“思維建模”在同分異構體書寫和數目判斷中的運用

楊素芬

考綱要求了解有機化合物的同分異構現象，能判斷簡單有機化合物的同分異構體。同分異構體的考查，一直是高考的熱點，但是很多學生出現答不全、答錯。下面介紹幾種同分異構體的書寫方法，讓學生做到臨場不亂，順利作答。

一、思維方法

1.降碳法

主鏈降碳法適宜C7H?16?等烷烴同分異構體的分析，書寫遵循的原則是：主鏈由長到短，支鏈由整到散，位置由心到邊，排布鄰間對，書寫時要注意思維的有序性和對稱技巧。而烯烴和炔烴的同分異構體就是在烷烴各種同分異構體的基礎上添加雙鍵和叁鍵。對于大家習慣用定一移一法的烷烴二取代物的同分異構體分析，用降碳法更快速。

【例1】（18年全國Ⅱ卷節選）F是B（如圖1）的同分異構體，730 g的F與足量飽和碳酸氫鈉反應可釋放出224 L二氧化碳（標準狀況），F的可能結構共有?????種（不考慮立體異構）。

解析：分析可知F為丁烷的二取代物，可表示為C4H8（COOH）2，用降碳法很快推出9種（⑦⑧代表丙基有2種結構），分析過程如下：

2.插入法

適宜在C—C或C—H鍵中間插入二價基團。有機物去掉擬插入的二價基（如醚鍵、羰基、酯基等）后的結構中C—C或C—H鍵的數目決定對應類別物質的同分異構體數目。具體思維模型如下：

【思維模型】

【例2】分子式為C4H?10?O的所有醚類的同分異構體共有?__________ 種。

解析：C4H?10?的C-C中插入—O—， C—C共3種，則醚共3種。

【例3】分子式為C5H?10?O的所有醛類或酮類的同分異構體共有__________種。

解析：

【例4】分子式為C5H?10?O2的所有酯類的同分異構體共有???種（不含立體異構）。

解析：可以發現C4H?10?+COO或OOC即得到酯，找出C4H?10?中的C—C鍵和C—H鍵的種類，在C—C鍵中插入?—COO?—和—OOC—，在C—H鍵中插入—OOC—，則酯的數目通常為：C—C鍵種類×2+C—H鍵種類。此題中母體碳骨架中C—C—C—C中，以中間C—C對稱，則在對稱處插入?—COO?—和—OOC—得到酯相同，即要減1，所以共9?種酯。

同理，分子式為C5H?10?O2的所有羧酸類的同分異構體則是在C4H?10?的C—H中插入—COO—， C-H共4種，則羧酸類共4種。

3.基元法

適宜烷烴基連上一價基團（如R—OH、R—CHO、R—COOH、R—X）的同分異構體的快速推導。如下表所示：

分子式可能同分異構烴基-R連接基團同分異構數目

C4H8O屬于醛—C3H7（2種） —CHO2

C4H?10?O屬于醇

C5H?10?O屬于醛

C5H?10?O2屬于羧酸

—C4H9（4種）

—OH4

—CHO4

—COOH4

C5H?11?Cl鹵代烴—C5H?11?（8種）—Cl8

【例5】分子式為C5H?10?O2并能與飽和NaHCO3溶液反應放出氣體的有機物（不含立體異構）有（??）

A.3種??B.4種??C.5種??D.6種

解析：分子式為C5H?10?O2并能與飽和NaHCO3溶液反應放出氣體的有機物為羧酸，則該羧酸可看作是C4H9—COOH，—C4H9有4種，則該有機物共有4種。

4.組合法

適宜酯或肽類水解物質重組后的同分異構體數目的推斷。組合法結合基元法能快速推導某些酯類的同分異構體數目。

【例6】分子式為C5H?10?O2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，這些酸和醇可重新組合成的酯有

A.15種??B.28種??C.32種??D.40種

解析：分子式為C5H?10?O2的有機物在酸性條件下可水解為酸和醇分別為：

酸酸的種類醇醇的種類

HCOOH1C4H9OH4

CH3COOH1C3H7OH2

C2H5COOH1C2H5OH1

C3H7COOH2CH3OH1

則酸共5種，醇共8種，這些酸和醇可重新組合成的酯有40種。

5.移位法

常有定一移一、定二移一，主要適宜于苯環上取代物的同分異構數目的分析，關鍵是有較好的位置感。對于苯環上三元取代基的同分異構體，當三個取代基均相同（XXX）、其中兩個相同（XYY）、三個都不相同（XYZ）的同分異構體分別是3、6、10，可記住。

取代基數量取代基類型取代產物的數量

一元X1

二元定一移一

XX3

XY3

三元定二移一

XXX3

XYY6

XYZ10

二、思維模型

【例7】（2017·全國卷Ⅱ）L是D（如右圖）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

【例8】分子組成為C7H?16?O的屬于醇的同分異構體中，不能發生催化氧化的有?????種。

解析

合適的思維方法和有序的思維模型可提高學生的思維品質，避免思考和作答的盲目性。運用恰當的“思維方法”和有序的“思維模型”能快速而準確地判斷同分異構體種類。以上是筆者近幾年講解同分異構體數目判斷的感悟和體會，希望對廣大教師和學生有所幫助。

責任編輯??李平安