高中化学苏教版（2021）选择性必修3 专题5 微专题9 限定条件同分异构体判断的基本步骤和方法（学案+ word版含解析）
文档属性
| 名称 | 高中化学苏教版（2021）选择性必修3 专题5 微专题9 限定条件同分异构体判断的基本步骤和方法（学案+ word版含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 655.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-02-15 21:14:37 | ||
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文档简介
微专题9 限定条件同分异构体判断的基本步骤和方法
1．基本步骤
(1)由分子式确定不饱和度。
(2)根据限定条件和不饱和度确定结构片段和官能团。
(3)分析可能存在的位置异构和官能团异构。
(4)最后将片段组合成有机化合物。
不饱和度Ω
(1)概念：不饱和度又称缺氢指数，是有机物分子不饱和程度的量化标志，即有机物分子中与碳原子数相等的链状烷烃(即饱和烃CnH2n＋2)相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用希腊字母Ω表示。
(2)不饱和度的计算
多一个双键，Ω增加1；多一个环，Ω增加1；多一个三键，Ω增加2；多一个苯环，Ω增加4。
如：C8H8比相同碳原子数的饱和烃即C8H18少10个氢原子，Ω＝5。
若Ω＝0，说明有机物分子呈饱和链状，分子中的碳氢原子以CnH2n＋2表示。
若Ω＝1，说明有机物分子中含有一个双键或一个环。
若Ω＝2，说明有机物分子中含有两个双键或一个三键或一个双键、一个环或两个环。
若Ω≥4，说明有机物分子中可能含有苯环(C6H6)。
(3)适用范围：不饱和度不适用于空间立体结构和不是由碳链为骨架的有机物。
2．“官能团插入法”确定烃的衍生物的同分异构体
官能团插入法主要用于醇、醚、醛、酮、羧酸、酯等。烃的含氧衍生物的同分异构体，通常插入的是(醚键)、(酮羰基)、(酯基)、(酰胺键)等二价官能团。具体步骤如下：
(1)从已知分子式(或结构式)中提出含氧的二价官能团，并将剩余部分合并得到一种新的分子式(或结构式)。
(2)分析新分子中等效的C、H及C—C和C—H。
(3)将提出的官能团插入上述新分子中各个不等效的C—C和C—H之间即得所求同分异构体的结构式。
(4)上述二价官能团中，和结构对称，而(或)结构不对称，故插入C—H之间既能形成(羧酸)，也能形成(甲酸酯)；插入对称的C—C之间只能形成一种酯，插入不对称的C—C之间则能形成两种不同的酯。
例如：属于酯的芳香族化合物的同分异构体可进行如下分析：
从中提出1个—COO—，剩余部分组合成，该分子中共有4种等效的C—H，故将插入C—H之间形成4种甲酸酯；、、、；分子中只有一种不对称的C—C，故将插入C—C之间形成两种酯：、。因此符合题意的酯共有6种。
1．已知羟基和氯原子不能连在同一碳原子上，且羟基也不能连在双键碳原子上，则与钠反应能生成氢气的有机物C4H7ClO，其所有可能的同分异构体有( )
A．9种 B．12种
C．15种 D．20种
答案 D
解析 与钠反应能生成H2说明分子中含有—OH。不饱和度为1，可能含有一个碳碳双键，也可能含有一个环。若含有碳碳双键，则碳骨架有①C==C—C—C、②C—C==C—C、③，①中—Cl、—OH二元取代物有6种；②中—Cl、—OH二元取代物有3种；③中—Cl、—OH二元取代物有2种。若含有一个环，可为④、⑤，④中—Cl、—OH二元取代物有2种；⑤中—Cl、—OH二元取代物有7种。综上分析，共计20种。
2．(2020·沈阳实验中学高二期中)有机物A的分子式为C6H12O3，一定条件下，等量的A分别与足量的NaHCO3溶液和Na反应，生成的气体体积之比(同温同压)为1∶1，则A的结构最多有( )
A．33种 B．31种
C．28种 D．19种
答案 B
解析 有机物A的分子式为C6H12O3，等量的有机物A与足量的NaHCO3溶液、Na反应时产生的气体在相同条件下的体积之比为1∶1，说明有机物分子中含有1个—COOH、1个—OH，该有机物可以看作C5H12中2个氢原子分别被—COOH、—OH代替，若C5H12为正戊烷：H3H2H2H2H3,2个氢原子分别被—COOH、—OH代替，羧基在1号碳上，此时剩余等效H为5种；羧基连在2号碳上，剩余等效H为5种；羧基连在3号碳上，剩余等效H有3种；若C5H12为异戊烷：，羧基位于1号碳上，剩余等效H有5种；羧基连在2号碳上，剩余等效H有3种；羧基连在3号碳上，剩余等效H有4种；羧基连在4号碳上，剩余等效H有4种；若C5H12为新戊烷：，羧基连在1号碳上，剩余等效H有2种，总共有31种。
3．某羧酸的衍生物A的分子式为C6H12O2，已知
又知D不与Na2CO3溶液反应，C和E都不能发生银镜反应，则A的结构可能有( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
答案 B
解析 根据题意可推断A为酯，C为羧酸，D为醇，E为酮；因C、E都不能发生银镜反应，则C不是甲酸，而D分子中应含有，结合A的分子式可知A只可能有或两种结构。
4．写出下列特定有机物的结构简式。
(1)写出同时满足下列条件的的同分异构体的结构简式：________________。
①分子中含有苯环，且苯环上的一氯代物有两种；
②与FeCl3溶液发生显色反应；
③能发生银镜反应。
(2)写出同时满足下列条件的的一种同分异构体的结构简式：______________。
①苯环上有两个取代基；
②分子中有6种处于不同化学环境的氢原子；
③既能与FeCl3溶液发生显色反应，又能发生银镜反应，水解产物之一也能发生银镜反应。
答案 (1)
(2)(或)
解析 (1)根据②可知含有酚羟基，根据③可知含有醛基，占去Ω＝5，即所有的不饱和度，根据①可知分子对称，采用对位结构，故其结构简式是。
(2)根据③可知含有酚羟基、甲酸酯基，占去Ω＝5，即所有的不饱和度，还剩余2个饱和的碳原子，再根据①②可知其结构简式是或
。
5．满足下列条件的A(C6H8O4)有________种同分异构体(不包括立体异构)。
①1 mol A能与2 mol NaHCO3反应(不考虑一个C上连2个羧基的情况)；②分子中无环状结构。
答案 12
解析 根据有机物A的分子式，可得不饱和度Ω＝3，根据信息①，有2个羧基(—COOH)占有2个不饱和度，没有环状结构，所以应该有一个碳碳双键。有机物A相当于丁烯中的两个氢原子被两个—COOH取代，丁烯的结构简式：CH3CH==CHCH3、CH2==CHCH2CH3、CH2==C(CH3)2。两个羧基定一移一，等效氢法，可得总数4＋6＋2＝12种。
6．的一种同分异构体满足下列条件：
Ⅰ.能水解，其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应；
Ⅱ.分子中有6种不同化学环境的氢原子，且分子中含有两个苯环。写出该同分异构体的一种结构简式：____________________。
答案 、、
、(任写一种)
解析 能水解，说明含有酯基，水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应，说明水解生成酚羟基，提出后，剩余部分含有6种不同化学环境的氢原子，且分子中含有两个苯环，符合条件的结构只能是。符合条件的酯只有3处位置可以插入：，其中ⅰ、ⅲ处只能插入1次，ⅱ处可以插入二次，故符合条件的同分异构体有4种。
1．基本步骤
(1)由分子式确定不饱和度。
(2)根据限定条件和不饱和度确定结构片段和官能团。
(3)分析可能存在的位置异构和官能团异构。
(4)最后将片段组合成有机化合物。
不饱和度Ω
(1)概念：不饱和度又称缺氢指数，是有机物分子不饱和程度的量化标志，即有机物分子中与碳原子数相等的链状烷烃(即饱和烃CnH2n＋2)相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用希腊字母Ω表示。
(2)不饱和度的计算
多一个双键，Ω增加1；多一个环，Ω增加1；多一个三键，Ω增加2；多一个苯环，Ω增加4。
如：C8H8比相同碳原子数的饱和烃即C8H18少10个氢原子，Ω＝5。
若Ω＝0，说明有机物分子呈饱和链状，分子中的碳氢原子以CnH2n＋2表示。
若Ω＝1，说明有机物分子中含有一个双键或一个环。
若Ω＝2，说明有机物分子中含有两个双键或一个三键或一个双键、一个环或两个环。
若Ω≥4，说明有机物分子中可能含有苯环(C6H6)。
(3)适用范围：不饱和度不适用于空间立体结构和不是由碳链为骨架的有机物。
2．“官能团插入法”确定烃的衍生物的同分异构体
官能团插入法主要用于醇、醚、醛、酮、羧酸、酯等。烃的含氧衍生物的同分异构体，通常插入的是(醚键)、(酮羰基)、(酯基)、(酰胺键)等二价官能团。具体步骤如下：
(1)从已知分子式(或结构式)中提出含氧的二价官能团，并将剩余部分合并得到一种新的分子式(或结构式)。
(2)分析新分子中等效的C、H及C—C和C—H。
(3)将提出的官能团插入上述新分子中各个不等效的C—C和C—H之间即得所求同分异构体的结构式。
(4)上述二价官能团中，和结构对称，而(或)结构不对称，故插入C—H之间既能形成(羧酸)，也能形成(甲酸酯)；插入对称的C—C之间只能形成一种酯，插入不对称的C—C之间则能形成两种不同的酯。
例如：属于酯的芳香族化合物的同分异构体可进行如下分析：
从中提出1个—COO—，剩余部分组合成，该分子中共有4种等效的C—H，故将插入C—H之间形成4种甲酸酯；、、、；分子中只有一种不对称的C—C，故将插入C—C之间形成两种酯：、。因此符合题意的酯共有6种。
1．已知羟基和氯原子不能连在同一碳原子上，且羟基也不能连在双键碳原子上，则与钠反应能生成氢气的有机物C4H7ClO，其所有可能的同分异构体有( )
A．9种 B．12种
C．15种 D．20种
答案 D
解析 与钠反应能生成H2说明分子中含有—OH。不饱和度为1，可能含有一个碳碳双键，也可能含有一个环。若含有碳碳双键，则碳骨架有①C==C—C—C、②C—C==C—C、③，①中—Cl、—OH二元取代物有6种；②中—Cl、—OH二元取代物有3种；③中—Cl、—OH二元取代物有2种。若含有一个环，可为④、⑤，④中—Cl、—OH二元取代物有2种；⑤中—Cl、—OH二元取代物有7种。综上分析，共计20种。
2．(2020·沈阳实验中学高二期中)有机物A的分子式为C6H12O3，一定条件下，等量的A分别与足量的NaHCO3溶液和Na反应，生成的气体体积之比(同温同压)为1∶1，则A的结构最多有( )
A．33种 B．31种
C．28种 D．19种
答案 B
解析 有机物A的分子式为C6H12O3，等量的有机物A与足量的NaHCO3溶液、Na反应时产生的气体在相同条件下的体积之比为1∶1，说明有机物分子中含有1个—COOH、1个—OH，该有机物可以看作C5H12中2个氢原子分别被—COOH、—OH代替，若C5H12为正戊烷：H3H2H2H2H3,2个氢原子分别被—COOH、—OH代替，羧基在1号碳上，此时剩余等效H为5种；羧基连在2号碳上，剩余等效H为5种；羧基连在3号碳上，剩余等效H有3种；若C5H12为异戊烷：，羧基位于1号碳上，剩余等效H有5种；羧基连在2号碳上，剩余等效H有3种；羧基连在3号碳上，剩余等效H有4种；羧基连在4号碳上，剩余等效H有4种；若C5H12为新戊烷：，羧基连在1号碳上，剩余等效H有2种，总共有31种。
3．某羧酸的衍生物A的分子式为C6H12O2，已知
又知D不与Na2CO3溶液反应，C和E都不能发生银镜反应，则A的结构可能有( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
答案 B
解析 根据题意可推断A为酯，C为羧酸，D为醇，E为酮；因C、E都不能发生银镜反应，则C不是甲酸，而D分子中应含有，结合A的分子式可知A只可能有或两种结构。
4．写出下列特定有机物的结构简式。
(1)写出同时满足下列条件的的同分异构体的结构简式：________________。
①分子中含有苯环，且苯环上的一氯代物有两种；
②与FeCl3溶液发生显色反应；
③能发生银镜反应。
(2)写出同时满足下列条件的的一种同分异构体的结构简式：______________。
①苯环上有两个取代基；
②分子中有6种处于不同化学环境的氢原子；
③既能与FeCl3溶液发生显色反应，又能发生银镜反应，水解产物之一也能发生银镜反应。
答案 (1)
(2)(或)
解析 (1)根据②可知含有酚羟基，根据③可知含有醛基，占去Ω＝5，即所有的不饱和度，根据①可知分子对称，采用对位结构，故其结构简式是。
(2)根据③可知含有酚羟基、甲酸酯基，占去Ω＝5，即所有的不饱和度，还剩余2个饱和的碳原子，再根据①②可知其结构简式是或
。
5．满足下列条件的A(C6H8O4)有________种同分异构体(不包括立体异构)。
①1 mol A能与2 mol NaHCO3反应(不考虑一个C上连2个羧基的情况)；②分子中无环状结构。
答案 12
解析 根据有机物A的分子式，可得不饱和度Ω＝3，根据信息①，有2个羧基(—COOH)占有2个不饱和度，没有环状结构，所以应该有一个碳碳双键。有机物A相当于丁烯中的两个氢原子被两个—COOH取代，丁烯的结构简式：CH3CH==CHCH3、CH2==CHCH2CH3、CH2==C(CH3)2。两个羧基定一移一，等效氢法，可得总数4＋6＋2＝12种。
6．的一种同分异构体满足下列条件：
Ⅰ.能水解，其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应；
Ⅱ.分子中有6种不同化学环境的氢原子，且分子中含有两个苯环。写出该同分异构体的一种结构简式：____________________。
答案 、、
、(任写一种)
解析 能水解，说明含有酯基，水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应，说明水解生成酚羟基，提出后，剩余部分含有6种不同化学环境的氢原子，且分子中含有两个苯环，符合条件的结构只能是。符合条件的酯只有3处位置可以插入：，其中ⅰ、ⅲ处只能插入1次，ⅱ处可以插入二次，故符合条件的同分异构体有4种。