Ω＝7+1-6÷2＝5。

第二步，根據不飽和度和限定條件知母體為三元取代苯環，“殘基”為—CH3O3；由限定條件②知該有機物含有醛基（—CHO），不含甲酸酯基（HCOO—），故此時可把“殘基”—CH3O3進一步拆分為—CHO和—O2H2；結合限定條件③可把 “殘基”—O2H2進一步拆分為兩個—OH；由限定條件④知，有機物結構對稱。

綜合前述，符合以上四個條件的同分異構體的結構簡式分別為：

①能發生銀鏡反應；②含苯環且苯環上只有兩種不同化學環境的氫原子。

［解析］第一步，由信息所提供的結構簡式知分子式為 C8H8O2，其 Ω＝8+1-8÷2＝5。

第二步，根據不飽和度和限定條件②知母體為對位二元取代苯環，“殘基”為—C2H4O2；由限定條件①可把“殘基”—C2H4O2進一步拆分為—CHO和—CH3O；“殘基”—CH3O符合醇和醚的通式，符合醇的 “殘基”為—CH2OH，符合醚的“殘基”為—OCH3，把它們連在母體上得到的同分異構體分別為：。

第三步，對“殘基”—CH3O還可進一步拆分為一個—OH和一個—CH2—，或一個—CH3和一個—O—；最后跟母體組合得到的同分異構體分別為：

【例 4】［2012 年上海市奉賢區一模—十（55）］菲那西汀（）有多種同分異構體，符合下列條件的同分異構體共有_______種。

①含有苯環且苯環上有對位的兩個取代基；②苯環上含有氨基；③能水解，水解產物能發生銀鏡反應。

［解析］第一步，由信息所提供的結構簡式知分子式為 C10H13NO2，其 Ω＝10+1-（13-1）÷2＝5。

第二步，根據不飽和度和限定條件①知母體為對位二元取代苯環，“殘基”為—C4H9NO2；由限定條件②可把“殘基”—C4H9NO2進一步拆分為一個氨基—NH2和—C4H7O2；由限定條件③知該有機物含有甲酸酯基（HCOO—），故此時可把“殘基”—C4H7O2進一步拆分為一個HCOO—和—C3H6—，最后跟母體組合得到的同分異構體分別為：

有機物同分異構體的書寫是一個技巧性很強的知識點，在教學過程中具有一定的難度，因此通過總結和探索其解答方法，并在教學實踐中發揮作用，是一個有意義的教學研究命題。應用“殘基思想”快速解決有限定條件同分異構體的書寫方法，有利于學生抽象思維和綜合運用知識能力的培養，在教學實踐中也取得了良好的效果。

［1］ 談克鈺.不飽和度的確定和應用［J］.甘肅教育，2008，（10）：50～51

［2］ 施林妹.不飽和度在中專有機化學教學中的運用［J］.中等林業教育，2000，（2）：22

［3］ 魏海霞，陳迪姝.不飽和度在有機化學解題中的妙用［J］.化學教學，2010，（5）：6～9

［4］ 丁敬敏，丁漪.有機化合物分子不飽和度的計算［J］.化學教育，1998，（1）：38～41

［5］ 楊海萍.不飽和度及其應用［J］.商情，2010，（4）：82