有機物同分異構體的書寫方法和規律總結

趙世宏

(甘肅省天水市天水長城中學 741000)

在高考理綜化學中同分異構體的書寫和數目確定所占分值較大全國各地高考中在Ⅰ卷和Ⅱ卷中均有出現.這種題可以也是充分考查化學核心素養.一個有機分子式代表了三種異構現象：碳鏈異構、位置異構和類間異構.一般的書寫思路是：先考查可以分為幾類(類間異構)，再每個類考查碳鏈異構，最后每種碳鏈上改變官能圖的位置成為位置異構.現以后兩種異構體的書寫來說明如何確定有機物同分異構體及數目.

一、鏈烴異構體的書寫方法

鏈烴異構體主要是以烷烴為代表的碳鏈異構，它們是構成其它物質的基石，其它物質的異構體都是根據鏈烴的異構體來改寫.

1.飽和碳鏈異構(烷烴異構體)的書寫[ 以庚烷(C7H14)為例]

第一步：先寫最長碳鏈(后面都是一樣，這只寫出碳鏈，不寫氫原子)

C—C—C—C—C—C—C

第二步：從原長鏈中依次減碳，做為取代基，減去1個碳做甲基(-CH3), 減去2個碳做2個甲基或1個乙基(-C2H5，剩余主碳鏈碳數≥5時)，依次類推.剩余的碳鏈用對稱軸把碳原子分類(用相同數字表示，虛線表示對稱軸，下同).

第三步：按剩余碳鏈的對稱性放回被減去部分.

第四步：重復第二和第三步，直到不能再減碳為止.

2.不飽和碳鏈異構(烯烴和炔烴)的寫法

烯烴和炔烴的異構體包括碳鏈異構和雙鍵或叁鍵的位置異構，一般分這兩步書寫分兩步書寫.現以已烯(C6H12)和已炔(C6H10)為例說明.

第一步：先寫碳鏈異構, 用對稱軸把C―C鍵分類,

第二步：把標序號的位置變為雙鍵(當某個碳已達4價，不能變雙鍵 )或叁鍵(當某個碳已達3價，不能變叁鍵 ).第1條碳鏈得到的種烯烴和三種炔烴，第2條碳鏈有4種烯烴和2種炔烴，第3條碳鏈有3種烯烴和1種炔烴，第4條碳鏈有2種烯烴無炔烴，第5條碳鏈有1種烯烴和1種炔烴，下面是第一條碳鏈的，其余未顯示.

二、一元取代物異構體的書寫

一元取代物包括一鹵代烴、一元醇、醛、酸等.通過兩步完成書寫，先寫碳鏈異構，并按對稱性對碳分類，再放入官能團.現以一氯戊烷(C5H11Cl)為例：

先寫碳鏈異構如下：

再放入氯原子，共得到3+4+1=8種異構體，以下只寫出第1條碳鏈的3個異構體：

由上得到如下結論：

1.飽和烷基的數目：甲基和乙基各1種，丙基2種，丁基4種，戊基8種.

2.同烷基的衍生物異構體數目相同，都是烷基異構體的數目.如：丁醇(C4H9OH)、一氯丁烷(C4H9Cl)、戊醛(C4H9CHO)和戊酸(C4H9COOH)異構體都是4種.

3.一鹵代烷只有一種(無同分異構體)的烷烴可由甲烷(CH4)和乙烷(C2H6)變化而來，具體方法：碳原子數是前者的3倍加2，所有氫原子用甲基(-CH3)替換.得到C(CH3)4和(CH3)3C-C(CH3)3,即C5H12和C8H18中的一種，以此類推，碳原子數在前者的3倍加2得到C17H36和C26H54其中的一種烷烴其一鹵代烷也是一種.

三、二元取代物異構體的書寫——組合法

組合法的基本思路：用對稱軸對碳鏈或苯環進行分類，再對碳原子進行兩兩組合，組合的這一對碳就是要放兩個官能團的.

1.碳鏈異構組合法.有三種組合:①同一個碳(不能帶支鏈),②同種碳，③不同種碳.

例1(2016年全國Ⅱ10題)分子式為C4H8Cl2的有機物共有( )(不含立體異構)

A．7種 B．8種 C．9種 D．10種

第一步：寫碳鏈異構，并用對稱軸對碳原子分類：

第二步：組合:碳鏈異構的三種組合：左邊的一條，同一個碳①和②上分別放兩個氯；同種碳①①和②②組合；不同種碳兩個①②組合，共1+1+1+1+2=6種.右邊的碳鏈，同一個碳①上放兩個氯(碳②上只有一個氫原子，不能放兩個氯)；同種碳①①組合；不同種碳①②組合，共1+1+1=3種.共3+6=9種，該題答案為C.

2.苯環異構組合法.有兩種組合:①同種碳，②不同種碳.

第二步兩兩組合：同種碳的組合：①①組合3種，即：一個氯先放于任一碳①上，另一個氯放于另外3個碳①，且各不相同.同理，②②組合有3種，③③組合有1種；不同種碳的組合：①②組合有4種，①③組合有2種，②③組合有2種.所以，蒽的二氯代物共有3+3+1+4+2+2=15種.

3.由上述兩例可得出如下結論：

(1)對于不同的二元取代物，由于兩個不同基團在不同兩個碳上可以互換，異構體數目的確定方法是：同一個碳和兩種碳的組合，異構體數目不變，而不同種碳的組合異構體數目擴大2倍.如例1變為C4H8ClBr兩條碳鏈中的①②組合乘2，即總的異構體數目為：1+1+1+1+2×2+1+1+1×2=12種.

(3)二元醛和二元羧酸要按少兩個碳原子寫碳鏈或苯環的異構，比如2018年全國Ⅱ36題(6)小題，通過計算和性質推知F是分子式為C6H10O4的二元羧酸，改寫成C4H8(COOH)2后與例1完全相似，所以F的異構體數目也是9種.而二元醇有特殊要求，兩個-OH不能邊在一個碳上，也不能連在雙鍵等碳上.

(4)碳鏈上的三元取代物，可變為二元.如例1變為C4H7Cl3，其中放在同一個碳上的兩個氯原子可看作一個取代基，相當于不同二元的組合，只是含次甲基(CH)的不同組合不能擴大2倍.例1中左邊碳鏈上,分放在3個碳上的組合分別是①①②和①②②，同一個碳上是碳②，同種碳①①和②②，不同碳組合是兩個①②，共1+1+1+1+1++2×2=9種；右邊碳鏈上，分放在3個碳上的組合分別是①①②，同一個碳上是碳①，同種碳①①，不同碳組合是1個①②，因碳①是次甲基，不能乘2，共1+1+1+1=4種，即：C4H7Cl3的異構體是13種.

三、酯類異構體的數目確定方法

從近年高考題看，酯類物質及異構體的問題出現較多，一直是有機部分的難點，基本思路，先用不飽和度(Ω)確定除了酯基外，還有什么官能團，再拆分為酸和醇兩部分完成書寫.

1.脂肪酯(鏈酯)異構體

書寫方法：按酸部分碳數遞增，醇部分碳數遞減，把碳數少的酸部分RCOO—或醇部分ROCO—作為取代基，放入剩余的碳鏈異構中.

例3確定分子式為C6H12O2的屬于酯類異構體數目

分析不飽和度Ω=(2×6+2-12)/2=1，為飽和鏈，酸碳數為1， HCOO—作為取代基，醇部分為戊基—C5H11,即：甲酸戊酯有8種；酸碳數為2， CH3COO—作為取代基，醇部分為丁基—C4H9,即：乙酸丁酯有4種；酸碳數為3， CH3CH2COO—作為取代基，醇部分為丙基—C3H7,即：丙酸丙酯有2種；醇碳數變少后，把C2H5OCO—作為取代基，酸部分為丙基—C3H7,即：丁酸乙酯有2種；把CH3OCO—作為取代基，酸部分為丁基—C4H9,即：戊酸甲酯有4種；共8+4+2+2+4=20種.

2.芳香酯的異構體

書寫方法同上，只是當苯環在酸部分時，碳數≥7，在醇部分時，碳數≥6.

例4分子式為C9H10O3的芳香酯，能使FeCl3溶液顯紫色，它只有一個甲基的異構體有幾種？

練習：

1.分子式為C6H6O2且能發生水解和銀鏡反應的物質有幾種？

提示：由Ω=2，可知分子中有一個C=C，按烯烴的碳鏈異構放入酯基，答案 ：16.

2.分子式為C9H10O2鏈酯有幾種？

提示：由Ω=7，結合性質可知，它由三部分組成：苯環、HCOO-和C≡C.共10+1=11種.