有序思維助力，尋求“含苯環有機物同分異構體數目”

廣東 周曼文 賴文花

有序思維助力，尋求“含苯環有機物同分異構體數目”

有機物同分異構體的考查既是高考化學的高頻考點，也是熱點和難點。這類試題不僅能很好地考查學生對有機物結構特點和官能團特性的掌握程度和應用能力，還能全面考查學生的自學能力、邏輯思維能力、問題解決能力。2013、2014、2016全國卷都考了限制條件下苯環上有多個取代基的同分異構體數目的判斷和某種結構簡式的書寫。可將其歸為三類：①幾元取代已定，求側鏈異構，如2016·全國Ⅰ·38(5)。②側鏈結構已定，求幾元取代，如2013·全國Ⅰ·38(6)。 ③側鏈結構、幾元取代都待定。教學中發現不管哪種類型，“有序思維”對限定條件下同分異構體數量的求解，都能達到快速、準確、高效的效果。在此介紹與大家分享。

書寫同分異構體，一般分三步：

1.依據限制條件，推測“碎片(原子、原子團、官能團)”結構；

2.摘除“碎片”,構建碳架；

3.“碎片”組裝。

支撐這些步驟完成的“有序思維”如下：

“碎片”推測：依分子式(不飽和度)信息、特殊結構信息、化合物性質、類別信息。

碎片分類：先“簡”后“繁”(或按“端基碎片”和“非端基碎片”分)。

碳架構建：由“長”到“短”，先“整”后“散”, 支鏈由“心”到“邊”。

方法選擇：“端基碎片”的位置異構一般選擇“等效氫”“定1動1”等方法；“非端基碎片”的位置異構一般選擇“插入法”“烷基分配法”。

一、幾元取代已定，求側鏈異構

【解析】第1步：推測“碎片(原子、原子團、官能團)”結構

題中信息“碎片”依分子式(不飽和度)信息6特殊結構信息一種官能團、二取代化合物性質信息0．5molW與足量碳酸氫鈉溶液反應生成44gCO2類別信息芳香化合物碎片推斷先“簡”后“繁”。已定：“簡”：2個—COOH，“繁”： 、 、 ；待定：C2H4

第2步：摘除“碎片”,構建碳架

碳鏈先“整”后“散”：

方案1：—CH2CH2COOH、—COOH

方案2：—CH2COOH —CH2COOH

第3步：組裝

【點撥】端基官能團(也可稱為一價官能團)是指在有機物的結構簡式中只能位于末端的官能團，主要包括鹵素原子(—X)、硝基(—NO2)、氨基(—NH2)、羥基(—OH)、羧基(—COOH)、醛基(—CHO)等。書寫含有這些官能團的同分異構體時，可將其分子式變形為烴基和官能團兩部分，如R—CHO、R—X等。它們的同分異構體數目則取決于烴基部分的異構體數目。常見烷基的異構體數目：甲基(1種)，乙基(1種)，丙基(2種)，丁基(4種)，戊基(8種)。熟記這些烷基的異構體數目可以迅速解題。

二、側鏈結構已定，求幾元取代

【解析】第1步：推測“碎片(原子、原子團、官能團)”結構

題中信息“碎片”依分子式(不飽和度)信息5化合物性質信息既能發生銀鏡反應，又能與FeCl3溶液發生顯色反應碎片推斷先“簡”后“繁”。已定：醛基、酚羥基、甲基；待定：苯環的幾元取代

第2步：組裝

【點撥】解題關鍵從兩方面入手，①根據題給信息確定取代基的結構和數目；②判斷取代基在苯環上的位置。方法：以取代基相同的二元、三元位置關系(如圖)為基礎，用換元法或等效氫法延伸拓展取代基不同的位置種數。

鄰 間 對

鄰 間 對

如：當苯環上的三個取代基有兩個相同(X、X)、一個不同(Y)時,

方法1：先寫出兩個相同取代基在苯環上的位置關系，再引人(Y)。即：

鄰 間 對

方法2：先寫出三個相同取代基在苯環上的位置關系，再將其中一個取代基換成Y。即：

鄰

間 對

練習2：分子式為C10H14的芳香烴中，苯環上的一溴代物的結構有兩種，滿足此條件的結構共有________種。

【答案】5

二元取代基為2個—C2H5或1個—CH3、1個—C3H7(2種)，形成的有機物中苯環上的一溴代物結構有兩種的有：

三元取代基為2個—CH3、1個—C2H5，形成的有機物中苯環上的一溴代物結構有兩種的有：

四元取代基為4個—CH3，空位的位置關系有鄰、間、對3種。不管哪種其苯環上的一溴代物的結構只有一種。

三、幾元取代、側鏈結構都待定

【典例3】化合物W(C9H12O4)中不存在兩個氧原子直接相連的結構，且有如下性質：能使FeCl3溶液顯紫色，苯環上一氯代物只有1種，1 mol W最多消耗1 mol氫氧化鈉。滿足此條件的結構共有________種。

【答案】8

【解析】第1步：推測“碎片(原子、原子團、官能團)”結構

題中信息“碎片”依分子式(不飽和度)信息4特殊結構信息不存在兩個氧原子直接相連、苯環上一氯代物只有1種化合物性質信息1molW最多消耗1mol氫氧化鈉類別信息能使FeCl3溶液顯紫色碎片推斷先“簡”后“繁”。已定：含1個酚羥基、苯環；待定：苯環至少有二元取代。從不飽和度和氧原子數推測可能有醇羥基和醚鍵

第2步：側鏈與幾元取代的匹配

苯環上一氯代物都不止1種。

方案2 苯環上的三元取代，側鏈2個：—CH3與—C2H5。苯酚一元取代后，再在苯環接上1個—C2H5(用等效氫法)，分別有4種、4種、2種。如圖：

苯環上一氯代物都不止1種。

鄰 間 對

第3步：組裝(先碳架異構，后官能團異構)

【點撥】從【典例3】可以看出此類題的難點和復雜程度在于側鏈與幾元取代的匹配，然后依據限定條件，篩選出題中所需的同分異構體。

練習3：(2016·全國Ⅲ·38改編)分子式為C8H8Cl2的芳香化合物中，其分子中只有兩種不同化學環境的氫，數目比為3∶1；這樣的同分異構體有________種。

【答案】5

廣東省佛山市三水中學)