一價和二價烷基的同分異構體算法研究

周昌勇

摘要： 結合實例，利用拆分思想，從價基角度分析對一價烷基和二價烷基的同分異構體數進行計算。通過建構模型得出一價烷基同分異構體數目的推導方法，同時對二價烷基的同分異構體數的解決方法進行優化。該方法在實際解題中可操作性較強。

關鍵詞： 一價和二價烷基; 同分異構體; 模型建構

文章編號： 10056629（2020）05008304

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

“價基”思想是在李比希基團理論[1]的啟發下提出的。有機化學中出現各種價基，如各種烷基以及含有O、 N等雜原子基團，圍繞這些基團的同分異構體書寫成為各類考試中固定的問題之一。同分異構體書寫不僅能較好地考查出學生對各種原子成鍵規則的理解與運用，還能反映出學生的邏輯推理能力和發散思維能力。而一價和二價烷基的同分異構體的書寫是各類衍生物同分異構體書寫的基礎，從現有的文獻看還沒有對該類問題做過系統研究，在實際解題中學生對該類問題容易發生書寫遺漏。為此，本文利用建構模型的方法并借用數學工具對該類問題進行了研究，得到的結果具有一定的可操作性。

1 一價基同分異構體

中學化學中—C3H7、 —C4H9、 —C5H11等一價烷基的同分異構體比較重要。拆分法就是把復雜烷基拆成若干簡單烷基，然后根據簡單烷基的同分異構體種類確定復雜烷基的同分異構體種類和數目的方法。

1.1 建構模型

所謂建模法就是通過建構模型把一些抽象問題具體化，便于操作。利用建模的觀念去解決化學問題也符合當前化學教育中核心素養的發展要求。處理一價烷基的模型，就是把一個烷基拆成若干個碳原子數較少的烷基，然后依據這些碳原子數較少的烷基的同分異構體去計算多碳原子烷基的同分異構體種類和數目的方法。具體模型如表1所示。

2 二價烷基的同分異構體

2.1 建構模型

二價烷基的同分異構體確定比較困難，一般采用先寫出烷烴的同分異構體，然后再逐一計算每種異構體取代兩個氫的種類進行累加。該種方法很容易遺漏，且比較繁瑣。能不能通過建構模型去解決該問題？經過思考找到一種解決該類問題相對簡單的方法。

根據二價烷基的結構特點可建構出兩個模型： 其一，兩個價基位于同一個碳上;其二，兩個價基位于不同碳上。具體模型見圖1，依據這兩個模型，逐一根據具體的烷基進行建構，找出每一種模型中的異構體數，然后把這些異構體進行累加即可。

2.3 應用

2.3.1 基本算法

在具體結構中當二價烷基連接相同的基團時其異構體數就等于二價烷基的異構體數，當連接2個不同基團時，不對稱的二價基要乘以2，因2個基團互換位置結構不同。如“—C3H6—”連接2個不同基團時，因其模型4中有1個不對稱結構，因此其異構體數等于3+1×2=5，即二價烷基連接2個不同基團時，其異構體數=對稱異構體數+不對稱異構體數×2（見表4）。

3 結語

模型建構是化學核心素養中培養學生科學探究品質的重要渠道，通過建構模型可以解決一個問題，甚至可以解決一類問題，有利于挖掘問題的本源[3]。本文利用建模思想和價基觀點分析了一價烷基和二價烷基的同分異構體種類和數目問題，借助數學方法找到解決上述問題的方法，較好地體現了化學中的微粒觀、結構觀等學科核心觀念。

參考文獻：

[1]王祖浩主編. 普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎[M]. 南京： 江蘇教育出版社，2014： 7～9.

[2]盧開澄. 組合數學[M]. 北京： 清華大學出版社， 1991： 22～23.

[3]諸全頭. 反思作業錯誤， 優化教學策略[J]. 化學教學， 2015， （10）： 76～80.