巧用“拆分法”書寫限制條件下的同分異構體

摘 要：浙江新高考改革至今，限制條件下的同分異構體書寫一直是必考內(nèi)容，也是學生失分的“重災區(qū)”，本文用 “拆分法”來較好解決這個問題.該方法以不飽和度為中心，先對有機物進行針對性拆分，再結合限制條件，將相關基團進行合理組合，使得解題簡單高效.

關鍵詞：拆分；限制條件；同分異構體；不飽和度

作者簡介：金芳芳（1989-），女，浙江紹興人，本科，中學二級教師，研究方向：高中化學教學.

一、方法提出的背景

浙江新高考改革至今，已經(jīng)經(jīng)歷了6次選考，而限制條件下的同分異構體的書寫作為每年的必考題，是熱點也是難點.從學生答題情況來看，本小題失分的主要原因是沒有結合已知限制條件合理拆分，從而出現(xiàn)漏寫、錯寫、多寫等，同時由于有機推斷是選考卷最后一題，不少學生也往往由于時間關系，沒能推出具體有機物結構而導致失分.在筆者任教的班級中，就有學生由于沒能推出相應有機物結構而最終放棄本小題導致整道題失分.通過研究6次浙江選考卷發(fā)現(xiàn)，書寫同分異構體的物質雖然結構未知，但是分子式卻都是已知的，那么在只知道分子式的前提下，尋找方法直接書寫限制條件下的同分異構體顯得尤為重要.熟練使用該拆分法可以直接根據(jù)分子式和限制條件，較快書寫同分異構體.

二、方法指導

1.整體解題思路

該方法首先根據(jù)分子式拆分不飽和度[1]確定C、H、O、N等原子的個數(shù)，再轉化限制條件，寫出符合題意的對應基團，最后將剩余的不飽和度和原子根據(jù)等效氫的要求進行合理的組合.

2.必備知識

（1）價鍵理論：熟知常見原子成鍵特點，注意有機物的書寫規(guī)范性.如C原子周圍4根鍵、N原子周圍3根鍵、O原子周圍2根鍵、H或鹵素原子周圍1根鍵等.

（2）不飽和度的計算和使用：會根據(jù)分子式熟練計算不飽和度，并結合相應原子個數(shù)，合理推斷其所含基團.常見基團的不飽和度整理如表1：

表1 常見基團或官能團對應的不飽和度

不飽和度常見基團或官能團

1環(huán)、碳碳雙鍵、碳氧雙鍵（醛基、羰基、羧基、酯基、肽鍵）、碳氮雙鍵、氮氮雙鍵

2碳碳叁鍵、碳氮叁鍵或不飽和度為1的雙官能團組合

4苯環(huán)

（3）等效H的判斷：會利用對稱性判斷等效H的種類，特別是苯環(huán)上等效H的判斷，同時注意在同一原子上的甲基上的H也是等效H.

（4）常見限制條件下的基團或官能團整理如表2：

表2 常見限制條件下對應的基團或官能團

常見限制條件所含基團或官能團

與Na2CO3反應放出CO2羧基

能與金屬鈉反應產(chǎn)生H2羥基、羧基

能與NaOH溶液反應 酚羥基、羧基、酯基、肽鍵、鹵素原子

能發(fā)生銀鏡反應醛基（包括甲酸某酯）

與FeCl3發(fā)生顯色反應酚羥基

水解后的產(chǎn)物與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應酚酯

三、方法運用

下面以幾個浙江選考卷真題為例，將這種方法舉例說明.

例1 （2016.10浙江選考節(jié)選）某研究小組從甲苯出發(fā)，按下列路線合成染料中間體X和醫(yī)藥中間體Y.寫出同時符合下列條件的A（C7H7NO2）的所有同分異構體的結構簡式.

①紅外光譜檢測表明分子中含有醛基；

②1H-NMR譜顯示分子中含有苯環(huán)，且苯環(huán)上有兩種不同化學環(huán)境的氫原子.

拆分 根據(jù)A的分子式C7H7NO2拆分出以下信息：不飽和度為5；7個C原子；1個N原子；2個O原子

分析重組 根據(jù)題中限制條件將1個醛基和1個苯環(huán)構造出基本結構為：，總共用去不飽和度為5，同時用去7個C原子，1個O原子，此時還剩下1個N原子和1個O原子，又已無不飽和度，因此N和O要全部以單鍵的形式插入到結構中.再結合苯環(huán)上只有兩種氫的限制條件，所以應將不同基團放于苯環(huán)的對位，考慮到O原子與醛基可以在同側（1種），也可以在異側（3種），寫出符合題意的A的同分異構體為以下4種：

、、

、

例2 （2017.4浙江選考節(jié)選）寫出同時符合下列條件的C（C8H7N）的所有同分異構體的結構簡式.

①分子中有苯環(huán)而且是苯環(huán)的鄰位二取代物；

②1H-NMR譜表明分子中有6種氫原子；IR譜顯示存在碳氮雙鍵（C=N）.

拆分 根據(jù)C的分子式C8H7N拆分出以下信息：不飽和度為6；8個C原子；1個N原子

分析重組 1個苯環(huán)和1個C=N共用去5個不飽和度和7個C原子，1個N原子，剩下1個不飽和度和1個C原子，又是苯環(huán)的領位二取代物，則考慮還有1個環(huán)存在于分子結構中.若苯環(huán)旁是五元環(huán)，分子中有6種氫原子，則符合題意的2種同分異構體為：、，若苯環(huán)旁是四元環(huán)，則符合題意的另1種同分異構體為：，因此符合題意的C的同分異構體共有以上3種

例3 （2018.4浙江選考節(jié)選）寫出化合物X（C6H14N2O）可能的同分異構的結構簡式.

須同時符合：①分子中有一個六元環(huán)，且成環(huán)原子中最多含一個非碳原子；

②1H-NMR譜顯示分子中有5種氫原子；IR譜表明分子中有N—N鍵，無O—H鍵.

拆分 根據(jù)X的分子式C6H14N2O拆分出以下信息：不飽和度為1；6個C原子；2個N原子；1個O原子

分析重組 1個六元環(huán)已經(jīng)用去1個不飽和度，則剩下原子全部以單鍵相連，成環(huán)原子中最多含一個非碳原子，則這個六元環(huán)可以是，用去5個C原子和1個O原子，還剩1個C原子、2個N原子，要分子中有5種氫原子；含有N—N鍵，無O—H鍵，則應是比較對稱的結構，考慮基團在O原子的對位，則寫出符合題意的2種同分異構體為：、.或者六元環(huán)為，運用相類似的分析方法，寫出符合題意的另2種同分異構體為：、

總之，限制條件下的同分異構體書寫作為浙江選考的必考內(nèi)容，主要考察學生的一種思維、一種能力，在很多時候，如果還是用我們平時簡單的碳鏈異構、類別異構、位置異構等去解題，很多時候并不適用于現(xiàn)在的高考考查形式.本文介紹的拆分法，為解決這一題型提供了一般思路與方法，它最有優(yōu)勢的地方在于，可以拋開整個有機合成流程，不需要推出該有機物具體結構，就比如以上例題中筆者都只節(jié)選了這道大題中的某一小題而已，在已知分子式和限制條件基礎上，利用巧拆分、巧組合，靈活運用基團插入[2]與位置異構等使得解題變得更有針對性，更加簡單高效.當然，要想寫對所有的同分異構體，往往還是離不開學生的基礎知識儲備，嚴密的思維邏輯和規(guī)范的書寫，只有在平時的練習中多運用與鞏固該方法，注重方法的總結與反思，才能真正做到以不變應萬變.

參考文獻：

[1]沈國強. 巧用不飽和度化解有機難題[J].河北理科教學研究， 2008（2）：24-29.

[2]徐正玉.用插入法書寫同分異構體[J].中學化學教學參考，2018（2）：70-71.