“殘基片段和排列組合法”在書寫限制條件的同分異構體中的應用

王建剛

同學們在書寫限制條件的同分異構體時，往往耗時長且準確率偏低，運用“殘基片段和排列組合法”來書寫同分異構體，能夠快速、正確地書寫同分異構體，降低思維難度，提高準確率。

一，問題提出

同分異構體是高中有機化學核心概念之一，在《普通高中化學課程標準（2017版）》中，明確了學業要求：能辨識同分異構現象，能寫出符合特定條件的同分異構體。歷年高考試卷中也都涉及同分異構體的書寫。考查方式從純粹由有機物分子式書寫同分異構體的題型，逐漸過渡到有限制條件下同分異構的書寫。因為前者在考慮滿足鍵數的前提下，采用窮舉和圖形變換，使它更接近數學而遠離化學的能力考查要求，而現在考查最多的是限制條件下的同分異構體的書寫，這種方式的轉變，既可以考查考生對官能團結構及性質的掌握程度，又能考查考生思維的嚴密性、有序性，具有較高的難度和很好的區分度，是近年高考的重要題型。

二、理論基礎

2.物質結構和性質的條件限制。

考查同分異構體書寫時為了更多地體現化學性，題中通常會附加一些限制條件，使得原本只考查有機物結構的試題增加了考查有機物性質的內容，從注重數學思維能力轉變為多元化能力的考查。條件限制又分為結構方面的限制和性質方面的限制，結構方面限制通常包含：①是否含有苯環、其他環或雜環;②根據HNMR譜顯示分子中氫原子的個數來確定同分異構的對稱度。苯環上含有不同化學環境的氫原子情況如下（R、R1、R2分別表示不同的基團）：

熟悉苯環的對稱性，能快速判斷不同化學環境氫的種類。性質方面的限制通常包含官能團的性質，如表2所示。

3.書寫限制條件同分異構體的解題策略。

對書寫限制條件同分異構體的考查大都在苯的衍生物范圍內，涉及的異構體類型也一般為側鏈異構、苯環上的位置異構和官能團異構。我們可先通過限制條件得到已知基團，用分子式減去已知基團，得到殘基片段，再對殘基片段進行有規則的排列組合，即可得到答案。

三、方法的運用

例1 寫出同時符合下列條件的C7H7NO2的所有同分異構體的結構簡式：______ 。

例3 寫出C6H13NO2同時符合下列條件的同分異構體的結構簡式：_____。

①分子中有一個六元環，且成環原子中最多含2個非碳原子;

②1 H-NMR譜和IR譜檢測表明分子中有4種化學環境不同的氫原子;

③有 N-O 鍵，沒有過氧鍵（O-O-）。

解析：第一步，由分子式C6 H13 NO2可知，其不飽和度Ω =1，題中給出限制條件為有一個六元環，即為1個不飽和度，其余原子均為單鍵連接。成環原子中最多含2個非碳原子，有NO鍵，可得六元環情況有如下6

①1 H-NMR譜和IR譜檢測表明分子中共有4種氫原子，無氮氧鍵和碳氮雙鍵;

②除了苯環外無其他環。

解析：第一步，由題中所給結構簡式，可得不飽和度Ω=5，由題中限制條件“除了苯環外無其他環，無氮氧鍵和碳氮雙鍵”，可知含有一個苯環和一個碳氧雙鍵，無硝基。

例5 寫出化合物C7H6CINO2同時符合下列條件的同分異構體的結構簡式：_____ 。

1 HNMR譜和IR譜檢測表明：

①分子中共有4種氫原子，其中苯環上的有2種;

②有碳氧雙鍵，無氮氧鍵和- CHO。

解析：第一步，由分子式為C7 H6CINO2，得不飽和度Ω=5，結合限制條件，可知含有一個苯環和一個碳氧雙鍵，即符合不飽和度Ω=5，其余均為單鍵，無硝基和-CHO。