【2010届高三化学140分突破精品资料】第8讲：有机物的结构特征、同分异构现象

2010届高三化学140分突破精品资料第8讲
有机物的结构特征、同分异构现象
【知能整合】
一、同分异构体的书写规律
1．烷烃：烷烃只有碳链异构，书写时要注意写全而不要写重复，一般可按下列规则书写：成直链，一条线；摘一碳，挂中间；往边移，不到端；摘两碳，成乙基；二甲基，同邻间；不重复，要写全。
2．具有官能团的有机物，如：烯烃、炔烃、芳香族化合物、卤代烃、醇、醛、酸、酯等，书写时要注意它们存在官能团位置异构、官能团类别异构和碳链异构。一般书写顺序是：碳链异构→官能团位置异构→官能团类别异构，一一考虑，这样可以避免重写或漏写。
二、同分异构体数目的判断方法
1．记忆法。记住已掌握的常见的异构体数。例如：(1)凡只含一个碳原子的分子均无异构体；甲烷、乙烷、新戊烷(看作CH4的四甲基取代物)、2，2，3，3-四甲基丁烷(看作乙烷的六甲基取代物)、苯、环己烷、C2H2、C2H4等分子的一卤代物只有一种。(2)丙基、丁烷有两种；戊烷、二甲苯有三种。
2．基元法。例如：丁基(C4H9—)有4种，则丁醇(C4H9—OH)、一氯丁烷(C4H9—Cl)或C4H10的一氯代物、戊醛(C4H9—CHO)、戊酸(C4H9—COOH)等都有4种(均指同类有机物)。
3．替代法。例如：二氯苯C6H4Cl2有3种，四氯苯也有3种；又如CH4一卤代物只有一种，新戊烷C(CH3)4的一卤代物也只有一种。
4．判断有机物发生取代反应后，能形成几种同分异构体的规律，可通过分析有几种等效氢原子法(又称对称法)来得出结论。(1)同一碳原子上的氢原子是等效的。(2)同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。(3)处于镜面对称位置上的氢原子是等效的(相当于平面镜成像时，物与像的关系)
三、同系物
1．定义：结构相似，分子组成上相差一个或多个CH2原子团的物质互为同系物。
2．判断各物质间是否是同系物时，一定要真正理解同系物的概念：除具有相同的官能团，且官能团的个数相同外，其余一般全部是烷烃基，且分子中碳原子个数不相等。如CH2==CH2的同系物应具备有且只有一个C==C，其余碳原子全部是以碳碳单键相连且不成环的烷烃基，且碳原子个数不相等；CH3CH2OH与CH2(OH)CH(OH)CH3、与—CH=CH2均不是同系物关系。
四、原子成键数规律和不饱和度
1．原子成键数规律
(1)碳原子(ⅣA族)总是形成4个价键(4个价电子均参与成键)：>C<或>C=或—C≡。
(2)氮原子(ⅤA族)总是形成3个价键(—NO2中的氮除外)：>N—或—N=或N≡(3个不成对电子)。
(3)氧和硫原子(ⅥA族)总是形成2个价键，—O—或==O(原子有2个不成对电子)。
(4)氢和卤原子(ⅠA族、ⅦA族)总是只形成1个价键，—H或—X(原子只有1个单电子)。
有机物中常见的原子主要是C、H、O、N、S、X(卤素原子)等，其分子组成应符合上述成键数规律，同时还可推出烃和烃的含氧衍生物(只含C、H、O)的相对分子质量和分子中的氢原子数一定是偶数等结论。
2．不饱和度概念：根据分子的不饱和度确定结构。①分子式为 CnHmOx的有机物，其不饱和度（又称缺氢指数）Ω＝。从分子结构的角度看，1个双键的不饱和度＝1、1个三键的不饱和度＝1、1个环的不饱和度＝1、1个苯环的不饱和度＝4。②若某有机物的Ω＝2，则其结构中可能有2个双键、1个三键、2个环、或1个双键与1个环，双键还可能是碳碳双键或碳氧双键。
【典型例析】
例1：下列各组有机物中，既不互为同系物，又不互为同分异构体的是
A．CH3CH2CH2SCH2CH3与CH3CH2CH2CH2CH2SH
B．与
C．HS－－CH2CH3与－CH2SH
D．－与－－
变式训练：
人们使用四百万只象鼻虫和它们的215磅粪便，历经30多年时间弄清了棉子象鼻虫的四种信息素的组成，它们的结构可表示如下：
以上四种信息素互为同分异构体的是
A．①和② B．①和③ C．③和④ D．②和④
例2：2000年，国家药品监督管理局发布通告暂停使用和销售含苯丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺(英文缩写为PPA)结构简式为，其中φ代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是。
(1)PPA的分子式是：_______________________。
(2)它的取代基中有两个官能团，名称是_________基和________基(请填写汉字)。
(3)将φ－、H2N－、HO－在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中5种的结构简式是：
请写出另外4种同分异构体的结构简式(不要写出－OH和－NH2连在同一个碳原子上的异构体；写出多于4种的要扣分)：______________、______________、______________、______________。
变式训练：
纳米材料可应用于人民币的杀菌消毒。我国纳米专家王雪平发明的“WXP复合纳米材料”的主要成分是氨基二氯代戊二醛的含硅衍生物。它能保持长期杀菌作用。有签于此，35位人大代表联名提交了一份议案，要求加快此项新技术应用到人民币制造中。若戊二醛是直链，则氨基二氯代戊二醛的同分异构体有
A．4 种 B．5种 C．7种 D．8种
例3：蒽与苯炔反应生成化合物A：
如果两个甲基分别取代A中上的两个氢，可得 种异构体。
变式训练：
已知C－C可以绕键轴旋转，对结构简式为 的烃，下列说法正确的是
A．该烃是苯的同系物
B．该烃分子中的所有原子有可能处于同一平面内
C．该烃的一氯代物最多有4种
D．该烃分子中至少有9个碳原子处于同一平面上
【当堂反馈】
1．下列是烃的衍生物中四个常见分子的比例模型，其中表示乙醛分子的是
A． B． C． D．
2．下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是
A．甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种
B．与互为同分异构体的芳香族化合物有6种
C．含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物有8种
D．菲的结构简式为 ，它与硝酸反应，可生成5种一硝基取代物
3．下列说法中不正确的是
A． 若某共价化合物分子中只含C、N、H三种元素，且以n(C)和n(N)分别表示C和N的原子数目，则H原子数目最多为2n(C)+n(N)+2个
B．若某共价化合物分子中只含C、N、H、O四种元素，且以n(C)、n(N)和n(O)分别表示C、N和O的原子数目，则H原子数目最多等于2n(C)+ n(O)+n(N)+2个
C．在某有机物分子中含n个—CH2—，m个>CH—，a个—CH3，其余为羟基，则含羟基的个数最多为m—a+2
D．在有机物（）分子中处于同一平面内的碳原子数最多有13个
4．解决有机分子结构问题的最强有力手段是核磁共振氢谱(PMR)。
现有一种芳香族化合物与药物中间体(“Et”表示乙基)互为同分异构体，其模拟的核磁共振氢谱图如上图所示，试写出该化合物的结构简式： 。
【课后巩固】
1． 下列说法正确的是
A．水、重水、超重水可能互为同素异形体
B．O2、O3可能互为同位素
C．CH2O、C2H4O可能互为同系物
D．淀粉、纤维素可能互为同分异构体
2． 立方烷(C8H8)、棱晶烷(C6H6)和盆烯(C6H6)是近年来运用有机合成的方法制备的具有如图所示立体结构的环状有机物。萜类化合物是广泛存在于动、植物界中的一类有机物（如月桂烯、柠檬烯）。
对上述有机物有如下说法：①盆烯、月桂烯、柠檬烯都能使溴水褪色 ②棱晶烷、盆烯与苯互为同分异构体 ③月桂烯、柠檬烯互为同分异构体 ④立方烷、棱晶烷是烷烃的同系物．其中正确的是
A．①②③ B．①③④ C．①②④ D．②③④
3． 己烷的各种同分异构体中，所含甲基数和它的一氯代物的数目与下列相符合的是
A．2个－CH3，能生成4种一氯代物
B．3个－CH3，能生成4种一氯代物
C．3个－CH3，能生成5种一氯代物
D．4个－CH3，能生成4种一氯代物
4． 如果定义有机物的同系列是一系列的结构式符合A［W］ nB (其中n＝0，1，2，3…，的化合物)。式中A、B是任意一种基团(或氢原子)，W为2价的有机基团，又称为该同系列的系差。同系列化合物的性质往往呈现规律性的变化。下列四种化合物中，不可称为同系列的是
A．CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3
B．CH3CH=CHCHO CH3CH=CHCH=CHCHO
CH3(CH=CH)3CHO
C．CH3CH2CH3 CH3CHClCH2CH3 CH3CHClCH2CHClCH3
D．ClCH2CHClCCl3 ClCH2CHClCH2CHClCCl3 ClCH2CHClCH2CHClCH2CHClCCl3
5．某化合物的分子式为C5H11Cl，分析数据表明，分子中有两个－CH3，两个―CH2―，一个和一个－Cl，它的可能的结构有几种
A．2 B．3 C．4 D．5
6．某有机物分子的结构简式为
。下列说法中不正确的是
A．1mol该有机物最多能和6molH2发生加成反应
B．该有机物分子中在同一直线上的原子最多有4个
C．该有机物分子中可能在同一平面上的原子最多有16个
D．该有机物只能被还原不能被氧化(燃烧反应除外)
7．有机物甲的分子式为C9H18O2，在酸性条件下甲水解为乙和丙两种有机物。在相同的温度和压强下，同质量的乙和丙的蒸气所占的体积相同，则甲的可能结构有
A．8种 B．14种 C．16种 D．18种
8．下列各物质n(n≥3、自然数)相同时，其同类物质的同分异构体最多的是
A．CnH2n＋2O 醇 B．CnH2n O 醛
C．CnH2n O2 酸 D．CnH2n＋2 烃
9．质子核磁共振(PMR)是研究有机物结构的有力手段之一，在所有研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在PMR中都给出了相应的峰（信号），谱中峰的强度与结构中的等性H原子个成正比。例如乙醛的结构简式为CH3－CHO，在PMR中有两个信号，其强度之比为3:1。
(1)结构式为的有机物，在PMR谱上观察峰给出的强度之比为_____________；
(2)某含氧有机物，它的相对分子质量为46.0，碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.0%，PMR中只有一个信号，请写出其结构简式__________________。
(3)实践中可根据PMR谱上观察到氢原子给出的峰值情况，确定有机物的结构。如分子式为C3H6O2的链状有机物，有PMR谱上峰给出的稳定强度仅有四种，其对应的全部结构，它们分别为：
①3∶3 ②3∶2∶1 ③3∶1∶1∶1 ④2∶2∶1∶1
请分别推断出结构简式：
①_______________________________；
②_______________________________；
③_______________________________；
④_______________________________。
10． 乙酸苯甲酯常用于食品和化妆品工业，它可以用烃A通过下列方法进行合成：
(1)写出A、C的结构简式：
A． ，C． 。
(2)乙酸苯甲酯有多种同分异构体，含有酯基和一取代苯结构的同分异构体还有五种，其中三种的结构简式是：
—COOCH2CH3 —CH2COOCH3
—CH2CH2OOCH
请写出另外两种同分异构体的结构简式： 、 。
(3)B→C的化学方程式为 ，反应类型是 。
11．(1)下列分子中，没有光学活性的是 ，含有两个手性碳原子的是 。
A．乳酸：CH3—CHOH—COOH
B．核糖：CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO
C．甘油：CH2OH—CHOH—CH2OH
D．脱氧核糖：CH2OH—CHOH—CHOH—CH2—CHO
(2)有机物X的结构简式为，若使X通过化学变化失去光学活性，可能发生的反应类型有 。
A．酯化 B．水解 C．氧化 D．还原 E．消去
(3)有机物Y分子式为C4H8O3，它有多种同分异构体。其中属于多羟基醛，且分子中只有一个手性碳原子的异构体有数种，请写出它们的结构简式，并标出手性碳原子。
12．下图中A、B、C、D、E、F、G均为有机化合物。
根据上图回答问题：
(1)D的化学名称是_____________。
(2)反应③的化学方程式是________________________(有机物须用结构简式表示)
(3)B的分子式是____________。A的结构简式是__________________。反应①的反应类型是__________。
(4)符合下列3个条件的B的同分异构体的数目有_______个。
①含有邻二取代苯环结构；②与B有相同官能团；③不与FeCl3溶液发生显色反应。
写出其中任意一个同分异构体的结构简式___________。
(5)G是重要的工业原料，用化学方程式表示G的一种重要的工业用途。_______。
13．莽草酸的分子结构模型如图所示(分子中只有C、H、O三种原子)。在有机物分子中，若碳原子连接四个不同的原子或原子团，该碳原 子称为不对称碳原子(或手性碳原子)。具有手性碳原子的有机物具有光学活性。请回答下列问题：
(1)观察题图分子结构模型，写出莽草酸分子中包含的官能团的名称________________。
(2)莽草酸跟有机物A在一定条件发生酯化反应可生成一种相对分子质量为202的酯类物质。写出A可能的结构简式___________________。
(3)试设计通过一步反应使莽草酸分子转化成只具有2个手性碳原子的物质的两种方法，有关化学方程式分别为___________、______________。
14．A、B都是芳香族化合物，1 mol A水解得到1 mol B和1 mol醋酸。A、B的相对分子质量都不超过200，完全燃烧都只生成CO2和H2O。且B分子中碳和氢元素总的质量百分含量为65.2%（即质量分数为0.652）。A溶液具有酸性，不能使FeCl3溶液显色。
(1)A、B分子量之差为_______________。
(2)1个B分子中应该有_______________个氧原子。
(3)A的分子式是_______________。
(4)B可能的三种结构简式是：_______________、_______________、_______________。
15．物质A(C11H18)是一种不饱和烃，它广泛存在于自然界中，也是重要的有机合成中间体之一。某化学实验小组从A经反应①到⑤完成了环醚F的合成工作：
BCDEF
该小组经过上述反应，最终除得到F1 ()外，还得到它的同分异构体，其中B、C、D、E、F、分别代表一种或多种物质。已知：
(R1，R2，R3，R4为烃基或H)
请完成：
⑴写出由A制备环醚F1 的合成路线中C的结构简式：_______________________。
⑵①写出B的一种结构简式：____________________；②写出由该B出发经过上述反应得到的F1的同分异构体的结构简式：_________________________________。
⑶该小组完成由A到F的合成工作中，最多可得到________种环醚化合物。
2010届高三化学140分突破精品资料第8讲
参考答案
例1：思路点拨：本题主要考查对同分异构体和同系物的辨认，解题时可从两者的概念入手。
疑难辨析：对同系物概念中的“结构相似”和同分异构体中“分子式相同、结构不同”理解不明导致误选。
解题过程：选项A中两种分子的分子式相同，均为C5H12S，前者属于硫醚，后者属于硫醇，两者互为同分异构体。选项B中两种分子的分子式相同，均为C6H13O2P，但二种官能团—PH2和—COOH在碳链上的连接顺序不同，两者互为同分异构体。C中前者属于硫酚后者属于硫醇，由于两者不属于同一类别，因此不能互称为同系物。D中两稠环芳香烃也既不是同系物（不相差若干个CH2原子团），也不能互称为同分异构体（化学式不同）。本题应选C和D。
变式训练：
答案：C
解析：(1)先看除碳、氢以外其他元素的原子个数是否相等(如O、N、S等)；若不相等，一定不是同分异构体。上述四个图形中除碳、氢以外，都只含一个O原子，有可能互为同分异构体。(2)再看各个结构中的双键的总数+环的总数+苯环的总数×4+三键的总数×2之和是否相同，若不相等，一定不是同分异构体，若相等，可能是同分异构体。如①中一个C=C、一个C=O、一个环所以总数=3；同理：②中总数=3；③中总数=2；④中总数=2，所以①和②可能互为同分异构体；③和④可能互为同分异构体。(3)再看碳原子数是否相同，若碳原子数不同，则一定不是同分异构体。(4)当碳原子个数相同时，再看是否是同种物质，①和②是同种物质。
例2：思路点拨：本题主要考查键状有机物同分异构体的书写与判断，对于链状物求二元取代物种数的方法：①先标出不同位置的H原子；②在不同位置上分别固定一个取代基，并移动另一个取代基，即得答案。求三元取代物种数的方法：①先在有机物中H原子的不同位置上安排一个取代基，得其一取代结构；②对所得一取代不同结构分别进行先定后动法，可得答案。
疑难辨析：不按照链状有机物同分异构体书写的方法，想一个写一个，则易导致重复或遗漏。
解题过程：本题要讨论碳链上有3个取代基的问题，解决的方法是先连上2个取代基，分析一下有几种同分异构体，再连上第3个取代基，再分析有几种同分异构体。本题中，可先将－NH2和－OH连在不同碳原子上(因为要求不能连在同一个碳原子上)，有3种异构体：、、，每一种异构体上再连1个苯基时，又各有3种异构体，总共可以得到9种异构体。答案：(1)C9H13NO (2)羟 氨
(3)
变式训练：
答案：D
解析：①首先应写出主链，直链戊二醛：只有一种(OHC—C—C—C—CHO)。②-NH2与每个—Cl只能占中间3个碳原子，看—NH2边(两边是等同的)，两个—Cl有两对两邻一间共5种同分异构体；—NH2占中间碳原子，两个—Cl只有1对，共3种同分异构体；合并，答案应选D。
例3：思路点拨：本题主要考查环状有机物同分异构体的书写与判断，对于环状有机物同分异构体的判断常用组合的方法求解。
疑难辨析：不按照环状有机物同分异构体书写的方法，想一个写一个，则易导致重复或遗漏。
解题过程：例2中书写同分异构体的方法称为“先定后动法”，一般适用于链状物的书写，如果对于环状物，则用该种方法容易导致重复。通过观察首先标出A分子中有3种不同类型的氢原子，两个甲基取代两个氢原子后在环上的位置是(1，1)、(1，2)、(1，3)、(2，2)、(2，3)、(3，3)，都在1号位上有一种，在(1，2)上有2种同分异构体，在(1，3)上也有2种同分异构体，都在2号位上3种同分异体，(2，3)上有4种同分异构体，都在3号位上有3种同分异构体，因此共有15种同分异构体。共15种。
变式训练：
答案：D
解析：该烃分子中有2个苯环，不可能是苯的同系物；由于分子中有甲基，也不可能所有原子都在同一平面；该烃苯环上的一氯代物只有4种，但加上甲基上的一氯代物，共有5种；该烃分子中共平面的9个碳原子如图。
【当堂反馈】
1．D 2．B 3．B 4．
【课后巩固】
1．C 2．A 3．BC 4．C 5．C 6．CD 7．C 8．A 9． (1)1∶1∶1∶1∶1 (2) CH3－O－CH3 (3)CH3COOCH3 CH3CH2COOH或CH3CH2OCHO CH3CH(OH)CHO HOCH2CH2CHO
10．(1)—CH3 —CH2OH (2)—OOCCH2CH3 —CH(CH3)OOCH
(3)—CH2Cl+H2O—CH2OH+HCl 取代(或水解)反应。
11．(1)C D (2)ABE (3)
12．(1)乙醇 (2)CH3COOH＋HOC2H5CH3COOC2H5＋H2O
(3)C9H10O3 水解反应 (4)3 ，，(写其中任一个即可)
(5)nCH2=CH2，CH2=CH2＋H2OCH3CH2OH(写任一个合理的均可)
13．(1)羧基、羟基、碳碳双键 (2)HCOOH、CH3CH2OH
(3)、
14．(1)42 (2)3 (3)C9H8O4 ⑷、、
15．(1)(2)①或；②和，或和(3)5。