書寫同分異構體的常用分析方法

廖忠機

[摘? ?要]同分異構體的判斷和書寫是高考的一大熱點，在教學中向學生教授等效氫取代法、定一議二法、定二議一法、等價代換法、核磁共振氫譜法、固定酯基討論法等書寫同分異構體的常用分析方法，有助于學生準確完成同分異構體的判斷和書寫。

[關鍵詞]同分異構體;書寫;分析方法

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）17-0069-03

同分異構體的種類一般有以下幾種：碳鏈異構、位置異構、官能團異構、烯烴順反異構、立體異構（立體異構也稱為手性異構或鏡像異構）。高考中一般都會明確提出不要求書寫立體異構，而順反異構若沒有特別說明也不用考慮，因此考查的重點為前三種。官能團異構比較復雜，比如烯烴可以寫成環烷烴，一個碳碳三鍵可以寫成兩個碳碳雙鍵或一個碳碳雙鍵與一個環;醚可以寫成醇，某些酚可以寫成芳香醇或芳香醚;羧酸可以寫成酯，或醛、酮加羥基的形式;等等，反之亦然。好在高考一般都有條件限制，不必考慮得過于復雜。

下面筆者結合教學中遇到的典型題例，總結幾種書寫同分異構體的常用分析方法，具體如下。

一、等效氫取代法

等效氫取代法的實質是將同分異構體看作是由官能團取代烴中的不同氫而形成的，書寫時首先將官能團看作氫原子，寫出有機物的碳鏈結構（很多時候就是寫烴的同分異構體），然后利用“等效氫”規律判斷可以被取代的氫的種類，一般有幾種等效氫就有幾種取代位置，也就有幾種同分異構體。該法適用于鹵代烴、醇、醛和羧酸等有機物同分異構體的書寫。

三、定二議一法

定二議一這種方法一般先固定2個取代基的位置，再討論另一個取代基的可能位置。這種方法在分析苯環的三取代結構時很便捷。

【例4】? 的同分異構體有種;的同分異構體有種;的同分異構體有種。（取代基只改變位置，種類不變）

解析：對于先固定其中兩個取代基的位置，如先固定A、B兩個取代基，有三種結構：，第一種和第二種分別有四種氫，第三種有2種氫，所以用C取代苯環上的H共有10種同分異構體，答案是9種（包括它自己共有10種）。用相同的分析法可得：的同分異構體有5種（包括它自己共有6種）;的同分異構體有2種（包括它自己共有3種）。

可見，一個苯環的三取代物（取代基只改變位置，種類不變），如果三個取代基完全相同，有3種同分異構體;如果三個取代基中有兩個相同，有6種同分異構體;如果三個取代基完全不同，有10種同分異構體。

【例5】（2017年全國2卷節選）（6）L是D的同分異構體，可與FeCl3溶液發生顯色反應，1 mol的L可與2 mol的Na2CO3反應，L共有______種。

解析：由題意推知，D的結構簡式是：，L可與FeCl3溶液發生顯色反應，說明含有酚羥基，1 mol的L可與2 mol的Na2CO3反應，說明L的分子結構中含有2個酚羥基和一個甲基，這是一個苯環的三取代物，其中三個取代基中有兩個相同（取代基只改變位置，種類不變），由例4的結論可知，滿足條件的L共有6種。

四、等價代換法

烴的多鹵同分異構體中存在如下規律：若烴中含有a個氫原子，則其n鹵代物的同分異構體的數目和其（a-n）鹵代物的同分異構體數目相同。例如，丙烷含有8個氫原子，則其二鹵代物的同分異構體的數目將和其六（8-2=6）鹵代物的同分異構體數目相同，都是4種。我們把這種方法稱為等價代換法。

五、核磁共振氫譜法

在核磁共振氫譜中若峰的面積比的數字之和等于有機物分子式中的氫原子數，當出現3、6、9等數字時，一般含有甲基。如果峰的面積比數字之和不等于有機物分子式中的氫原子數，要擴大使之相等再判斷，并優先考慮對稱性結構。

六、固定酯基討論法

在書寫屬于酯的同分異構體時，多采用固定酯基討論法。

酯的結構簡式可以固定表示為：R-COO-R′，R可以是H或烴基，而R′只能是烴基 ，R烴基可以按由簡單到復雜，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基等順序加以討論，當出現R、R′烴基組合與前面相同時，停止討論，把烴基R、R′互換或把酯基反向（即把R-COO-R′寫成R′-COO-R或R-OOC-R′）就得到新的一種酯。

【例9】（2018年新課標3卷）已知D為HC≡CCH2 -COOCH2CH3，X與D互為同分異構體，且具有完全相同的官能團。X的核磁共振氫譜顯示有三種不同化學環境的氫，其峰面積之比為3∶3∶2。寫出3種符合上述條件的X的結構簡式________________。

解析：根據題意，該同分異構體也有碳碳三鍵和酯基，同時根據峰面積比為3∶3∶2（面積比的數字之和等于8，與D的分子式的氫原子數相等），得知分子一定有兩個甲基，另外一個是CH2，所以三鍵一定在中間，不存在HC≡C-，也不會有甲酸酯的可能，因此R-COO-R′中R不能是H。討論：①當R是甲基CH3-時，R′的可能結構有-C≡CCH2CH3、-CH2C≡CCH3;②當R是乙基CH3CH2-時，R′只能是-C≡CCH3;③當R是CH3C≡C-時，R′是乙基-CH2CH3;④當R的結構是CH3CH2C≡C-或CH3C≡CCH2-時，R′是甲基-CH3。因此符合條件的分子有6種：

CH3-COO-C≡CCH2CH3、? CH3-COO-CH2C≡CCH3、

CH3CH2-COO- C≡CCH3、 CH3CH2C≡C-COO-CH3、

CH3C≡CCH2 -COO-CH3、 CH3C≡C-COO-CH2CH3

第③步討論到R是CH3C≡C-時，R′是乙基-CH2CH3，與第②步討論到R是乙基CH3CH2-時，R′只能是-C≡CCH3所得的R、R′烴基組合相同，所以第③步之后的討論可以省略，直接把第①步和第②步討論所得的三種酯左右烴基互換或把酯基反向就可得新的后面的三種酯。

綜上，同分異構體的書寫雖然有一定難度，但只要掌握基本的分析方法就可以找到突破口。

（責任編輯 羅? ?艷）