同分異構體限定條件的解讀與應用

夏時君+++吳孫富

摘要：限定條件同分異構體的書寫是近年化學高考的熱點，同分異構體的限定條件可從性質、結構、數量三個方面進行解讀。在正確解讀同分異構體限定條件的前提下，可根據物質的性質、結構及有關數量間的相關性和匹配性，先確定同分異構體結構中的重要基團，然后將這些基團進行合理組裝即可得出符合題意的同分異構體。

關鍵詞：同分異構體；分子結構；有機化學教學

文章編號：1005 - 6629（2015）5 - 0082 - 05

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

限定條件同分異構體的書寫既可以考查學生對有機官能團結構及性質的熟練程度，又可考查學生的空間想象能力以及對有關數據的判斷處理能力，成了近年的高考熱點和教研熱點。黃愛民、徐文華、朱建兵等老師對書寫同分異構體的限定條件進行了歸類分析，指出了書寫限定條件同分異構體的重要意義，舉例說明了書寫限定條件同分異構體的教學策略[1、2、3]。筆者將從性質、結構及有關數量三個角度來解瀆有關限定條件的信息含義，舉例說明書寫同分異構體的基本步驟和方法。希望對提高學生閱讀理解、吸收、整合、應用化學信息的能力起到有益的作用。

1 從性質角度解讀限定信息，書寫同分異構體

限定條件同分異構考查突顯同分異構考查的化學味，強化結構與性質的聯系，強調思維和方法的多元化。利用性質信息與結構特點的相關性和匹配性，通過性質信息推導出結構碎片，繼而形成有機物結構。在性質信息解讀時要求從官能團性質的共性和特性人手，縮小范圍，比較分析、從多個層面綜合反映物質的結構信息。常見的性質信息表征為：典型反應、特殊反應和反應類型等形式，解讀如表1。

案例1（2014年重慶卷）

的同分

異構體L有如下特征：①遇FeCl3溶液顯色，②與足量飽和溴水反應未見白色沉淀產生，③與NaOH的乙醇溶液共熱反應，試寫出L在反應③所得有機物的可能結構簡式為

。（只寫一種）

解析：第一步，列出苯環側鏈的重要參數：Ω=0（Ω為不飽和度，下同），N（C）=2（N為原子個數，下同），N（O）=1，N（Cl）=3。第二步，解瀆限定信息，找出對應基團。①說明有酚羥基；②說明酚羥基的鄰位對位都有取代基；③說明Cl相連碳原子的鄰位碳上存在β-H。第三步，應用拼接、插入和換位等方法，組裝新物質。答案L可能是：

2 從結構角度解讀限定信息，書寫同分異構體

有機限定條件除了關注性質信息外，結構信息出現的頻率也很高。結構信息包括：幾何構型、結構對稱、連接順序和相對位置等。常見具體表征形式主要包括：類屬信息、同分異構信息及核磁共振氫譜信息。

2.1 有機類屬信息解讀

限定條件中的類屬信息有：有機類屬、支鏈類型、數目位置等。其一般限定考查范圍、強調信息解讀、追求思維的有序性、有限性和有效性。解讀如表2。

2.2 同分異構信息解讀

有機限定條件信息常存在同分異構信息，如苯環上的一鹵代物有多種，從本質上來看，其反映有機結構中等效氫的相關信息。解瀆時首先要關注研究范圍，如鹵代發生的限定位置可能在苯環、苯環的側鏈或其他部位；其次要關注有機結構的對稱性和側鏈數目。如芳香化合物中苯環上一溴代物數量少時，則有可能是結構高度對稱，苯環上氫多為等效；或苯環上取代基數目多，導致能取代的氫原子數目少。解讀有序過程為：①側鏈取代基數目由少到多，側鏈碳鏈由長到短，由整到散，由中到邊。②側鏈取代基類型分相同和不同兩種情況。③對比苯環上剩余氫原子數與一氯代物同分異構數目，推測有機結構的對稱性。如二取代物中一溴代物只有一種的情況，由于苯環上只有4個氫，說明4個氫都是等效的，要求苯環必須要有2個面對稱，并且要求側鏈二取代基相同。④結合結構對稱性，變換側鏈取代基位置關系，如二取代基有鄰、間、對位置關系；三取代基有鄰、偏、均位置關系等。解瀆如表3。

案例3（2014年浙江卷）寫出同時符合下列條件的B（H3CH2C- -NO2）的所有同分異構體的結構簡式_____________。①分子中含有羧基；②'H-NMR譜顯示分子中含有苯環，且苯環上有兩種不同化學環境的氫原子。

解析：第一步，列出苯環側鏈的重要參數：Ω=1，N（C）=2，N（O）=2，N（N）=l。第二步，解瀆限定信息，找出對應基團。①說明含有-COOH；②如何解讀苯環上只有2種氫原子，這是關鍵。若苯環有二個不同側鏈，則兩個基團必須處于對位，對位基團為-NH2和-CH2COOH，或是-CH2NH2和-COOH。若有三個側鏈，則必有兩個相同側鏈處于對稱位置，顯然不存在。若有4個取代基，必然要求結構不能有對稱結構，顯然也不存在。第三步，應用拼接、換位等方法組裝新物質。答案為：

H2N-

-CH2COOH H2NH2C- -COOH.

2.3 核磁共振氫譜的信息解讀

限定條件中核磁共振氫譜重點關注氫原子的種類和數量與結構的關系。核磁共振氫譜有幾個峰，說明結構中有幾種H原子（即等效氫），具體表現于氫原子連比的個數；峰面積之比代表各種對應H原子個數比（即連比數值）。解瀆核磁共振氫譜信息時，在了解H總數條件下，關注連比數和連比值滲透出有機結構的對稱性和所含基團信息。核磁共振氫譜信息解瀆如表4。

案例4（2014年全國課標I卷）化合物F（H2N- -CH2CH3）的同分異構體中含有苯環的還有多種，其中核磁共振氫譜中有4組峰，且面積比為6：2：2：1的是_________（寫出其中一種的結構簡式）。

解析：第一步，列出 F苯環側鏈的重要參數：Ω=0，N（C）=2，N（N）=1。第二步，解瀆限定信息，找出對應基團。同分異構中N（H）=11，核磁共振氫譜峰面積之比6：2：2：1，可判斷4種H個數分別為6個、2個、2個、1個。其中6個相同的H可能是2個-CH3處于對稱位置，或2個-CH3與同一個原子相連。2個H可能源于-CH2-或處于對稱位置上的2個H。第三步，組裝結構，形成有機物。答案為：

3 從定量角度解讀限定信息，書寫同分異構體

有機化學方程式是有機化學的“語言”，有機化學方程式用結構式和反應條件來表示有機物之間的物質變化和數量關系。數據信息也是同分異構的重要限定條件之一，依據數據信息亦可以對反應類型、結構特點、基團類型及基團數量做出初步判斷。在分析數據關系時，要善于利用有機反應中的原子守恒、電子守恒、質子守恒等關系。有關的數據信息及其解讀如表5。

案例5（2014年廣東百校聯考）化合物I有如下特點：①與化合物II互為同分異構體；②遇FeCl3溶液不顯色；③Imol化合物I與足量銀氨溶液反應生成4mol Ag；④Imol化合物I與足量NaOH溶液反應消耗4molNaOH；⑤核磁共振氫譜有4組峰，且峰面積之比為3：2：2：1，寫出化合物I所有可能的結構簡式：_______________。

解析：第一步，列出苯環側鏈重要參數：Ω=2，N（C）=3，N（0）=4。第二步，解瀆限定信息，找出對應基團：②說明不含酚羥基；③說明有2個-CHO；④能與NaOH溶液反應的含氧基團有：-OH（酚羥基）、-COOH，-COOR。綜合分析數據信息只能是2mol甲酸酚酯結構才會消耗4molNaOH；⑤表明8個H有4種，個數分別是3個、2個、2個和1個，說明結構中有1個- CH3，結構對稱性好。第三步，通過拼接、插入和換位等方法組裝成新物質。答案為：

參考文獻：

[1]黃愛民.對同分異構體書寫時限制條件的分析[J].中學化學教學參考，2011，（10）：60～61

[2]徐文華.淺析有限制條件同分異構體引入的意義及解題策略[J]化學教育，2012，（11）：54～56

[3]朱建兵，袁春仙，王秋霞.有限制條件的同分異構體書寫策略[J]化學教學，2012，（8）：62～64