有限制條件的同分異構體的書寫策略

■江蘇省濱海中學 茆建軍

有限制條件的同分異構體的書寫策略

■江蘇省濱海中學 茆建軍

同分異構體的判斷和書寫是高考化學的熱點之一,也是難點之一。考綱明確要求:了解有機化合物存在同分異構現象(不包括立體異構),能判斷并正確書寫簡單有機化合物的同分異構體的結構簡式。

近幾年來,對同分異構體的考查都會設置一定的限制條件。縱觀近幾年各地的高考試題,主要有以下兩種形式:一是推斷符合限制條件的有機物同分異構體的種數;二是寫出或補充有限制條件的有機物同分異構體的結構簡式。本文結合近年高考化學試題的相關內容介紹應對這類問題的命題新動向的處理方法。

分子式為C5H10O2的有機物在酸性條件下可水解為酸和醇,若不考慮立體異構,這些醇和酸重新組合可形成的酯共有( )。

A.15種

B.28種

C.32種

D.40種

解析:分子式C5H10O2符合CnH2nO2的通式,可能為飽和一元羧酸或飽和一元羧酸一元醇酯,再結合題中給出的有機物水解的性質得知該有機物為酯。C5H10O2可以水解生成甲醇(1種)、乙醇(1種)、丙醇(2種)和丁醇(4種),甲酸(1種)、乙酸(1種)、丙酸(1種)和丁酸(2種)。水解生成的醇共有8種,酸共有5種,則可以重新組合形成的酯由數學排列組合知識得知共有5×8=40種,D項正確。

點評:根據分子式確定有機物的種類及尋找同類的同分異構體是同學們必須掌握的基礎知識,對于飽和一元鹵代烴、醇、醚、醛、羧酸和酯,尋找同類的同分異構體,也可以采用此類方法,先寫出相應官能團,然后根據烷基的種類(—CH3、—C2H5只有一種,—C3H7有2種,—C4H9有4種,—C5H11有8種)進行分析。特別應注意的是醚和酯,其兩側的烷基必須同時考慮。

解析:含有醛基和酚羥基的F的同分異構體有:2種,共13種。其中,核磁共振譜為5種峰,并且峰面積為2∶2∶2∶1∶1的是

點評:注意苯環上連有三個基團時,位置異構體的書寫。

解析:首先,根據E的結構簡式列出其重要參數:不飽和度(Ω)為1,C原子數為7, O原子數為1。其次,根據條件構建原子或原子團:一個環與—O—或—C—,分子中只有兩種不同化學環境的氫,說明整個分子高度對稱。因為在六元環上移動甲基和羥基的位置,至少有4種不同化學環境的氫,不符合題意。最后,組裝新分子,可能為環醇、環醚(環氧烷)、飽和一元醛或飽和一元酮,但符合分子中只有兩種不同化學環境的氫的只有

點評:不飽和度(Ω)又稱缺H指數,有機物每有1個不飽和度,就比相同碳原子數的烷烴少2個H原子,所以,有機物每有1個環,或1個雙鍵(C==C 或),相當于有1個不飽和度,C≡C 相當于有2個不飽和度,相當于有4個不飽和度。利用不飽和度可幫助推測有機物可能有的結構,寫出其同分異構體。

常用的計算公式:

烴(CnHm)

鹵代烴(CnHmXz):

含氧衍生物(CnHmOz)

含氮衍生物(CnHmNz):Ω=

策略一:解讀限制條件:應根據有機物分子通式或從有機物的性質聯想官能團或結構特征。

1.常見的類別異構(官能團異構)。

表1

2.常見限制條件的解讀。

表2

策略二:首先,要把握住不飽和度(Ω)規律(一個碳碳雙鍵或碳氧雙鍵:Ω=1。一個碳環:Ω=1。一個碳碳三鍵或—CN:Ω=2。一個苯環:Ω=4。一個硝基:Ω=1),做題時能事半功倍。其次,要根據限制條件確定官能團或部分結構。最后,要學會等效氫的判斷方法:①同一碳原子上的氫原子是等效的;②同一碳原子上所連的甲基上的氫是等效的;③處于對稱位置上的氫原子是等效的。

明確解題程序,完成從有機物性質聯想官能團或結構特征之后,接下來是同分異構體的書寫即組裝新物質。題目可以選擇官能團的類別異構、位置異構或碳鏈異構中的一個或多個角度考查,注意把握有序性、抓住對稱性、掌握技巧性(合理使用不飽和度)的書寫策略,便能應對這類問題的新動向,以不變應萬變。

以上分析揭示了有限制條件的同分異構體的書寫這一難點突破方略,由此可見只要善于調動思維的積極因素,注重向其他學科滲透,解此類題就有捷徑可走。這類問題的考查對考生的思維能力要求較高,能體現出考生綜合運用知識分析問題的能力,也能體現出考生的化學學科核心素養。

(責任編輯 謝啟剛)